現(xiàn)代工程教育理念下工程力學(xué)課程教學(xué)改革

董茹++杜鵑++劉聰

摘要： 現(xiàn)代工程教育要適應(yīng) 21 世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，更加強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)人才的實(shí)踐性、創(chuàng)新性和開放性。在“工程力學(xué)”教學(xué)改革中，我們以現(xiàn)代工程教育理念為指導(dǎo)，改革課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等，培養(yǎng)綜合素質(zhì)的工程人才。

Abstract： Modern engineering education should adapt to the development trend of the global economy in the 21st Century， and make more emphasis on cultivating practice， innovation and openness of talents. In engineering mechanics teaching reform， we are guided by modern engineering education idea to reform teaching content， teaching methods， assessment methods， strengthen the practice teaching in order to cultivate engineering talents with comprehensive quality.

關(guān)鍵詞： 現(xiàn)代工程教育；工程力學(xué)；教學(xué)改革

Key words： modern engineering education；engineering mechanics；teaching reform

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0175-02

0 引言

現(xiàn)代工程的主要特征是技術(shù)性、社會(huì)性、綜合性和創(chuàng)造性等，要求其不僅要滿足科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的要求，還必須兼顧地球的可持續(xù)發(fā)展。美國麻省理工學(xué)院工學(xué)院院長(zhǎng)布朗教授提出“全球化經(jīng)濟(jì)中的工程”（Engineering in Global Economy）概念，認(rèn)為現(xiàn)代工程教育要適應(yīng)21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該具有知識(shí)的集成化、學(xué)科的交叉性以及工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)緊密結(jié)合的特點(diǎn)[1]。

國際上著名的應(yīng)用現(xiàn)代工程教育理念進(jìn)行教學(xué)的三所大學(xué)別是：國立清華大學(xué)、巴黎理工大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)。美國的哥倫比亞大學(xué)提出美國工程專業(yè)人才具備的能力即：應(yīng)用數(shù)學(xué)科學(xué)工程的能力；設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的的能力，分析和解釋數(shù)據(jù)的能力；設(shè)計(jì)一個(gè)工程部件或工藝以滿足需求的能力；在多學(xué)科團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮作用的能力；以及解決問題的能力。

“工程力學(xué)”課程的理論性高、實(shí)踐性強(qiáng)，是一門重要的工科專業(yè)基礎(chǔ)課。

工程力學(xué)（Engineering Mechanics）所包含的內(nèi)容是很廣泛的，在面向21世紀(jì)教學(xué)改革過程中，工程力學(xué)課程的開設(shè)，不但要培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，而且要培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)和創(chuàng)造能力。因此在教學(xué)內(nèi)容和方法上應(yīng)進(jìn)一步創(chuàng)新和規(guī)劃，吸收現(xiàn)代教育思想和手段，為培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)的優(yōu)秀人才服務(wù)[1]。

1 工程力學(xué)課程的特點(diǎn)

我們?cè)诠た票究平虒W(xué)中所教授的工程力學(xué)只包含了工程靜力學(xué)（Analysis of Engineering Statics）和材料力學(xué)（Mechanics of Materials）中最基本的部分。

工程力學(xué)課程的理論體系是穩(wěn)定的，有自身的系統(tǒng)性和邏輯性，在基本理論的講授上有其特定的規(guī)律。教學(xué)改革的目標(biāo)是用現(xiàn)代教育的思想，讓基本教程內(nèi)含的建模思想和廣闊的工程應(yīng)用價(jià)值，轉(zhuǎn)變成能動(dòng)性的教學(xué)，給學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)提供更高層次的空間。

2 運(yùn)用現(xiàn)代工程教育理念改革教學(xué)內(nèi)容、方法、手段

2.1 “以學(xué)生為主體，以問題為中心”引導(dǎo)式教學(xué)

以問題為中心，比如講授圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，引入生活中的問題，粉筆擰斷的斷面，怎樣做出力學(xué)分析？就是讓學(xué)生帶著生活中的問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過解決問題的過程，訓(xùn)練他們綜合運(yùn)用知識(shí)的技能，最終能夠做出粉筆的受力圖。使學(xué)生進(jìn)入“樂之”學(xué)習(xí)階段，主動(dòng)進(jìn)行探索性的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)熱情高。

2.2 “以運(yùn)用為指導(dǎo)，以創(chuàng)新為目標(biāo)”實(shí)踐性教學(xué)

在課程結(jié)束后，教師仍然長(zhǎng)期指導(dǎo)有興趣的學(xué)生完成課題。比如：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，老師為輔導(dǎo)人，學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和參與人，在規(guī)定的時(shí)間里完成一個(gè)學(xué)生自選的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目項(xiàng)目。我們其中一個(gè)項(xiàng)目就是：“在建實(shí)驗(yàn)樓用建材料力學(xué)性能測(cè)試及評(píng)定”。這個(gè)項(xiàng)目依托于學(xué)校在建的實(shí)際項(xiàng)目，學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)課程所學(xué)習(xí)的低碳鋼力學(xué)性能知識(shí)，完成實(shí)際項(xiàng)目。在這個(gè)過程中，遇到的材料增多，需要試驗(yàn)的力學(xué)性能增多，學(xué)生需要舉一反三，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用與實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和積極創(chuàng)新的學(xué)習(xí)能力。這與美國猶他州立大學(xué) M.David Merrill 教授提出的“首要教學(xué)原理”[2]是一致的，把“理論聯(lián)系實(shí)際、溫故再知新、學(xué)而能至用”作為教學(xué)原則，設(shè)計(jì)“激活已有經(jīng)驗(yàn)”、“展示知識(shí)技能”、“應(yīng)用知識(shí)技能”、“將知識(shí)技能整合到實(shí)際項(xiàng)目中”。

2.3 工程構(gòu)件立體化視頻教學(xué)

我們制作了全部工程力學(xué)涉及的幾種受力變形視屏演示，包括桿件的拉伸，壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲、剪切等受力及變形過程或直至破壞，將課本上平面的受力過程空間立體化，讓學(xué)生更容易理解知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力的思維能力。通過這種方式，避免了“講解員式”呆板、枯燥的授課，學(xué)生課堂氣氛非?；钴S，積極參與，極大程度上提高了提高教學(xué)效率。但這種方式對(duì)教師和學(xué)生的要求都很高，因?yàn)榻處熜枰ㄙM(fèi)更多的時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)和誘導(dǎo)，而學(xué)生則需將更多的精力放在理解和應(yīng)用上，此時(shí)傳統(tǒng)的教學(xué)方式無法滿足要求，應(yīng)采取三維動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種手段使學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，如此教學(xué)效果將事半功倍[3]。

2.4 合理利用教具，情景式教學(xué)

教師在實(shí)際的課堂教學(xué)過程中應(yīng)合理利用教具，采用直觀教學(xué)法，實(shí)行情景式教學(xué)，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺，如此能夠大大提高教學(xué)質(zhì)量和效果。比如在講授扭轉(zhuǎn)失效問題時(shí)，可隨手抓起一支粉筆，將其擰斷，其斷口就是典型的脆性材料斷面，并引導(dǎo)學(xué)生分析其斷裂面方位。

聯(lián)系日常生活中與力學(xué)有關(guān)的實(shí)例，比如自行車、載重汽車、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、起重機(jī)等，如此學(xué)生就會(huì)知道力學(xué)知識(shí)并不是高深莫測(cè)的，力學(xué)知識(shí)就充斥在我們生活的方方面面，我們生活中常見的一些現(xiàn)象幾乎都富含著豐富的力學(xué)知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)觀察和留意生活中的各項(xiàng)問題，從中發(fā)現(xiàn)力學(xué)知識(shí)掌握力學(xué)知識(shí)，比如小麥的麥秸和竹子為什么生長(zhǎng)成空心圓截面？[4]因?yàn)樾←湹柠溄蘸椭褡由L(zhǎng)成空心圓截面具有優(yōu)良的抗彎和抗失穩(wěn)的能力等。

2.5 開設(shè)新的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和科研能力的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較簡(jiǎn)單，且大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)傳統(tǒng)的工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目精選、歸并和增補(bǔ)，并將分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的思考性和啟發(fā)性，增強(qiáng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題、研究問題的能力有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，在現(xiàn)代工程理念指導(dǎo)下，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，為21世紀(jì)培養(yǎng)生命力旺盛的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。

綜上教學(xué)改革方法，我們培養(yǎng)學(xué)生具有完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)層次，從理論、計(jì)算和實(shí)踐三個(gè)方面進(jìn)行訓(xùn)練，使他們能夠定量、定性地分析問題，用系統(tǒng)工程的思想分析問題，與高技術(shù)結(jié)合，熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問題。從工科教育、人文教育兩個(gè)方面進(jìn)行工程實(shí)踐，既注重知識(shí)的傳授，又注重人的培養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)嚴(yán)格的工程思維方式。

3 結(jié)論

我們通過改革工程力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段，實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)。這些措施使學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和潛能，形成了良好的學(xué)風(fēng)。從近三年的課程通過率來看，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)行課改后，學(xué)生的通過率明顯增加，所以說讓學(xué)生感興趣積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)是最重要的[4]。

教學(xué)相長(zhǎng)，教學(xué)改革也促進(jìn)了教師的教學(xué)、科研水平，教師的科研成果充實(shí)了課程內(nèi)容，提高了講課內(nèi)容的知識(shí)性和趣味性，更加促進(jìn)了教學(xué)。

在今后的工程力學(xué)教學(xué)中，首先要求教師有開闊的眼界，以培養(yǎng)符合現(xiàn)代社會(huì)要求的有綜合高素質(zhì)的人才為目標(biāo)，設(shè)計(jì)自己的課程。繼承傳統(tǒng)教學(xué)培養(yǎng)抽象思維能力的優(yōu)點(diǎn)，在傳統(tǒng)教學(xué)方法和多媒體教學(xué)方法的協(xié)調(diào)結(jié)合上下功夫，加強(qiáng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)和物理模型的能力。教師應(yīng)該運(yùn)用現(xiàn)代工程教育理念進(jìn)行教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)以及工程知識(shí)的能力，具有設(shè)計(jì)局部和整體工程的能力，用現(xiàn)代科技創(chuàng)造新的復(fù)雜系統(tǒng)的能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的能力，嚴(yán)謹(jǐn)和周密的思維方式，對(duì)社會(huì)發(fā)展有全局觀念和責(zé)任心。

參考文獻(xiàn)：

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[4]劉曉旻，張曉芳，李蘇貴.現(xiàn)代工程教育理念下的傳感器課程教學(xué)改革[J].中國電力教育，2010（16）：107-110.