陳蕊 李曄 王雪

黃河交通學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 河南省焦作市 454950

1 引言

隨著我國高等教育的發(fā)展，對高校所培養(yǎng)的人才質(zhì)量的要求也越來越高。對于應(yīng)用型本科院校來說，如何更好地將教學(xué)與科研相結(jié)合，使教研成果能夠應(yīng)用于科研領(lǐng)域，提高教師的教學(xué)能力與學(xué)生的動手操作能力，是目前急需探索解決的問題。大學(xué)的教研與科研是密不可分的[1]，通過科教融合不僅可以將課堂上的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，還可以將前沿的學(xué)術(shù)知識應(yīng)用于教學(xué)過程中，完成知識到實(shí)際的轉(zhuǎn)化，最終推動應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

《工程力學(xué)》是高等院校機(jī)械專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要研究物體機(jī)械運(yùn)動的基本規(guī)律，以及構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計等內(nèi)容。課程中含有大量概念與公式，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，進(jìn)行模型抽象比較困難，所以現(xiàn)在亟需給學(xué)生建立一個平臺，讓其有機(jī)會動手操作，將所學(xué)知識應(yīng)用在實(shí)際中。

2 工程力學(xué)課程科教融合教學(xué)改革的意義

“科研要與教研相統(tǒng)一[2]”的思想最早應(yīng)用于德國威廉·馮·洪堡創(chuàng)辦的柏林大學(xué)，這是世界上第一所具有現(xiàn)代意義的大學(xué)，其將過去傳統(tǒng)的以教學(xué)為主的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)化為教學(xué)與科研并重的模式[3-4]。在建設(shè)創(chuàng)新型國家的背景下，已經(jīng)出臺的多項重要文件集中提及科教融合的重要性。因此，教師在教育教學(xué)過程中，需要加大對科研平臺的建設(shè)力度，加強(qiáng)對學(xué)生科研活動的指導(dǎo)，讓其早進(jìn)團(tuán)隊，提升學(xué)生的創(chuàng)新與科研能力。對于工程力學(xué)課程進(jìn)行科教融合教學(xué)改革的意義具體如下：

（1）拓寬學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。在工程力學(xué)課程授課過程中，積極融入國際先進(jìn)地科研成果，拓寬學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生求知欲，提升其學(xué)習(xí)熱情。

（2）培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。通過工程力學(xué)大賽，選拔優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)課題、進(jìn)科研團(tuán)隊，培養(yǎng)其分析與解決復(fù)雜工程問題的能力，不斷提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。

（3）打造《工程力學(xué)》金課，完成一流課程建設(shè)。將學(xué)科研究的新進(jìn)展融入到課程教學(xué)過程中，及時更新教學(xué)內(nèi)容，開展實(shí)施探究式教學(xué)與混合式教學(xué)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，努力打造《工程力學(xué)》金課，完成一流課程的建設(shè)與教學(xué)應(yīng)用。

3 工程力學(xué)課程科教融合的現(xiàn)狀及存在的問題

對于應(yīng)用型本科院校來說，教學(xué)與科研的失衡是目前面臨的首要問題，主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，部分教師過于重視教學(xué)而忽略了科研，雖然進(jìn)行了深入的理論教學(xué)，但沒有將科研融入教學(xué)，即使融入也是生搬硬套的講解給學(xué)生，課程缺少創(chuàng)造性，導(dǎo)致學(xué)生大都是紙上談兵，實(shí)踐能力非常不足；其二，部分教師為了獲取學(xué)校提供的科研獎勵，將自身工作重心全部放于科研，本末倒置，給教學(xué)工作帶來了極大的負(fù)面效應(yīng)，嚴(yán)重的降低了教學(xué)效能。

《工程力學(xué)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性較強(qiáng)，適用面較廣，通過課程學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生掌握力學(xué)的基本理論和方法，并能夠利用力學(xué)的知識解決實(shí)際工程問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，教師純講授只有一成的知識量能夠被學(xué)生吸收，研討式教學(xué)會有三成的知識量被學(xué)生吸收，而科研實(shí)踐類教學(xué)則有超過七成的知識能夠被學(xué)生吸收。[5]培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，除了提高其記憶、理解能力以外，還需要培養(yǎng)他們分析和解決問題的能力。對于應(yīng)用型本科院校理論性較強(qiáng)的課程來說，如何將基礎(chǔ)知識應(yīng)用于實(shí)踐，利用他解決實(shí)際工程問題，是目前面臨的主要問題。

4 工程力學(xué)課程科教融合的具體措施

4.1 整理科技前沿資料，拓寬學(xué)生眼界

根據(jù)課程培養(yǎng)方案，結(jié)合課程實(shí)際特點(diǎn)和培養(yǎng)要求，指導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)學(xué)科的論文和資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，結(jié)合已有的科研資源，開展課內(nèi)教學(xué)與課外實(shí)踐相結(jié)合的模式[6]，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和探究能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，拓寬學(xué)生視野。

4.2 以學(xué)生為中心，創(chuàng)新課堂模式

在課程教學(xué)過程中不斷融入教師的科研成果，更新教學(xué)內(nèi)容，通過現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)新課堂內(nèi)容，同時積極在超星平臺上創(chuàng)建資源，然后進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐。在教學(xué)過程中，逐步形成課堂、實(shí)踐與信息技術(shù)相結(jié)合的“三維一體”教學(xué)模式。

結(jié)合教師已有的科研成果，針對工程力學(xué)課程的三大重要問題（強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性）的案例，逐步實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的創(chuàng)新課堂教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，先在線上布置相關(guān)案例的分析任務(wù)，讓學(xué)生自行進(jìn)行分組；課上組織學(xué)生小組討論與展示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，同時培養(yǎng)學(xué)生在獲取知識的過程中解決復(fù)雜問題的能力，不斷提升課程的挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性；課下進(jìn)行疑問解答，使其能夠更好的獲取知識。

4.3 通過科研項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)團(tuán)隊

基于課程重點(diǎn)內(nèi)容的要求，以本學(xué)科科研經(jīng)歷豐富的教師為指導(dǎo)，開展課程研討激發(fā)學(xué)生探尋的熱情，進(jìn)而開展針對性的科研活動，積極申報各類項目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入課題、實(shí)驗(yàn)室和科研團(tuán)隊，參與科研活動，通過科研反哺教學(xué)[7]，更新課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增設(shè)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與團(tuán)隊協(xié)作能力。根據(jù)科研團(tuán)隊的成果，優(yōu)化思路，將相關(guān)內(nèi)容引入課程，開展問題導(dǎo)向的深入研究，促進(jìn)課程體系的不斷發(fā)展完善。

4.4 優(yōu)化現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建設(shè)科研創(chuàng)新平臺

調(diào)研、分析現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)場地及設(shè)備，根據(jù)一流課程要求，以課程資源庫建設(shè)為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新人才培育為目標(biāo)，以科研平臺承載實(shí)踐教學(xué)，通過與校內(nèi)校外研究人員與團(tuán)隊的交流，不斷加深合作，激發(fā)創(chuàng)新思維，從而解決實(shí)際科研問題，完成科研平臺的創(chuàng)新。

4.5 使用項目為依托，完成實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的《工程力學(xué)》實(shí)驗(yàn)一般開設(shè)有拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)，以及扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)兩個相對獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難將相關(guān)參數(shù)聯(lián)系起來，很容易形成為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)的情況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)報告參數(shù)相同，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不理想。在教學(xué)過程中，課程組相關(guān)教師依托縱向或橫向課題，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析整理，在實(shí)驗(yàn)過程中，讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，同時分小組使用實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)過程中讓學(xué)生自己分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)一在班級中講解自己的實(shí)驗(yàn)過程，以及在此期間遇到的問題。通過實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對工程力學(xué)課程和相關(guān)實(shí)驗(yàn)問題的認(rèn)識，“寓教于樂、科教融合”。

4.6 以力學(xué)競賽為抓手，促進(jìn)專賽創(chuàng)一體化

為完成工程力學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革，需要借助力學(xué)競賽這一助力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的力學(xué)建模創(chuàng)新能力，探索專業(yè)課程教育和創(chuàng)新教育的融合，提高其影響力和輻射面。在《工程力學(xué)》教學(xué)過程中，引入相關(guān)的力學(xué)競賽，開創(chuàng)專業(yè)和創(chuàng)新教育融合的教學(xué)形式。力學(xué)競賽的相關(guān)內(nèi)容是教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充，不僅能夠提升學(xué)生的專業(yè)能力，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，從而完成該教學(xué)理念的實(shí)踐。

5 工程力學(xué)課程科教融合的教學(xué)改革實(shí)踐

自從工程力學(xué)課程開展科教融合教學(xué)改革以來，學(xué)生在課程組教師的指導(dǎo)下取得了較大的進(jìn)步。今后無論是參加工作或深造，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)都將對他們的發(fā)展產(chǎn)生很大的影響。原來認(rèn)為課程枯燥無味的學(xué)生，也在科教融合的過程中產(chǎn)生了極大的興趣。

在本學(xué)期的教學(xué)中，課程組內(nèi)教師不斷強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性，進(jìn)一步加深科教融合的進(jìn)程，提升學(xué)生的應(yīng)用能力，從中獲得的主要教改經(jīng)驗(yàn)如下：

5.1 完成實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計，指導(dǎo)學(xué)生在做中學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠?yàn)槔碚摻虒W(xué)提供實(shí)際支撐。根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)大綱的要求，在2021-2022 學(xué)年第一學(xué)期，力學(xué)課程組的相關(guān)教師指導(dǎo)學(xué)生共同完成了扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計。隨后在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，使用該扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)完成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)是工程力學(xué)課程中材料力學(xué)部分的重要驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之一。通過扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可以測定金屬材料的剪切力學(xué)性能。對于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常會遇到“傳動軸”等軸類零件，因此在工程力學(xué)課程的教學(xué)過程中需要通過扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生深入理解軸類零件的受力特點(diǎn)。學(xué)生通過參與扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計，一方面可以加深自己對該部分知識的理解，另一方面能夠提升自身的動手能力與學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新思維，解決實(shí)際的科研問題。后續(xù)計劃帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計其他課程所必須的實(shí)驗(yàn)器具，讓學(xué)生能夠更好的利用所學(xué)，不斷提高學(xué)生的應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

5.2 開展工程力學(xué)實(shí)踐競賽，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)

經(jīng)過一年時間的籌備，黃河交通學(xué)院在2021-2022 學(xué)年的第一學(xué)期首次舉辦了“工程力學(xué)實(shí)踐競賽”，通過比賽能夠培養(yǎng)學(xué)生的開拓、創(chuàng)新與協(xié)作精神，提高學(xué)生的力學(xué)應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新人才，為學(xué)生提供一個展示自我的舞臺。通過比賽選拔出的優(yōu)秀學(xué)生將會代表學(xué)校參加全國“周培源大學(xué)生力學(xué)競賽”，對他們來說也是一個提升自身綜合素質(zhì)及能力的良好契機(jī)。周培源大學(xué)生力學(xué)競賽參賽人數(shù)眾多，并且影響力和認(rèn)可度都很高，參加競賽可以擴(kuò)展學(xué)生的知識面，提高學(xué)生的建模和計算能力，賽題的靈活性和創(chuàng)新性更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[8]。教學(xué)以競賽為支撐，構(gòu)建模塊化的教學(xué)體系[9]，可以反哺課程教學(xué)，讓教師自主進(jìn)行教學(xué)改革[10]，不斷強(qiáng)化學(xué)生建模能力，最終提升課程的教學(xué)質(zhì)量。

后續(xù)計劃進(jìn)一步提升工程力學(xué)課程的科教融合層次，與企業(yè)深度合作，不斷整合學(xué)校與企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源，幫助企業(yè)解決實(shí)際生產(chǎn)中的遇到的力學(xué)難題，同時讓學(xué)生參與其中，運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際問題，使學(xué)校、企業(yè)與學(xué)生的三方均能受益，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)和科研的有機(jī)融合。

6 結(jié)語

本文結(jié)合學(xué)生專業(yè)發(fā)展要求，將前沿發(fā)展動態(tài)以及課程組教師的相關(guān)科研成果融入工程力學(xué)課程教學(xué)過程中。鼓勵學(xué)生進(jìn)課題，參加科研項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與合作精神，擴(kuò)展現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器，建設(shè)工程力學(xué)科研創(chuàng)新平臺，推動科教融合，強(qiáng)化科研對教學(xué)的反哺作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。今后課程組將一如既往的推動工程力學(xué)課程科教融合教學(xué)改革，使科研能夠較好的服務(wù)于教學(xué)，同時計劃培養(yǎng)一批適合國家建設(shè)需要的創(chuàng)新型人才梯隊。