郭亞雄，權變利，金會心

（貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025）

隨著高科技產業(yè)的不斷崛起和改革開放的不斷深化，我國的本土商品在全球市場逐漸打開局面，導致我國工程師與國際工程技術人員之間的接觸更加密切。然而，不同國家之間的技術人員因教育方式的差異而水平參差不齊。另外，不同的教育方式和背景對學生的出國進修也有不利影響。針對以上問題，1989年歐美等發(fā)達國家民間工程協(xié)會簽署了本科工程教育的國際通行協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》，2013年中國科協(xié)也成為該協(xié)議的會員。工程教育認證是目前全球互認度最高的學生教育質量保障制度，是我國本科生教學水平和質量與國際接軌的重要橋梁，是促進現(xiàn)階段我國高校工科專業(yè)改革和創(chuàng)新的重要舉措［1-3］。早在2018年，貴州大學冶金工程專業(yè)在學校等上級領導機構的關懷和指導下，在本科生培養(yǎng)方案修訂、課程教學方案制訂等方面開展了大量的工作。2020年5月，為推進新時代中國特色社會主義人才培養(yǎng)工作，教育部決定培育建設新工科專業(yè)，以面對未來科技對我國經濟體系和人才的考驗［4］?！肮こ塘W”課程是冶金工程專業(yè)的基礎課程，對學生的工程、材料等領域的思維能力培養(yǎng)起鋪墊作用。筆者基于多年從事金屬力學性能的研究及承擔冶金專業(yè)“工程力學”課程的教學工作，通過分析冶金專業(yè)在課程教學中存在的問題，以工程教育為導向，以冶金工程專業(yè)知識為指引，對現(xiàn)有“工程力學”課程的教學內容和方法進行了創(chuàng)新性探索。

一、工程教育背景下的冶金工程專業(yè)“工程力學”教學方式現(xiàn)狀

“工程力學”課程的主要內容是教導學生如何利用經典牛頓力學的普遍定理和規(guī)律，將建筑及土木工程、機械工程及材料科學與工程等專業(yè)的實際工程問題中遇到的平衡與穩(wěn)定問題進行受力分析，運用材料力學的授課內容，求解出工程構件的受力情況，進而實現(xiàn)工程構件的經濟性、合理性設計。在后續(xù)的專業(yè)課學習中，許多專業(yè)均會在此基礎上增設結構力學、材料力學性能等課程，“工程力學”已成為中國高校工科專業(yè)必修的專業(yè)基礎課程之一［5-6］。因此，“工程力學”課程的教學質量直接影響到冶金專業(yè)本科生科學分析并解決冶金化工行業(yè)實際問題的能力。經過多年來的教學經驗和學生問卷分析，筆者發(fā)現(xiàn)大部分學生無法深刻理解“工程力學”課程開設的意義及其對今后專業(yè)課的影響，致使教學效果不盡如人意，主要歸因于以下兩點。

（一）學生基礎薄弱，目標渙散

學習該課程的學生早在高中階段就深刻學習過“高中物理”，并掌握了牛頓經典力學及力系平衡等基礎性知識。同時，高考壓力下的題海戰(zhàn)術也使學生加強了對該方面知識的理解；并且在大學一年級的課程中，又學習了“大學物理”（上下兩冊）課程，學生的力學功底應該有了極大的提升。然而，本校部分學生理科基本功較弱，“高等數(shù)學”和“大學物理”兩門基礎課程掛科率偏高，并且大部分學生認為大學是學習的終點，并無繼續(xù)深造的目標。再者，學生已經適應了大學多樣化的學習和生活方式，面對大學多姿多彩的生活，大部分學生無法全身心地投入理論課的學習中。通常大部分學生每周的學習時間僅為學院強制的兩次兩個小時的自習時間，并且該時間段內學生還有其他課程需要復習。另外，“工程力學”課程公式定理較多，理論性較強，很多知識點學生在課堂上無法完全領悟，前期靜力學基礎不牢，導致后期材料力學的內容學習難上加難。而且部分學生心理上總是抱著“六十分萬歲，多一分浪費”的學習思想，在心理上和學習態(tài)度上完全是為了應付考試而被迫學習的狀態(tài)。以上這些均導致學生無法深刻領會工程力學解決工程實際問題的重要作用，自然也無法實現(xiàn)學生該方面能力的培養(yǎng)［7］。

（二）教師冶金知識欠缺，工程實踐匱乏

在新時代工程教育和新工科高等教育背景下，學生的教學培養(yǎng)需要以工程問題為主要牽引，以增強學生的工程實踐能力為核心目標，以教師科研項目為載體向學生逐步滲透相關專業(yè)工程知識、拓展學生學識，突出專業(yè)特色優(yōu)勢，靈活拓展專業(yè)課程模塊。因此，任課教師的專業(yè)水平、教學能力、知識儲備和工程實踐經驗深刻影響著教學質量。然而，目前冶金專業(yè)學生學習的“工程力學”課程為土木學院結構力學專業(yè)教師所授。本校冶金專業(yè)的學生主修專業(yè)課程為“物理化學”“冶金熱工基礎”和“金屬學”，學生對冶金專業(yè)相關知識認識不多，對冶金專業(yè)的發(fā)展趨勢和前沿問題也沒有任何了解。例如，經筆者調查，大多數(shù)冶金專業(yè)學習過“工程力學”的學生不清楚鋼牌號的含義及其拉伸變形曲線，僅知道低碳鋼和鑄鐵，冶金專業(yè)方面知識并未涉及。另外，考核方式上也非常單一，基本上分數(shù)以期末考試成績?yōu)橹?，致使多?shù)學生采取臨時抱佛腳的應試式學習方式，知識掌握不全面、不熟練。學生也很難從該課程上獲得關于專業(yè)知識方面的了解和啟蒙。另外，冶金專業(yè)所學習的教材大多為機械類和土木類專業(yè)教師所編寫，講授的內容和冶金專業(yè)知識關系不大，并且課程理論性強容易導致學生自信心被挫傷，無法將該課程內容融會貫通。

二、冶金專業(yè)“工程力學”創(chuàng)新式教學改革與優(yōu)化

（一）優(yōu)化和修訂教學內容與成績評價體系

課程目標的設定是課程教學的引路標，也是專業(yè)人才培養(yǎng)方案總目標的具體化。在以往的課程分配中，“工程力學”4個學分，共計64個學時。教學內容主要由靜力學和材料力學兩部分組成，其中靜力學內容占教學內容的30%，材料力學內容占70%。在課程開始階段，緒論部分會單獨拿出1課時著重講述工程力學中的問題、與我國近年科學技術發(fā)展相關的力學科學家（錢學森、郭永懷、錢偉長等）的事跡、我國特大工程（港珠澳特大橋、貴州高橋博物館、“蛟龍”號載人潛水器、大興機場等）及其內部與冶金專業(yè)方面有關的知識（繩索的材質成分及其強度、深海潛水器的難點等），將思政元素中的愛國、敬業(yè)等價值觀有機地融入課程，拓展學生的知識面，實現(xiàn)冶金專業(yè)的啟蒙，培養(yǎng)專業(yè)興趣，搭建大類必修課和后期專業(yè)課的橋梁。在講授靜力學部分時，根據(jù)學生的高中物理水平，合理地調節(jié)授課的難度，強化公式定理的推導，而非結論的強制性灌輸。在介紹工程上的約束類型時，拓展冶金工業(yè)中涉及的同類型，例如：高爐上的上料車車輪與鋼軌之間的光滑面約束、連鑄連軋工序上的滾軸、導輥屬于軸承約束等。在講授重點難點內容靜力學平衡問題時，從尋找二（三）力桿、整體和隔離體受力分析及平衡方程的選取和構建三個方面逐個突破，重點關注學生舉一反三的能力，利用2～3個課時進行習題講解和課后作業(yè)，讓學生充分掌握該方面知識。另外由于冶金工程專業(yè)的特殊性，學生在后期專業(yè)課學習過程中，只學習到金屬學相關知識，對金屬和合金的力學行為學習不深入，但很多冶金專業(yè)畢業(yè)生均從事與該方面相關的工作，因此，還應拓展合金材料的幾種力學性能（磨損、高溫強度、疲勞等），并通過視頻教學和實驗教學相結合，讓學生了解合金材料力學性能的測試方法。

在課程考核目標優(yōu)化方面，結合工程教育背景下人才專業(yè)能力強、知識面廣、綜合素質高的目標，將之前“一考定乾坤”的考核方式進行了修改和優(yōu)化，從根本上改變學生為了考試而學、平時上課不積極、臨考突擊復習的現(xiàn)狀。通過增加課堂提問和獎勵性問答環(huán)節(jié)，將枯燥無味的工程問題與學生欠缺的工程實踐能力相結合，拓展學生工程意識，增加學生學習熱情。通過添設期中考試環(huán)節(jié)把控學生學習狀態(tài)，降低期末考試失利的風險。另外，通過每堂課布置課后作業(yè)，將考核指標和比重模塊化，實現(xiàn)課程學習全過程把控和評估。

（二）專業(yè)前沿牽引學生自主探索

秉承我校最新本科教學政策：鼓勵教師把國際前沿學術發(fā)展、最新研究成果和實踐經驗融入課堂教學，注重觀念引導、知識傳授與技能培養(yǎng)的有機結合，培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人。面向新時代冶金學科前沿，增強學生學術創(chuàng)新水平，以實際工程問題為背景，著重培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣和研究性學習意識。本科階段課本上的內容主要強調基本概念、定理和方法及其應用，注重培養(yǎng)學生領悟和傳承理論知識，并不能將力學與冶金工程學科前沿聯(lián)系在一起。在講解材料力學中關于桿件軸類件的拉伸和壓縮過程中塑性材料的拉伸曲線時，為了增強學生對合金材料的力學性能的理解，筆者從學術論文中下載關于合金材料原位拉伸的視頻，拓展講解合金拉伸過程中表面孔洞、浮凸和斷裂前頸縮等缺陷的形成原因，并在此提出晶界、位錯等概念，對學生的專業(yè)知識進行啟蒙。另外額外講解合金牌號的相關知識，讓學生了解日常生活中的各類工具。在講解應力集中時，筆者會借鑒冶金專業(yè)教師關于夾雜物對合金力學性能的研究論文，并通過查閱相關原位拉伸過程中夾雜物周圍位錯增殖情況的相關視頻，讓學生深刻領會應力集中的概念及其對力學性能的影響。在講解材料力學中彎曲變形過程中，拓展講解陶瓷材料的彎曲變形曲線和萬能電子試驗機，以及彎曲試樣的國家標準。根據(jù)三點彎曲曲線，靈活利用彎曲視頻和動畫，幫助學生理解三點彎曲，教導學生如何在中國知網(wǎng)下載學術論文，引導學生查閱相關學術文獻，計算出彎曲強度和彎曲模量。將學生的學習熱情從工程力學的知識引導到冶金專業(yè)知識的探索中來，拓展冶金專業(yè)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，啟蒙學生的專業(yè)興趣。在此基礎上，引導學生主動與專業(yè)教師溝通，申報校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，主動進入實驗室。學生根據(jù)教師設定的實驗目標，閱讀相關學術文獻，結合本專業(yè)實驗中心的條件，學生自行設計方案、選擇合適的儀器、熟悉儀器操作流程，獲得相關實驗結果，并進行分析處理。逐漸培養(yǎng)學生科學研究問題的方法和素養(yǎng)，體驗研究性學習和科研的艱苦與樂趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造欲望和對未知領域的探索精神，同時增強學生對工程力學的理解，實現(xiàn)多元化學習和考核。

（三）建立課程考核總結和學生反饋機制

為了直接且客觀地知曉課程學習過程中各章、各知識點學生的學習情況及存在的問題，我們進行了課程考核總結和學生反饋。課程反饋是教學環(huán)節(jié)中至關重要的一個環(huán)節(jié)，也是教學管理中的核心內容之一［8-9］，核心功效是引導教學內容和方法的革新，以保證教學質量的合理性和先進性。

由于本課程學生人數(shù)近百人，往往坐在前排成績較好的學生可以很好地領悟教師的授課內容，而坐在后排的學生往往容易分神，對許多知識點似懂非懂。在隨堂反饋中，前排學生的反饋往往掩蓋后排學生的真實情況，造成知識傳授的不全面。因此，在講解隨堂練習時，筆者都會在教室進行巡課，重點關注坐在后排學生的學習情況，關心上課分神的同學，通過言語上的鼓勵，將他們拉回到課堂，增強師生間的知識互動和情感交流。另外在每部分知識點結束后，筆者都會布置相關作業(yè)，并讓學生在作業(yè)后，寫出對本部分內容的疑惑點，通過統(tǒng)計學生反饋情況，著重講解多數(shù)學生不懂的知識點和難點，并利用課堂隨機提問和點名的方式，抽查學生對難點問題的掌握情況，幫助學生找回學習的方向，也幫助教師獲得反饋信息，把控教學內容和學生的理論水平是否契合，努力實現(xiàn)每個教學知識點步步為營、穩(wěn)扎穩(wěn)打。為了更好地實現(xiàn)過程化教學考核，設立期中考試環(huán)節(jié)，摸底學生的學習情況，給學生敲響警鐘，督促學生對前期知識的復習。并且根據(jù)考試情況，分析學生對知識點的掌握情況。對于測評較差的學生，在后期學習中重點關注，給予更多關心，端正其學習態(tài)度。同時，這也幫助教師對教學方法進行總結，不斷改進自身的教學方式和方法。在期末考試試題上充分體現(xiàn)各部分重要知識點，兼顧新工科背景下專業(yè)發(fā)展要求，突出冶金學科的專業(yè)特點，為學生今后的專業(yè)課程學習打下思想啟蒙基礎。另外，在課程學習結束之后，在遵循以學生為中心的基本原則基礎上進行全員性的問卷調查，問卷主要包含學生對教師的教學態(tài)度和方法滿意度評價、學生對教材的評價、學生對班級學習態(tài)度的評價及學生對教師教學改革的評價等。以調查結果為依據(jù)，建立教師自我發(fā)展的評價機制，不斷增強教師教學方法，逐步實現(xiàn)“考—教”相互監(jiān)督、相互促進的良好協(xié)作機制，不斷提高教師的教學能力和水平，實現(xiàn)工程教育背景下的冶金專業(yè)學生培養(yǎng)要求。

結語

“工程力學”課程建設是新時代新工科建設中不可忽略的重要一環(huán)。從思想上讓學生將以前所學習的理論知識實現(xiàn)工程思維的轉變和升級，對今后的專業(yè)課程學習起到重要的啟蒙作用。針對工程教育背景下的冶金工程專業(yè)“工程力學”課程改革，不僅引導學生自主學習，培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力，還鼓勵學生進行學術研究探索，為今后的專業(yè)學習打下堅實的基礎。通過課程效果反饋，讓教師時刻以“四有”好老師的標準嚴格要求自己，不斷反思進步，認真對待每一節(jié)課、每個知識點、每一位學生，培養(yǎng)出新時代合格的追夢人。