應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)案例庫(kù)的建設(shè)策略

趙廣臣 張永生 李建國(guó)

山西工程技術(shù)學(xué)院

1 前言

《工程力學(xué)》是很多工科專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，一般包括《理論力學(xué)》和《材料力學(xué)》兩部分。《工程力學(xué)》教學(xué)對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題能力都有很大影響。力學(xué)教育工作者意識(shí)到了《工程力學(xué)》傳統(tǒng)教學(xué)的問(wèn)題并在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面做了有益的改進(jìn)。[1]、[2]一部分教師在《工程力學(xué)》教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)案例教學(xué)法可以產(chǎn)生很好的教學(xué)效果[3]、[4]、[5]、[6]。

案例教學(xué)的關(guān)鍵是案例庫(kù)的建設(shè)和選擇，主講教師需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容以及面向?qū)W生對(duì)案例進(jìn)行差異化選擇[6]。所以如何結(jié)合《工程力學(xué)》教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生特點(diǎn)、教學(xué)手段等實(shí)際情況建設(shè)一個(gè)實(shí)用有效地案倒庫(kù)是有意義的，但是這方面較為詳細(xì)深入的探討尚不多。

應(yīng)用型本科高校的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型技術(shù)人才，這樣的培養(yǎng)目標(biāo)決定了目前的應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)重視知識(shí)的學(xué)習(xí)，更重視知識(shí)的應(yīng)用。應(yīng)用型本科院校《工程力學(xué)》的教學(xué)要求可分為三個(gè)層次：掌握針對(duì)本專(zhuān)業(yè)的工程力學(xué)基本知識(shí)；具有應(yīng)用工程力學(xué)基本知識(shí)解釋解決生產(chǎn)問(wèn)題的能力；初步具有應(yīng)用力學(xué)原理創(chuàng)新解決問(wèn)題的意識(shí)和素質(zhì)。在建設(shè)《工程力學(xué)》教學(xué)案例庫(kù)時(shí)，應(yīng)該充分考慮應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)的這些特點(diǎn)，針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)，在教學(xué)、生產(chǎn)、科研領(lǐng)域選擇素材，精心編寫(xiě)形成案例。案例應(yīng)該指向適當(dāng)?shù)牧W(xué)知識(shí)點(diǎn)，能夠逐步提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和思想道德水平。現(xiàn)將筆者《工程力學(xué)》教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)策略作較詳細(xì)介紹。

2 教學(xué)案例庫(kù)的選材

應(yīng)用型本科院?！豆こ塘W(xué)》教學(xué)應(yīng)該更加體現(xiàn)“應(yīng)用型”這個(gè)特點(diǎn)，所以案例素材應(yīng)該在面向?qū)I(yè)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域選取。本文分別在核心專(zhuān)業(yè)課、企業(yè)生產(chǎn)、科研三個(gè)領(lǐng)域中選取素材，旨在促進(jìn)完成基本知識(shí)的應(yīng)用性學(xué)習(xí)、應(yīng)用基本知識(shí)解釋解決生產(chǎn)問(wèn)題、應(yīng)用力學(xué)原理創(chuàng)新解決問(wèn)題三個(gè)層次的應(yīng)用型教學(xué)目標(biāo)。

2.1 在核心專(zhuān)業(yè)課中選擇素材

《工程力學(xué)》教學(xué)首先是服務(wù)各專(zhuān)業(yè)后續(xù)核心專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)的，力學(xué)知識(shí)在各專(zhuān)業(yè)的后續(xù)核心專(zhuān)業(yè)課的具體應(yīng)用場(chǎng)景是不同的，所以不同專(zhuān)業(yè)對(duì)工程力學(xué)知識(shí)的需求在內(nèi)容和掌握程度上都有所區(qū)別。把力學(xué)知識(shí)在核心專(zhuān)業(yè)課中的應(yīng)用場(chǎng)景作為案例素材，把具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理編寫(xiě)形成案例，做到案例涉及的廣度和深度都符合相應(yīng)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)要求，就可以形成適合相應(yīng)專(zhuān)業(yè)《工程力學(xué)》教學(xué)的案例。將核心專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)和《工程力學(xué)》的學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)化應(yīng)用，節(jié)省學(xué)時(shí)。如我校工程管理和工程造價(jià)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)《工程力學(xué)》是非常必要的，應(yīng)用場(chǎng)景主要是認(rèn)知結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力和構(gòu)造特點(diǎn)，而不對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，所以需要學(xué)習(xí)靜力學(xué)、四種基本變形、幾何組成分析及位移計(jì)算，并且重概念，輕計(jì)算。相比而言，《工程力學(xué)》在土木工程的專(zhuān)業(yè)核心課中有廣泛深入的應(yīng)用，比如《混凝土結(jié)構(gòu)》、《鋼結(jié)構(gòu)》和《地基與基礎(chǔ)》。應(yīng)用場(chǎng)景包括各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算，所以需要學(xué)習(xí)靜力學(xué)、四種基本變形、應(yīng)力狀態(tài)及強(qiáng)度理解、穩(wěn)定性理論和疲勞強(qiáng)度，不僅要求概念清晰深刻，而且要求有較強(qiáng)的分析計(jì)算能力。

表1 土木工程《工程力學(xué)》教學(xué)案例舉例

2.2 在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中選擇素材

《工程力學(xué)》不僅僅是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。在校企合作的過(guò)程中，教師可以通過(guò)觀(guān)察或向一線(xiàn)生產(chǎn)人員采訪(fǎng)，得到力學(xué)在生產(chǎn)中的具體應(yīng)用作為案例素材。這樣的案例在把實(shí)際生產(chǎn)展現(xiàn)給學(xué)生的同時(shí)，也讓學(xué)生明白了力學(xué)原理在生產(chǎn)中的應(yīng)用。學(xué)生通過(guò)思考并應(yīng)用力學(xué)原理解釋或解決了實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題，可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)力學(xué)知識(shí)思考和解決實(shí)際問(wèn)題的積極性，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用力學(xué)原理解釋或解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力，這樣的教育教學(xué)效果對(duì)于應(yīng)用型本科院校《工程力學(xué)》教學(xué)是非常有意義的。

2.3 在科研中選擇素材

在科研中選取素材編寫(xiě)成教學(xué)案例應(yīng)用于教學(xué)，可以拓展學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和科學(xué)的思想方法。案例可以是科研活動(dòng)中涉及《工程力學(xué)》知識(shí)點(diǎn)的儀器原理、實(shí)驗(yàn)方案等，如硬度計(jì)的原理及操作和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)彈性模量的實(shí)驗(yàn)方案，這種案例在鍛煉學(xué)生科研技能的同時(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生刨根問(wèn)底的科學(xué)精神。案例也可以是一個(gè)沒(méi)有答案的問(wèn)題，這種案例可以引導(dǎo)學(xué)生廣泛查閱資料、抽取主要矛盾、建立力學(xué)模型，初步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)精神。簡(jiǎn)單地應(yīng)用《工程力學(xué)》知識(shí)僅僅是較低層次應(yīng)用型人才具備的能力，擁有科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)精神，主動(dòng)查閱力學(xué)原理力學(xué)思想并且創(chuàng)新性的應(yīng)用其解決現(xiàn)有問(wèn)題才是較高層次應(yīng)用型人才應(yīng)具備的素質(zhì)。在科研中選擇素材編寫(xiě)教學(xué)案例，是非常有利于培養(yǎng)高層次應(yīng)用型人才的。

3 教學(xué)案例庫(kù)的建設(shè)方式

各領(lǐng)域的發(fā)展決定了《工程力學(xué)》在該領(lǐng)域的具體應(yīng)用場(chǎng)景是動(dòng)態(tài)的，可以通過(guò)一種開(kāi)放互助平臺(tái)整合相應(yīng)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員持續(xù)參與案例庫(kù)建設(shè)。

3.1 專(zhuān)業(yè)課教師和一線(xiàn)生產(chǎn)人員提供案例素材

核心專(zhuān)業(yè)課和企業(yè)生產(chǎn)中涉及哪些力學(xué)知識(shí)，力學(xué)知識(shí)在核心專(zhuān)業(yè)課和企業(yè)生產(chǎn)中有哪些重要的應(yīng)用場(chǎng)景，專(zhuān)業(yè)課教師和一線(xiàn)生產(chǎn)人員是比較熟悉的，所以專(zhuān)業(yè)課教師和一線(xiàn)生產(chǎn)人員可以提供核心專(zhuān)業(yè)課和企業(yè)生產(chǎn)中涉及力學(xué)的案例素材。科研人員可以將一些涉及力學(xué)的科研資料作為科研類(lèi)案例素材提供。

3.2 力學(xué)教師根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況編寫(xiě)案例

力學(xué)教師對(duì)《工程力學(xué)》的教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)、學(xué)生的基礎(chǔ)、教學(xué)模式、教學(xué)手段等教學(xué)中的實(shí)際情況是比較熟悉的，在編寫(xiě)案例時(shí)要結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，并為素材配置合理的知識(shí)點(diǎn)和學(xué)時(shí)編寫(xiě)成便于教學(xué)應(yīng)用的案例。另外，專(zhuān)業(yè)課教師和一線(xiàn)生產(chǎn)人員不一定能把所有的涉及力學(xué)的應(yīng)用場(chǎng)景都提供，而力學(xué)教師卻擅長(zhǎng)針對(duì)一個(gè)具體工程或生產(chǎn)問(wèn)題識(shí)別并提出其中的力學(xué)本質(zhì)，所以力學(xué)教師要盡量熟悉相關(guān)工科專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課，要定期到企業(yè)從事生產(chǎn)實(shí)踐，才能找到更多更好地教學(xué)案例素材。

3.3 網(wǎng)上平臺(tái)整合各方面人員參與建設(shè)

在互聯(lián)網(wǎng)上建立一個(gè)案例庫(kù)建設(shè)平臺(tái)，通過(guò)設(shè)立“建議”和“答復(fù)”功能建立專(zhuān)業(yè)課教師和力學(xué)教師之間的互助教學(xué)聯(lián)系，當(dāng)專(zhuān)業(yè)課教師發(fā)現(xiàn)核心專(zhuān)業(yè)課中有力學(xué)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，但是學(xué)生對(duì)相應(yīng)地力學(xué)知識(shí)及其應(yīng)用達(dá)不到要求時(shí)，就可以把這個(gè)情況通過(guò)“建議”反饋給力學(xué)教師，這樣其實(shí)是把案例素材提供給了力學(xué)教師，力學(xué)教師在熟悉素材的情況下寫(xiě)出教學(xué)案例通過(guò)“答復(fù)”功能告知專(zhuān)業(yè)課教師并在以后的教學(xué)中實(shí)施及請(qǐng)專(zhuān)業(yè)課教師檢驗(yàn)。這樣的結(jié)果就是《工程力學(xué)》的教學(xué)體現(xiàn)了明確的應(yīng)用性，核心專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)也會(huì)大大節(jié)省課時(shí)。類(lèi)似地，用“咨詢(xún)”和“答復(fù)”功能可建立起力學(xué)教師與企業(yè)生產(chǎn)人員或科研人員之間的互相性聯(lián)系。通過(guò)這樣一個(gè)互助性平臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行，可以做到案例素材與時(shí)俱進(jìn)，可以保證《工程力學(xué)》教學(xué)的應(yīng)用特征。

4 教學(xué)案例庫(kù)的應(yīng)用特征

為了便于在教學(xué)中使用，編寫(xiě)的教學(xué)案例應(yīng)該具備以下特點(diǎn)

4.1 有明確的知識(shí)點(diǎn)指向性

要求一個(gè)教學(xué)案例是可以用幾個(gè)明確的知識(shí)點(diǎn)完成的，學(xué)生才可能通過(guò)對(duì)案例的分析解決達(dá)到對(duì)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的掌握，案例教學(xué)法的教學(xué)目標(biāo)才可能達(dá)到。為了便于教師挑選教學(xué)案例，每個(gè)教學(xué)案例中可以明確提示要用到哪些知識(shí)點(diǎn)，這樣也可以對(duì)學(xué)生完成案例有提示作用，使學(xué)生有的放矢，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4.2 有階梯性和遞進(jìn)性

案例完成具有由易到難的階梯性，指向知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該具有先后銜接的遞進(jìn)性，便于教學(xué)內(nèi)容的層層遞進(jìn)。由易到難是符合學(xué)生學(xué)習(xí)心理的，案例教學(xué)法也要遵循這個(gè)規(guī)律，才能取得好的教學(xué)效果?！豆こ塘W(xué)》內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，由易到難、前后銜接尤為重要。比如各個(gè)案例指向的知識(shí)點(diǎn)數(shù)量由少到多，案例的完成難度就逐漸增加；先基本變形的強(qiáng)度校核后組合變形的強(qiáng)度校核，也體現(xiàn)了由易到難。

4.3 動(dòng)畫(huà)演示

因?yàn)椤豆こ塘W(xué)》是開(kāi)設(shè)在專(zhuān)業(yè)課之前的，很多學(xué)生反映讀不懂工程中的平面圖，搞不清楚案例的內(nèi)容和要求，所以有必要把案例用立體的示意圖或者是動(dòng)畫(huà)的方式來(lái)展示出來(lái)，便于學(xué)生快速理解。

5 教學(xué)案例庫(kù)要體現(xiàn)課程思政

課程思政是當(dāng)前高校教書(shū)育人功能的重要體現(xiàn)，就是要把“育人”這個(gè)重要任務(wù)和“教書(shū)”結(jié)合起來(lái)。

5.1 加強(qiáng)職業(yè)道德和素養(yǎng)的培養(yǎng)

可以參照全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)競(jìng)賽設(shè)置模型制作實(shí)踐案例，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以鍛煉學(xué)生分析計(jì)算能力，制作環(huán)節(jié)考驗(yàn)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)和耐心，更重要的是加載環(huán)節(jié)模型的倒塌或通過(guò)讓學(xué)生深刻體會(huì)到了缺乏良好職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)會(huì)造成嚴(yán)重的后果。鼓勵(lì)學(xué)生不要滿(mǎn)足于僅僅完成案例，不要滿(mǎn)足于六十分，要深入思考，多次改進(jìn)方案，做到更好。通過(guò)正向激勵(lì)逐漸培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)忍不拔精益求精的優(yōu)秀品質(zhì)。這樣的實(shí)踐案例對(duì)培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)崗敬業(yè)和開(kāi)拓創(chuàng)新的職業(yè)品格和行為習(xí)慣有非常明顯地效果。

5.2 弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)主義精神

可以定期布置學(xué)生閱讀力學(xué)家的主要成就、主要事跡，通過(guò)力學(xué)家事跡發(fā)揚(yáng)愛(ài)國(guó)主義精神。引導(dǎo)學(xué)生了解力學(xué)史，使學(xué)生在強(qiáng)化民族自豪感同時(shí)增強(qiáng)發(fā)展緊迫感和民族責(zé)任感。

6 結(jié)束語(yǔ)

我校力學(xué)教研室采用上述策略針對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)了《工程力學(xué)》教學(xué)案例庫(kù)并用于2017 級(jí)、2018 級(jí)土木工程專(zhuān)業(yè)《工程力學(xué)》教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和成績(jī)明顯提高，后續(xù)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)和頂崗實(shí)習(xí)對(duì)《工程力學(xué)》教學(xué)效果反饋良好，學(xué)生在專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)和頂崗實(shí)習(xí)中，應(yīng)用《工程力學(xué)》的意識(shí)和能力比上幾屆學(xué)生明顯增強(qiáng)。但是由于學(xué)時(shí)少，科研類(lèi)教學(xué)案例教學(xué)難以充分開(kāi)展，如何編寫(xiě)適合少學(xué)時(shí)教學(xué)的科研類(lèi)教學(xué)案例需要繼續(xù)探索實(shí)踐。