劉 楊，姚 征，夏冬生，孫先念，朱公志

（大連海事大學(xué)交通運輸工程學(xué)院 遼寧 大連 116026）

“工程力學(xué)”涵蓋理論力學(xué)和材料力學(xué)，是輪機工程、航海技術(shù)、交通運輸、能源動力等工科專業(yè)本科學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是與工程實際密切相關(guān)的主要課程之一。工程力學(xué)課程的建設(shè)，密切關(guān)系到學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)以及學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展。

近年來，學(xué)界已經(jīng)出現(xiàn)圍繞工程教育認證探究工程力學(xué)課程教學(xué)改革的分析。例如，顧永強等[1]以作者所在單位為例，探索了工程力學(xué)課程的教學(xué)改革方案。王磊等[2]首先明確了工程力學(xué)實驗教學(xué)改革的意義，其次以材料力學(xué)實驗為例，提出并介紹了通過設(shè)計與實施在線教育與線下教育相結(jié)合的混合實驗教學(xué)模式。張靖華[3]重點從專業(yè)認證理念、教學(xué)方法、師資隊伍、教學(xué)內(nèi)容等方面，研究建設(shè)面向工程教育的課程體系的整體思路。趙靜等[4]以工程認證要求的12 項指標為基礎(chǔ)，指出了“工程力學(xué)”課程教學(xué)的問題和不足之處，進而建立了以“技術(shù)需求”為主線、以“課程思政”為依托的課程主體內(nèi)容。崔揚和李萍[5]則提出要“以學(xué)生為本”、以“達成度目標”為教學(xué)成果指標，面向工程教育認證進行工程力學(xué)課程改革。

雖然近年來國內(nèi)關(guān)于工程教育認證與工程力學(xué)課程教學(xué)改革的討論不斷增多，但截至目前研究仍然有限，在“新工科”和工程教育認證背景下，探究工程力學(xué)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新路徑具有重要的現(xiàn)實意義。本文在上述現(xiàn)實背景下，以現(xiàn)有研究為基礎(chǔ)，結(jié)合工程力學(xué)及相關(guān)課程教學(xué)實踐中遇到的問題，進一步探究工程力學(xué)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計及其實踐路徑。本研究將有助于豐富現(xiàn)有文獻，力爭為提高工程力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生實踐素養(yǎng)和能力，提供可能的教學(xué)創(chuàng)新方案和思路。

1 工程力學(xué)課程教學(xué)的關(guān)鍵問題與解決方案分析

1.1 關(guān)鍵問題

第一，如何以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為目的，有機結(jié)合理論與實際。無論是在課程設(shè)置上還是教學(xué)實踐過程中，如果只重視理論教學(xué)、輕視實驗環(huán)節(jié)，便難以讓學(xué)生了解工程實際結(jié)構(gòu)，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，這也與新工科人才培養(yǎng)目標相悖。因此如何改變重理論、輕實驗的思維習慣，使理論教學(xué)部分與實驗部分緊密結(jié)合，便十分重要。

第二，如何選取合適的工程案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習熱情，以期加深學(xué)生對知識點的理解和掌握，提升學(xué)習效果。具體來說，教師課前如何提出問題、引發(fā)學(xué)生思考，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情；在授課過程中如何引導(dǎo)學(xué)生自主分析工程案例、進行小組討論，從而提高學(xué)生對課程內(nèi)容的關(guān)注度，而不是用手機進行與課程無關(guān)的其他操作，這都是亟待解決的重要問題。因此，選取合適的工程案例、結(jié)合研討式教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生的分析與思考，也是十分重要的問題。

第三，如何在授課過程中有機融合課程思政元素，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷。從理論上說，思政元素在工程力學(xué)教學(xué)中的融入，是在工程技術(shù)領(lǐng)域具體實踐中體現(xiàn)自然科學(xué)、社會科學(xué)與哲學(xué)的相互滲透以及支撐作用[6]。因此，如何進行課程思政，既達到增強學(xué)生學(xué)習動力、促進學(xué)生對工程力學(xué)課程知識點理解和掌握的效果，又能使學(xué)生深入理解社會主義核心價值觀和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的內(nèi)涵，便是一個值得思考的問題。

第四，如何促進線上（例如“慕課”“雨課堂”等智慧教學(xué)工具）與線下課堂的融合、開展混合式教學(xué)?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)融入社會經(jīng)濟生活的方方面面，亦促進了教育行業(yè)的深刻變革。具體來說，近年來依托于線上教學(xué)平臺，線上與線下混合教學(xué)模式不斷發(fā)展，有效彌補了以往傳統(tǒng)單純線下教學(xué)的不足之處。與此同時，如何促進線上線下教學(xué)活動的有機結(jié)合，開展教學(xué)設(shè)計，最大程度提高教學(xué)效果成為十分重要的議題。

1.2 解決方案

第一，加強實驗室軟件和硬件環(huán)境建設(shè)，以期促進理論與實踐的良好結(jié)合，充分提高學(xué)生的工程實踐能力。這一方案主要是為了克服前文所述第一個教學(xué)關(guān)鍵問題。具體來說，一方面是軟件環(huán)境建設(shè)。包括在實驗室配備電子屏幕和投影機，應(yīng)用多媒體進行實驗教學(xué)；構(gòu)建工程力學(xué)局域網(wǎng)；依托于有限元等計算機軟件，組織學(xué)生進行工程實踐的模擬與仿真等。此外可以通過局域網(wǎng)開通工程力學(xué)課程教學(xué)實驗應(yīng)用系統(tǒng)，師生通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)及時的線上溝通與交流，圍繞實驗方案設(shè)計展開討論。另一方面是硬件環(huán)境建設(shè)。例如完善工程力學(xué)實驗室的環(huán)境和管理制度，以期最大程度配合教學(xué)理論知識點內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實踐與操作能力。

第二，引入案例教學(xué)方法，以問題為導(dǎo)向組織案例討論，同時注重與思政元素相融合，以期激發(fā)學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、工匠精神和實事求是的科學(xué)素養(yǎng)等。這主要為了解決前文所述第二個和第三個教學(xué)關(guān)鍵問題。特別地，從工程力學(xué)課程學(xué)期內(nèi)整個課程案例教學(xué)和課程思政的角度出發(fā)，采用“進階式案例”開展混合式教學(xué)能夠取得良好的教學(xué)效果，這在大連海事大學(xué)“雙一流”建設(shè)交通運輸工程專業(yè)的“材料力學(xué)”課程實踐中已得以體現(xiàn)。

第三，為了提高學(xué)生在課堂上的學(xué)習效率、提高學(xué)生在課堂上對課程內(nèi)容的關(guān)注度，一方面可以通過前文所述案例分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習熱情，通過一些身邊的、與課程知識點緊密聯(lián)系的案例，吸引學(xué)生對課程的關(guān)注。另一方面可以適當設(shè)置平時分的“加分項”，例如在平時成績考核中，在學(xué)期內(nèi)適當給予學(xué)生若干次在課堂中隨機回答難度較高問題的機會，以期提高學(xué)生課堂上的注意力和參與感。

第四，采用多樣化教學(xué)工具和手段提高教學(xué)效率、提升教學(xué)效果。以數(shù)字科技為主要驅(qū)動力的第四輪工業(yè)革命中，人工智能技術(shù)正在推動我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，也在推進教育高質(zhì)量發(fā)展。具體來說，可以采用“互聯(lián)網(wǎng)+”混合教學(xué)模式，依托于“雨課堂”“慕課”等智慧教學(xué)工具和互聯(lián)網(wǎng)平臺，進行課前問題的布置、課堂隨機簽到和回答問題、線上平臺討論區(qū)探討實踐案例等教學(xué)活動。通過這種線上線下的混合教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，從而提高教學(xué)效率、提升教學(xué)效果。以大連海事大學(xué)交通運輸工程學(xué)院工程力學(xué)教研室為例，目前多位老師在線上教學(xué)平臺開設(shè)課程，包括夏冬生等老師在中國大學(xué)慕課平臺上開設(shè)的“工程力學(xué)”課程，朱公志等老師在中國大學(xué)慕課平臺上開設(shè)的“航海力學(xué)”課程，金蓉、鄭長良老師在智慧樹平臺開設(shè)的“工程力學(xué)”課程等，這些線上課程已運行多輪，自開課以來受到師生的廣泛關(guān)注，依托于該線上課程、通過線上線下混合式教學(xué)，已取得不錯的教學(xué)效果。

2 工程力學(xué)課程教學(xué)創(chuàng)新模式探究

在前文分析的基礎(chǔ)上，本文以“新工科”工程教育高質(zhì)量發(fā)展為背景，面向“工程力學(xué)”課程工程教育認證，嘗試提出“一二三四”創(chuàng)新教學(xué)模式，力爭服務(wù)于工程力學(xué)課程的建設(shè)和發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的能力，特別是增強學(xué)生的工程實踐能力。

“一”即“一條主線”，體現(xiàn)為教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、教學(xué)方法與手段以及教學(xué)考核等方面，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”這一條主線。例如，在講授知識點時，強調(diào)教師的引導(dǎo)和協(xié)調(diào)作用，啟發(fā)學(xué)生自主思考、激發(fā)學(xué)生學(xué)習的積極性。對學(xué)生成績的評定方面，兼顧期末試卷成績考核、實踐報告成績與學(xué)生的平時表現(xiàn)，包括學(xué)生在課堂上回答問題時與教師和其他學(xué)生的互動，分析問題的邏輯性和辯證性思考的能力，以及理論聯(lián)系實際的能力等。

“二”即“兩個平臺”，體現(xiàn)為軟件環(huán)境和實驗室硬件的教學(xué)環(huán)境支撐。一方面建設(shè)軟件環(huán)境平臺，重視有限元軟件（如Ansys、Abaqus 等）、Matlab 等軟件在分析力學(xué)時的模擬仿真和工具作用。另一方面完善實驗室硬件條件，為方便學(xué)生實驗操作服務(wù)，促進提高學(xué)生的實踐操作能力。

“三”即“三個能力”，體現(xiàn)為教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習能力、分析問題能力與工程實踐能力。例如，教學(xué)過程中避免灌輸式授課，而是通過拋出問題、結(jié)合案例引發(fā)學(xué)生思考和對知識的渴求，增強學(xué)生獨立思考的意識和能力。

“四”即“思辨思創(chuàng)”，體現(xiàn)為在學(xué)習掌握工程力學(xué)知識點體系的基礎(chǔ)上，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，促進學(xué)生靈活地將理論所學(xué)應(yīng)用到工程實踐中去創(chuàng)新思維，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新精神。例如在學(xué)生實驗操作中，不僅涉及驗證性實驗，而且注意設(shè)計和引入扭轉(zhuǎn)、彎曲、組合變形的實驗，由此在增強學(xué)生對知識點理解和掌握的同時，促進學(xué)生自主探索、創(chuàng)新且靈活應(yīng)用理論的能力，以及團隊協(xié)作的精神。

3 結(jié)論

面向工程教育認證探索“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革創(chuàng)新模式，有助于推進新工科建設(shè)、高等工程教育發(fā)展，從而培養(yǎng)大批創(chuàng)新型、多樣化的卓越工程科技人才，為我國參與國際競爭提供智力和人才支撐。本文在分析工程力學(xué)課程教學(xué)過程中容易出現(xiàn)的關(guān)鍵難題的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的解決措施，并嘗試提出“一二三四”教學(xué)創(chuàng)新模式及其主要實踐設(shè)計，力爭為“新工科”和工程教育認證現(xiàn)實背景下工程力學(xué)課程的教學(xué)創(chuàng)新模式探究提供一點新思路。在今后的教學(xué)工作中，作者將繼續(xù)向前輩教師學(xué)習，不斷總結(jié)反思、摸索前進，為增強學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力以及力學(xué)學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展不斷努力。