新工科模式下力學(xué)課程的教學(xué)改革

劉露 王延遐 許英姿

摘要：新工科模式下，為了培養(yǎng)工科專業(yè)學(xué)生的解決工程實(shí)際問題的能力，力學(xué)課程需要做一些教學(xué)模式的改革。教學(xué)改革有五方面：引入工程實(shí)例、開展基于項(xiàng)目的研究型教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、多元化的教學(xué)模式、改革考核方式。把這些改革措施應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：新工科；力學(xué)課程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）16-0086-02

當(dāng)前世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進(jìn)行，工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系?！靶鹿た啤笔腔趪野l(fā)展新需求、國際競爭新形勢(shì)、立德樹人新要求而提出來的我國工程教育改革方向。2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，與會(huì)高校共同探討了新工科的建設(shè)與發(fā)展。新工科建設(shè)和發(fā)展需要建立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”?？偨Y(jié)工程教育改革發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步深化工程人才的培養(yǎng)，發(fā)揮自身與行業(yè)產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系的優(yōu)勢(shì)，面向未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，優(yōu)化學(xué)科專業(yè)布局，促進(jìn)現(xiàn)有工科的交叉復(fù)合、工科與其他學(xué)科的交叉融合，大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才[1]。

2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會(huì)，60余所高校共商新工科建設(shè)的愿景與行動(dòng)。培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當(dāng)務(wù)之急，也是長遠(yuǎn)之策。要?jiǎng)?chuàng)新工程教育方式與手段：落實(shí)以學(xué)生為中心的理念，增強(qiáng)師生互動(dòng)；改革教學(xué)方法和考核方式，形成以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育模式；推進(jìn)信息技術(shù)和教育教學(xué)深度融合，建設(shè)和推廣應(yīng)用在線開放課程，充分利用虛擬仿真等技術(shù)創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)方式[2]。

工科專業(yè)要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程思維，力學(xué)課是理工科學(xué)校的很多專業(yè)包括車輛工程、交通運(yùn)輸、交通工程、能源與動(dòng)力工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)械制造等專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)核心課，處于由基礎(chǔ)理論課向?qū)I(yè)課過渡的地位，在課程體系中起基礎(chǔ)平臺(tái)作用，與一些后續(xù)課程密切相關(guān)。力學(xué)課程培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、動(dòng)手能力，以及解決實(shí)際問題的能力起到至關(guān)重要的作用。在新工科背景下力學(xué)課程怎么進(jìn)行教學(xué)改革是很多力學(xué)工作者探討的問題[3，4]。

結(jié)合“新工科”專業(yè)特點(diǎn)，力學(xué)課程需要做一些教學(xué)模式的改革，不止停留在學(xué)生聽懂聽明白的層次上，更多關(guān)注到運(yùn)用知識(shí)的能力，課堂學(xué)到的知識(shí)有什么用？在哪里用？怎么用？更加注重學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，分析問題解決問題等方面的能力培養(yǎng)以及人格養(yǎng)成。

一、引入案例教學(xué)

力學(xué)課程概念多，知識(shí)抽象，學(xué)生接受起來有一定難度。而且學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前接觸的工程實(shí)際問題很少，很多問題沒有什么工程意識(shí)。但在新工科背景下，我們又要培養(yǎng)工科專業(yè)學(xué)生的解決工程實(shí)際問題的能力。

為了實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)，大量引入案例教學(xué)，來培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，拓展學(xué)生的視野，這些資源可以放到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，也可以引入課堂：搜集與力學(xué)有關(guān)的工程實(shí)例，分析相應(yīng)的力學(xué)原理，并按課程章節(jié)的內(nèi)容整理好，建立工程實(shí)例的資料庫。并進(jìn)一步完善教學(xué)內(nèi)容，把工程實(shí)例教學(xué)引入課堂教學(xué)實(shí)踐，并總結(jié)對(duì)教學(xué)效果的影響。例如晾衣繩的彎曲很形象地理解彎曲的概念；收集日常生活中與力學(xué)教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的現(xiàn)象，從身邊司空見慣的現(xiàn)象中進(jìn)行力學(xué)思考，并按課程章節(jié)的內(nèi)容整理好，建立身邊的力學(xué)實(shí)例的資料庫。例如為什么方便面調(diào)料袋要有個(gè)V型口？通過這個(gè)例子很容易就理解應(yīng)力集中的概念。把這些內(nèi)容穿插到課堂教學(xué)中，并進(jìn)行討論，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又可以加深對(duì)概念的理解。

二、開展基于項(xiàng)目的研究型教學(xué)

組織開展基于項(xiàng)目的研究型教學(xué)，形成一些有意義的物化的研究成果，提高學(xué)生查閱資料，研究創(chuàng)新的能力；組織學(xué)生進(jìn)行合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，實(shí)行小組協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，全員參與到學(xué)習(xí)中來。適合親身體驗(yàn)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目可以小組去做，比如到操場(chǎng)上觀察雙杠橫梁的截面形狀，并測(cè)總長度和外伸長度比值，討論雙杠設(shè)計(jì)合理性。再舉一例子，仔細(xì)觀察芭蕉扇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并從材料力學(xué)的角度對(duì)芭蕉扇的神奇之處進(jìn)行探究，解釋蒲扇結(jié)構(gòu)特有的力學(xué)內(nèi)涵：芭蕉扇在工作中承受何種載荷？以發(fā)生何種變形為主？分析芭蕉扇的結(jié)構(gòu)，芭蕉扇的天然結(jié)構(gòu)為何使其適于承受重復(fù)地彎曲？加固扇子的邊緣處起到了什么作用？扇扇子時(shí)，扇面的變形對(duì)其承載力和使用功能有何影響？

三、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

通過一些力學(xué)史上的科學(xué)家的故事，培養(yǎng)學(xué)生具有高貴的品格，良好的職業(yè)道德，以及嚴(yán)謹(jǐn)、敬業(yè)的工作作風(fēng)，全方位提升學(xué)生的綜合實(shí)力，為終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。整理相關(guān)力學(xué)家的創(chuàng)造史與學(xué)科前沿案例，充實(shí)到相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，探索真理的積極性，并且活躍了課堂氣氛，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。搜集對(duì)力學(xué)基本理論有過貢獻(xiàn)的力學(xué)家，通過他們的個(gè)人知識(shí)素養(yǎng)及科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生對(duì)追求真理和科學(xué)知識(shí)的興趣以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

四、多元化的教學(xué)模式

通過多年的改革和實(shí)踐，我們的力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了多元混合教學(xué)模式，即根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容將傳統(tǒng)教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論等多種模式有機(jī)結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與參與性。開展翻轉(zhuǎn)討論課的小組協(xié)作學(xué)習(xí)模式，為每一個(gè)同學(xué)創(chuàng)造研討、展示、交流的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生都能體驗(yàn)展示自我、與人交流、質(zhì)疑別人的樂趣和自信，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)新思維、交流表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[5，6]。

團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了課程信息化教學(xué)改革，搭建了課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，開展了“線上線下”深度融合的學(xué)習(xí)模式，并取得了好的教學(xué)效果[7，8]。

五、改革考核方式，采用多元化的過程評(píng)價(jià)方式。

考核方式改革，不再是一張?jiān)嚲矶ǔ煽儯龃筮^程評(píng)價(jià)的比重。過程評(píng)價(jià)包括：翻轉(zhuǎn)課堂，要監(jiān)督好翻轉(zhuǎn)討論課的學(xué)生參與度，讓學(xué)生自己參與到評(píng)價(jià)打分過程；工程實(shí)例的搜集并進(jìn)行總結(jié)提交作業(yè)；小組合作的研究項(xiàng)目的成果提交；在線測(cè)試成績；平時(shí)課堂考勤，紙質(zhì)作業(yè)完成質(zhì)量等。當(dāng)然，每項(xiàng)過程評(píng)價(jià)的分?jǐn)?shù)都及時(shí)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上公布，爭取公平公正的原則。

六、結(jié)語

在新工科背景下，為了培養(yǎng)適應(yīng)目前和未來發(fā)展需要的工科人才，力學(xué)課程要進(jìn)行教學(xué)改革。多引入工程實(shí)例、開展基于項(xiàng)目的研究型教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、多元化的教學(xué)模式、改革考核方式。在教學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用過程中，不斷總結(jié)調(diào)整，培養(yǎng)出能解決工程實(shí)際問題的有科學(xué)素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才！

參考文獻(xiàn)：

[1]“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識(shí)[J].高等工程教育研究，2017，（1）：10-11.

[2]“新工科”建設(shè)行動(dòng)路線（天大行動(dòng)）[J].高等工程教育研究，2017，（2）：24-25.

[3]劉筱玲.新工科建設(shè)背景下理論力學(xué)課程改革的幾點(diǎn)思考[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，（增刊1）：168-170.

[4]彭蕓.新工科建設(shè)背景下材料力學(xué)課堂教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，（增刊1）：177-179.

[5]許英姿，沈玉鳳.基于翻轉(zhuǎn)課堂的理論力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].力學(xué)與實(shí)踐，2015，（6）：737-740.

[6]許英姿，沈玉鳳.基于“翻轉(zhuǎn)課堂”理念的教學(xué)模式研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，（9）：173-175.

[7]劉露.基于信息化的材料力學(xué)混合式教學(xué)模式的實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2018，（1）：63-66.

[8]沈玉鳳.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下《材料力學(xué)》課程多元混合式教學(xué)模式探析[J].中國教育信息化，2016，（20）：34-37.