設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)課程《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索

趙彩虹 任毛飛 李蒙 陳娟娟 朱贊彬 張燕 張祖成 龔守富

摘 要：設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與工程建造創(chuàng)新融合的學(xué)科，《工程力學(xué)》作為設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)的必修課程，在以往僅學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)種植管理的基礎(chǔ)上，引入該課程能夠使學(xué)生具備從事設(shè)施農(nóng)業(yè)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建設(shè)與生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)與管理的能力，從而培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型高級(jí)園藝人才。《工程力學(xué)》是一門理論性、系統(tǒng)性的課程，具有課程理論多、計(jì)算難、公式多、剛體變形抽象、不易理解等特點(diǎn)。為此，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新教學(xué)工具、借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢(shì)、融入實(shí)踐案例分析等措施，對(duì)《工程力學(xué)》的教學(xué)進(jìn)行了改革探索。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué);設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程;教學(xué)探索

中圖分類號(hào) G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）14-0160-02

《工程力學(xué)》以物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，整合《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》的知識(shí)，主要培養(yǎng)學(xué)生解決工程中常見(jiàn)力學(xué)問(wèn)題的分析能力、對(duì)力學(xué)問(wèn)題的計(jì)算能力、基本計(jì)算工具使用能力、對(duì)力的抽象想象能力、力學(xué)圖形的繪制能力、處理能力和簡(jiǎn)單實(shí)際應(yīng)用能力。該課程任務(wù)重，課時(shí)有限，要達(dá)到人才培養(yǎng)的要求，需對(duì)《工程力學(xué)》課程整個(gè)教學(xué)體系進(jìn)行梳理和改善，教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)大綱的要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)[1]。孫雙雙[2]基于教學(xué)模式的實(shí)施方案，探索了課堂教學(xué)的實(shí)踐步驟。季維英等[3-4]在教學(xué)中運(yùn)用CAE仿真、ADINA等技術(shù)將課程理論知識(shí)變“活”。馬建青等[5-6]充分互聯(lián)網(wǎng)+的優(yōu)勢(shì)，對(duì)課程知識(shí)加強(qiáng)上發(fā)揮有利作用。楊少紅等[7-8]將實(shí)際發(fā)生的工程案例融入教學(xué)中，通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢視理論。通過(guò)借鑒最新的《工程力學(xué)》教學(xué)方式，結(jié)合對(duì)課程教學(xué)的思考，本文對(duì)《工程力學(xué)》課程系統(tǒng)性教學(xué)進(jìn)行了探索，進(jìn)一步完善《工程力學(xué)》的整體教學(xué)體系，以期滿足專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求。

1 調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，優(yōu)化教學(xué)模式

《工程力學(xué)》工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域，包含靜力學(xué)和材料力學(xué)，本課程的任務(wù)是使學(xué)生能夠?qū)ξ矬w及簡(jiǎn)單的物體系統(tǒng)進(jìn)行正確的受力分析、畫(huà)出受力圖并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，掌握受力構(gòu)件變形及其變形過(guò)程中構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力的分析和計(jì)算方法，掌握構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析理論在工程設(shè)計(jì)、事故分析等方面的應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計(jì)構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法，內(nèi)容豐富，涉及面廣。但作為設(shè)施農(nóng)業(yè)專業(yè)的學(xué)生，與土木工程、工業(yè)工程等專業(yè)的學(xué)習(xí)上會(huì)有很大的不同，設(shè)施農(nóng)業(yè)課時(shí)設(shè)置相對(duì)較少，每周僅2個(gè)課時(shí)，因而需要對(duì)《工程力學(xué)》的授課內(nèi)容上進(jìn)行精簡(jiǎn)，并做好章節(jié)內(nèi)容課時(shí)分配。

設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)用《工程力學(xué)》教材選用上，滿足學(xué)校教材征訂要求上，適用于非力學(xué)專業(yè)的簡(jiǎn)易教材。一般教材《工程力學(xué)》總體設(shè)置在10～14章，教學(xué)章節(jié)上靜力學(xué)部分講述基本公理和基本概念，能夠進(jìn)行受力分析、畫(huà)出受力圖并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，掌握物體在力系作用下的平衡問(wèn)題即可。教學(xué)章節(jié)上材料力學(xué)講述軸向拉伸和壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲4種基本變形問(wèn)題的內(nèi)力、應(yīng)力，以及影響結(jié)構(gòu)安全的強(qiáng)度、剛度、壓桿穩(wěn)定3個(gè)指標(biāo)。

在《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容方面，先從宏觀講解整個(gè)知識(shí)架構(gòu)體系，以分支圖形式進(jìn)行逐步分散，并在每個(gè)分支點(diǎn)用通俗易懂的文字、舉例作為說(shuō)明，便于很快的掌握課程結(jié)構(gòu)。在具體每章節(jié)講述時(shí)，所有定理、理論、公式的推導(dǎo)過(guò)程不講解，只對(duì)結(jié)果的運(yùn)用和含義進(jìn)行解釋說(shuō)明，讓學(xué)生從繁瑣的知識(shí)串聯(lián)，數(shù)字推理中解脫出來(lái)，并用例題形式對(duì)結(jié)論進(jìn)行應(yīng)用，增加學(xué)生獲得知識(shí)及解決問(wèn)題的成就感，進(jìn)一步增加學(xué)習(xí)興趣。

《工程力學(xué)》課程考核方式按照其課程內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求仍采用閉卷方式，但末考成績(jī)?cè)瓌t上50%及以下，將其余比例分?jǐn)偟狡綍r(shí)考勤、課堂討論、作業(yè)完成情況、試驗(yàn)成績(jī)等方面，考核方式更利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。注重末考以外的考核一方面促進(jìn)學(xué)生在平時(shí)教學(xué)過(guò)程中的參與度，一方面通過(guò)末考以外的考核情況能及時(shí)向教師反饋教學(xué)中的不足，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、節(jié)奏等。這種考核方式更能凸顯學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性、動(dòng)手力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，更為客觀、科學(xué)合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及教師的教學(xué)效果。

2 運(yùn)用新技術(shù)、新方法，創(chuàng)新教學(xué)工具

《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容上存在較多抽象概念、邏輯推導(dǎo)復(fù)雜、剛體形變過(guò)程不連續(xù)等問(wèn)題，如何將課本中生硬的知識(shí)“活”起來(lái)，成為本課程教學(xué)的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，衍生出較多的仿真軟件，如ANSYS workbench有限元分析軟件、ADAMS仿真軟件等創(chuàng)新輔助《工程力學(xué)》教學(xué)，將枯燥的力學(xué)知識(shí)用云圖、動(dòng)畫(huà)的方式進(jìn)行可視化，豐富了教學(xué)資源。例如，講授桁架知識(shí)時(shí)，除了運(yùn)用截面法或節(jié)點(diǎn)法求出各分支桿件的內(nèi)力外，還需要判別出其受拉還是受壓狀態(tài)，對(duì)于較為復(fù)雜的桁架，手算分析就會(huì)很困難。而運(yùn)用有限元軟件ADINA進(jìn)行建模計(jì)算，只需按要求輸入桁架邊界條件、附加荷載等情況，運(yùn)行軟件后就能很直觀看出哪些桿件產(chǎn)生的應(yīng)力最大，哪些是零桿，以及桿件拉、壓形變。在材料力學(xué)研究形變時(shí)，對(duì)截面上的微小應(yīng)力變化，無(wú)法直觀看出及測(cè)量，借助反正軟件均可以解決這些問(wèn)題。

此外，設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程在工程設(shè)施方面投入的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，《工程力學(xué)》一般會(huì)有實(shí)驗(yàn)課時(shí)的要求，可以嘗試將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用作為實(shí)驗(yàn)課時(shí)部分，使學(xué)生掌握軟件的操作使用，利用軟件來(lái)完成一些習(xí)題，提高理論計(jì)算能力和解決問(wèn)題的能力。《工程力學(xué)》也是設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程核心課程《溫室結(jié)構(gòu)與建筑》的基礎(chǔ)課，《溫室結(jié)構(gòu)與建筑》中存在大量的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，掌握學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理軟件、仿真軟件有助于后續(xù)有關(guān)課程更好的學(xué)習(xí)。

3 充分借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢(shì)

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”共享資源的開(kāi)放，很多優(yōu)質(zhì)資源都可以為教學(xué)所用，如MOOC。在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，針對(duì)同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)會(huì)有很多版本的講解，學(xué)生通過(guò)多版本及精品課程的觀看，會(huì)更容易理解知識(shí)點(diǎn)，也能更好地鞏固知識(shí)點(diǎn)。從發(fā)布知識(shí)的角度，也可以利用“互聯(lián)網(wǎng)+”來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。如每周指定1～2名同學(xué)錄制《工程力學(xué)》中的知識(shí)點(diǎn)，用微課形式進(jìn)行錄制后共享到班級(jí)QQ群或者微信群眾播放，無(wú)形中就會(huì)促使錄制同學(xué)在某一知識(shí)點(diǎn)上的信息收集、梳理、拓展，一方面學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握更為熟練，另一方面通過(guò)學(xué)生角度的講解，也便于教師評(píng)價(jià)學(xué)生掌握知識(shí)的準(zhǔn)確性，同時(shí)其余學(xué)生進(jìn)行打分，可以作為最終成績(jī)的一部分。

改變以往學(xué)生與教師僅教學(xué)時(shí)間段互動(dòng)的情況，任課教師建立課程QQ或微信群，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，安排課程學(xué)習(xí)、實(shí)踐，共享課程教學(xué)計(jì)劃，分享與課程有關(guān)熱門話題等。同時(shí)，對(duì)每節(jié)課程講授后學(xué)生接收情況進(jìn)行線上調(diào)查，使任課老師及時(shí)掌握班級(jí)學(xué)生整體學(xué)習(xí)情況，針對(duì)薄弱知識(shí)點(diǎn)下后續(xù)課程中加深講解。

4 融入典型案例，實(shí)踐檢驗(yàn)理論

《工程力學(xué)》是典型的應(yīng)用型學(xué)科，建筑業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了大量工程案例，通過(guò)案例教學(xué)法能夠更有效地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。案例教學(xué)法很早就被提出，通過(guò)具體的案例情景講解，讓學(xué)生從中對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考、討論和分析，在總結(jié)中進(jìn)行提高和領(lǐng)悟力學(xué)知識(shí)，聯(lián)系生活實(shí)際，拉近與力學(xué)的距離，在理論與實(shí)踐中搭建橋梁。

設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生對(duì)很多工程力學(xué)知識(shí)有所了解即可，在案例選取上應(yīng)盡量引入與本專業(yè)相關(guān)的工程案例，使案例更容易被理解。在案例中要有一定的理論基礎(chǔ)做鋪墊，通過(guò)案例分析后自然而然帶出理論，也是實(shí)踐檢驗(yàn)理論的體現(xiàn)。結(jié)合最新的熱門事件，簡(jiǎn)要分析和講解，使學(xué)生在熱鬧事件背后尋求折射出的深層次知識(shí)架構(gòu)。例如，2019年江蘇無(wú)錫312國(guó)道高架橋坍塌事件，分析問(wèn)題出現(xiàn)的多種原因，進(jìn)一步細(xì)化支座約束方式、結(jié)構(gòu)類型、荷載作用及建筑物穩(wěn)定性等問(wèn)題。同時(shí)也讓學(xué)生們認(rèn)識(shí)到，一旦發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)安全，帶來(lái)的后果嚴(yán)重，培養(yǎng)學(xué)生耐心細(xì)致的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，以及精益求精、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。

此外，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)生活中遇到的不理解的力學(xué)問(wèn)題提出，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查詢、頭腦風(fēng)暴探討、結(jié)合課程知識(shí)找尋答案;鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生參加一些力學(xué)競(jìng)賽，提升自身的動(dòng)手實(shí)踐能力。

5 結(jié)語(yǔ)

《工程力學(xué)》作為設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，存在學(xué)生理工知識(shí)積累薄弱、課程章節(jié)多、課時(shí)分配少等問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題，對(duì)《工程力學(xué)》整體知識(shí)體系講解內(nèi)容進(jìn)行合理刪減，明確教學(xué)重點(diǎn)，從教材選用、教學(xué)內(nèi)容及考核方式上進(jìn)行優(yōu)化;改變課程中一味硬性灌輸，充分運(yùn)用新技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)資源及典型案例，教學(xué)中的多樣化手段融入，更多有效的教學(xué)方法的綜合運(yùn)用，將《工程力學(xué)》生澀難懂的內(nèi)容變得更直觀，易于學(xué)生接收，從而提高了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。

參考文獻(xiàn)

[1]朱盼盼.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的工程力學(xué)教學(xué)改革的思考[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2018（04）：275.

[2]孫雙雙，李紅艷.工程力學(xué)對(duì)分課堂探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2020（07）：174-176.

[3]季維英，楚焱芳.CAE仿真技術(shù)在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（01）：270-272.

[4]華珍，王天錫，張緒貞，等.ADINA在工程力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2020（15）：240-242.

[5]馬建青，張光偉.微課——行走于工程力學(xué)教學(xué)改革中的精靈[J].教育教學(xué)論壇，2019（49）：67-68.

[6]李茂輝.“慕課”平臺(tái)在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].山東化工，2018，47（11）：149-150.

[7]楊少紅.案例教學(xué)法在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（23）：220-221，223.

[8]趙秋玲，張君華，劉芳.《工程力學(xué)》案例教學(xué)的探索和實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017（43）：144-145.

（責(zé)編：張宏民）