工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)改革的探索和實(shí)踐

◆林金保 陳艷霞 崔小朝 馬崇山

(太原科技大學(xué))

力學(xué)是自然科學(xué)的七大基礎(chǔ)學(xué)科之一，是聯(lián)系工程和科學(xué)的橋梁，是工程科學(xué)的基礎(chǔ)，其發(fā)展橫跨理工，與各行業(yè)的結(jié)合非常密切。隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會的發(fā)展，特別是近20 年來國際上科學(xué)綜合性趨勢的發(fā)展，力學(xué)同其他基礎(chǔ)學(xué)科和技術(shù)學(xué)科之間產(chǎn)生交叉學(xué)科，使得力學(xué)專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)逐漸變寬，因此工程力學(xué)專業(yè)對人才培養(yǎng)必須堅(jiān)持扎實(shí)基礎(chǔ)與重視實(shí)踐相結(jié)合的指導(dǎo)思想。然而，目前大多數(shù)高校的工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)置和專業(yè)培養(yǎng)沒有具體的工程背景，直接導(dǎo)致了學(xué)生的工程意識薄弱，這也是工程力學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方面面臨的最大問題，因此，提高工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)及解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)尤為重要。

課程設(shè)計(jì)是高等學(xué)校本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，但與畢業(yè)設(shè)計(jì)相比，重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。就目前我校工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀而言，由于開設(shè)時(shí)間較短，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不豐富，課程設(shè)計(jì)仍然存在許多缺陷和不足，筆者就此展開了廣泛的調(diào)研和有益的探索，并提出一些關(guān)于課程設(shè)計(jì)改革的思路和方法，以期有效促進(jìn)本校工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)質(zhì)量上新臺階，進(jìn)而提升工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)及駕馭實(shí)際工程的能力，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)的競爭力。

一、工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)改革現(xiàn)狀

力學(xué)系列課程現(xiàn)行的教學(xué)方法大多是通過各種手段將這些課程的知識傳授給學(xué)生，最后通過考前復(fù)習(xí)和考試對其歸納提高。在此過程中，學(xué)生多數(shù)處于被動(dòng)、應(yīng)付狀態(tài)，難以擺脫從理論到理論，理論脫離實(shí)際模式的束縛。學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立分析問題、解決實(shí)際問題的能力差，這與培養(yǎng)2l 世紀(jì)人才模式很不適應(yīng)，力學(xué)系列課程的教學(xué)改革已是當(dāng)務(wù)之急。目前國內(nèi)外許多大學(xué)的力學(xué)相關(guān)課程設(shè)置了課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)的數(shù)量有所增加。如中南大學(xué)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程設(shè)計(jì)，吉林大學(xué)的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)，湖南大學(xué)的振動(dòng)力學(xué)課程設(shè)計(jì)，美國的斯坦福大學(xué)在理論力學(xué)增設(shè)了實(shí)踐環(huán)節(jié)等，都取得了較好的效果。在增加課程設(shè)計(jì)數(shù)量的同時(shí)，一些高校更較重視課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的改革，如南京航空航天大學(xué)的有限元課程設(shè)計(jì)是針對實(shí)際的索拉橋進(jìn)行分析，在提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立分析問題與解決實(shí)際問題的能力方面作了有益的探索。

我校工程力學(xué)專業(yè)所設(shè)課程主要有CAD/CAM 軟件應(yīng)用、.net 程序設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元和工程分析軟件及應(yīng)用等課程，其邏輯性和系統(tǒng)性對于培養(yǎng)學(xué)生的分析問題的能力非常有利，但在力學(xué)學(xué)習(xí)過程中，教師和學(xué)生會經(jīng)常遇到一些沒有見過的實(shí)際問題或力學(xué)模型，工程意識和分析、解決實(shí)際問題能力較弱的人，往往思前想后不得其解，以至于束手無策;反之，工程意識和分析、解決實(shí)際問題能力較強(qiáng)的人則往往能自如應(yīng)對一切難題。為了培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程意識和分析解決問題的能力，2006 年開始，我校力學(xué)專業(yè)開設(shè)了課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如“有限元軟件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)”和“工程力學(xué)課程設(shè)計(jì)”，2011 年又增設(shè)了“結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)”和“CAM/FEM軟件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)”。但總的來講，力學(xué)專業(yè)的課程設(shè)計(jì)綜合性較差，特色不明顯，課程設(shè)計(jì)題目的難度、涉及的知識面、能力的培養(yǎng)均有待改進(jìn)。

二、工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)改革中存在的問題

目前我校課程設(shè)計(jì)改革中存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是課程設(shè)計(jì)題目和任務(wù)書擬定方面，均由指導(dǎo)教師事先確定分派給學(xué)生，由于指導(dǎo)教師所掌握的工程資料有限，課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和范圍局限性較大，題目類型較少，研究方向也較集中，學(xué)生并不能根據(jù)自身的特點(diǎn)和興趣愛好，去選擇他們感興趣的題目進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是一味進(jìn)行強(qiáng)迫式學(xué)習(xí)，完成所謂的設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)生目前經(jīng)過課程設(shè)計(jì)后并不能應(yīng)對就業(yè)后工作過程中復(fù)雜多樣的技術(shù)難題。二是課程設(shè)計(jì)研究內(nèi)容與工程實(shí)際問題有偏差。課程設(shè)計(jì)都是承接基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生非常希望將自己所學(xué)的理論應(yīng)用于實(shí)際，在實(shí)際中檢驗(yàn)自己的知識，但由于學(xué)生體會不到理論與實(shí)際的聯(lián)系，課程設(shè)計(jì)并不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性。三是課程設(shè)計(jì)時(shí)間在安排上與課堂教學(xué)存在一定的時(shí)間間隔。在課程設(shè)計(jì)過程中，對于理論知識不夠扎實(shí)的部分學(xué)生來說，會有一種懼怕且無從下手的感覺，很難投入足夠的精力和時(shí)間認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)。而課程設(shè)計(jì)形式基本上是以小組為單位，小組成員圍繞一個(gè)核心題目完成不同方面的設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生的理論基礎(chǔ)和解決實(shí)際問題的能力存在差異，“能者多勞”的現(xiàn)象就會出現(xiàn)。如果指導(dǎo)教師指導(dǎo)不到位，檢查力度稍低，就很容易出現(xiàn)個(gè)別學(xué)生不做或少做設(shè)計(jì)內(nèi)容，甚至還出現(xiàn)抄襲他人成果的現(xiàn)象。由此可見，工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)改革的空間較大。

三、工程力學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)改進(jìn)的思路與方法

一方面，課程設(shè)計(jì)應(yīng)選取具有一定的工程或社會實(shí)際背景，體現(xiàn)應(yīng)用性、先進(jìn)性、綜合性的題目，可以使學(xué)生對工程實(shí)際問題的復(fù)雜性有一個(gè)初步認(rèn)識，檢驗(yàn)學(xué)生對該課程理論基礎(chǔ)知識的理解和掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生通過綜合運(yùn)用該課程和相關(guān)課程的基本理論知識來分析和解決工程實(shí)際問題的能力。另一方面，能使學(xué)生樹立起正確的設(shè)計(jì)思想，養(yǎng)成實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)、謙虛的科學(xué)學(xué)風(fēng)，更能使學(xué)生在自主性、探索性、創(chuàng)造性和合作性方面得到培養(yǎng)。

首先，指導(dǎo)教師應(yīng)該重視課程設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容的選擇。斯滕豪斯明確指出:教師的身份是“和學(xué)生一起學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者”，只有這樣，才能通過發(fā)現(xiàn)法和探究法而不通過傳授法進(jìn)行教學(xué)。在課堂教學(xué)過程中，教師不僅要教授理論知識，還要注意理論聯(lián)系工程實(shí)際，通過列舉工程實(shí)例、設(shè)置問題情境等多種方法，讓學(xué)生感受到理論學(xué)習(xí)是手段，實(shí)際應(yīng)用才是真正目的。隨著社會發(fā)展，各種資訊日新月異，教師不能仍保持傳統(tǒng)的觀念，而必須在教學(xué)生涯中通過不斷學(xué)習(xí)搜集和處理更多關(guān)于課程內(nèi)容的相關(guān)資訊，熟悉教育改革趨勢和重點(diǎn)，更新補(bǔ)充專業(yè)知識，提高專業(yè)能力;了解該專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和興趣愛好。這樣，教師才能根據(jù)課程內(nèi)容確定適合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生感興趣的課程設(shè)計(jì)題目，并且真正做到理論與工程實(shí)際的聯(lián)系、對知識的綜合應(yīng)用、全方位的展開學(xué)生的思維和最大限度地解放學(xué)生的思想，才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和應(yīng)變思維能力。

其次，課程設(shè)計(jì)應(yīng)與工程實(shí)際相結(jié)合，針對不同課程內(nèi)容及培養(yǎng)目標(biāo)采用多種形式的課程設(shè)計(jì)方法。比如《理論力學(xué)》，它是一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，教師在講解過程中多是針對抽象化理想的力學(xué)模型，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中通常感覺理論知識很好懂，但自己動(dòng)手練習(xí)的時(shí)候卻無從下手，理論和實(shí)際總是聯(lián)系不到一起。為此，教師在講授過程中可采用工程實(shí)例教學(xué)法，即選擇一些具有代表性、啟發(fā)性、時(shí)代性的實(shí)例，通過學(xué)習(xí)和討論，使學(xué)生對知識有更深層次的理解，從而激發(fā)學(xué)生應(yīng)用知識的熱情。教師可以通過布置相關(guān)知識的小論文，學(xué)生通過查閱資料、撰寫小論文的形式，深刻理解力學(xué)知識和工程實(shí)際問題間的聯(lián)系?！恫牧狭W(xué)》課程除可設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)外，還可以確定一些簡單的等值桿結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生從選擇材料到外形設(shè)計(jì)，從安全校核到經(jīng)濟(jì)評價(jià)等實(shí)際操作過程中，去體會理論和實(shí)際問題間的聯(lián)系。而這樣的任務(wù)可以安排在學(xué)生課堂學(xué)習(xí)過程中完成。對于那些需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識，并且要有足夠的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐的課程設(shè)計(jì)，可以安排在下一學(xué)期進(jìn)行。由此實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的相互滲透、相輔相成，改變實(shí)踐活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容游離的狀況。

最后，在課程設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生為主體，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用。通過學(xué)生選題、教師擬定任務(wù)書、小組討論確定設(shè)計(jì)方案及實(shí)施步驟來完成一次課程設(shè)計(jì)任務(wù)。教師可以根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，適時(shí)安排一定時(shí)間的問題討論及進(jìn)度匯報(bào)，通過師生及生生之間的經(jīng)驗(yàn)交流集思廣益，既可以培養(yǎng)學(xué)生合作互助的精神，又可以提高學(xué)生的競爭意識。對于學(xué)生在課程設(shè)計(jì)期間遇到的重點(diǎn)或難點(diǎn)，教師應(yīng)該及時(shí)給予分析或講解，絕對避免學(xué)生找不到教師的現(xiàn)象，因?yàn)榻處煹恼_引導(dǎo)是學(xué)生圓滿完成課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

在課程設(shè)計(jì)改革探索和實(shí)踐過程中，結(jié)合我校工程力學(xué)專業(yè)的優(yōu)勢與學(xué)校的辦學(xué)特色進(jìn)行建設(shè)，可操作性強(qiáng)，對從根本上提升工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)，提升學(xué)生駕馭實(shí)際工程的能力，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競爭力具有重要意義。而課程設(shè)計(jì)實(shí)踐性教學(xué)是一個(gè)綜合性的問題，需要教師、學(xué)生、學(xué)校及社會的有關(guān)部門共同努力才能收到較好的教學(xué)效果。

［1］鄧國紅，雷剛，何懷波，力學(xué)系列課程進(jìn)行“課程設(shè)計(jì)”實(shí)施方案［J］.力學(xué)與實(shí)踐，2002，24(2):56 -58.

［2］劉人懷.我國力學(xué)專業(yè)教育現(xiàn)狀與思考.中國大學(xué)教育，2007，(1).

［3］邵國霞，梁明學(xué).課程設(shè)計(jì)教學(xué)的探討.中國大學(xué)教育，2005，(6):25 -34.

［4］梁清香，戴保東，趙子龍.理論力學(xué)教學(xué)中對學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的思考和措施，力學(xué)與工程應(yīng)用.鄭州大學(xué)出版社，2012，8:334-335。