“工程力學(xué)”的教學(xué)現(xiàn)狀與改革探索

張智聰，吳 丹

（文山學(xué)院 人工智能學(xué)院，云南 文山 663099）

“工程力學(xué)”是工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該門課程由靜力學(xué)和材料力學(xué)兩部分內(nèi)容組成，目前文山學(xué)院共有五個專業(yè)開設(shè)該門課程。通過該門課程教學(xué)，使學(xué)生掌握基本理論知識，并與工程實踐相結(jié)合，解決實踐問題。但隨著社會的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的“工程力學(xué)”教學(xué)方法已無法滿足社會需求，為了培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才，課程的教學(xué)改革迫在眉睫。

1 “工程力學(xué)”教學(xué)的現(xiàn)狀及存在問題

1.1 教學(xué)學(xué)時縮短，教學(xué)內(nèi)容增加

隨著我國高等教育的制度、模式、戰(zhàn)略等多方面深入改革，旨在淡化專業(yè)、夯實基礎(chǔ)，最大程度發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，因此，高校普遍性大大減少學(xué)生課時總量和單門課程課時[1]；同時，無論是“卓越工程師計劃”對工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求，還是“天大行動”“復(fù)旦行動”“北京指南”等對“新工科”建設(shè)提出的跨學(xué)科融合培養(yǎng)模式，都無形地增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和對基礎(chǔ)知識的掌握程度。在這種改革創(chuàng)新的教育時代里，許多教師無法在縮短學(xué)時的情況下按質(zhì)按量完成教學(xué)內(nèi)容，結(jié)果造成課程講授不是蜻蜓點(diǎn)水就是填鴨式教學(xué)，無法達(dá)到教育改革的目標(biāo)，使學(xué)生產(chǎn)生畏學(xué)厭學(xué)的扭曲心態(tài)。

1.2 教學(xué)方法落后，實驗設(shè)備不足

為了保證學(xué)生能夠理解記憶“工程力學(xué)”中繁瑣的公式，課程教學(xué)時以板書講授為主，教學(xué)進(jìn)度慢，工程案例展示和教學(xué)難點(diǎn)涉及較少；由于課程教學(xué)內(nèi)容深度不足，學(xué)生和教師任務(wù)重，則課后作業(yè)數(shù)量少、難度低；此外，文山學(xué)院的教學(xué)經(jīng)費(fèi)與研究型高校的辦學(xué)經(jīng)費(fèi)差距較大，目前校內(nèi)僅有幾臺力學(xué)試驗機(jī)，能夠做一些簡單的驗證性實驗，無法進(jìn)行綜合性實驗和設(shè)計性實驗。種種因素導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效能感低，教學(xué)質(zhì)量不佳，無法達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，“一學(xué)就會，一做就錯，考前突擊，考后就忘”的情況嚴(yán)重。

1.3 學(xué)生底子較差，學(xué)習(xí)積極性低

文山學(xué)院與研究型高校在生源質(zhì)量上也存在一定的差距，在制定教學(xué)目標(biāo)時，學(xué)院往往會參照研究型高校，但很難取得相應(yīng)的教學(xué)效果。主要原因在于我校學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)課程功底薄弱，且因中學(xué)教育差距影響，大部分學(xué)生的想象力和空間感較弱，難以理解“工程力學(xué)”中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和應(yīng)力分布。盡管教師會適當(dāng)增加圖片、視頻等教學(xué)素材，但無法將所學(xué)知識用于實踐或生活中，導(dǎo)致大部分同學(xué)僅能就題解題，無法將工程案例與力學(xué)模型進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，從而對力學(xué)課程缺乏學(xué)習(xí)動力，積極性較低。

1.4 考核方式單一，缺乏實踐考核

文山學(xué)院普遍存在教師隊伍數(shù)量不足、結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象，且教師隊伍中絕大部分教師的工程實踐較少或沒有，很容易形成重理論而輕實踐的教學(xué)思維。因此，“工程力學(xué)”課程考核方式主要以期末考試為主，雖能檢驗學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識的掌握，但無法檢驗學(xué)生是否具備將理論知識運(yùn)用于工程實踐中的能力。這樣不僅有礙于培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才，而且不利于專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。

2 關(guān)于“工程力學(xué)”教學(xué)改革的思考

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，合理分配學(xué)時

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容時，必須傳承經(jīng)典的理論知識，發(fā)展先進(jìn)的工程技術(shù)，摒棄過時陳舊的工藝和重復(fù)的理論知識；分配學(xué)時時，必須綜合考慮教學(xué)內(nèi)容難度、重要性及學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)情況，合理分配，避免出現(xiàn)“失重”現(xiàn)象。

“工程力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容大致分為工程靜力學(xué)、材料力學(xué)、基礎(chǔ)實驗三部分。首先，工程靜力學(xué)部分應(yīng)占總學(xué)時的1/5，重點(diǎn)應(yīng)為定理的理解和平衡方程求解約束力，難點(diǎn)應(yīng)為實際工程結(jié)構(gòu)簡化為受力簡圖；其次，材料力學(xué)部分中的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和四個基本變形問題尤為重要，應(yīng)該占據(jù)總學(xué)時的3/5?；A(chǔ)實驗是學(xué)生了解材料基本屬性的手段之一，根據(jù)實驗可以驗證教材中的結(jié)論，通過實踐幫助學(xué)生理解記憶，并在教學(xué)過程中補(bǔ)充相應(yīng)的工程應(yīng)用，讓實踐與理論相結(jié)合，提高學(xué)生解決實際問題的能力，該部分應(yīng)占總學(xué)時的1/5。

2.2 改革教學(xué)手段，引入智慧課堂

傳統(tǒng)的教學(xué)方法以板書和講授相結(jié)合，其優(yōu)點(diǎn)在于講解速度適中，推理過程詳細(xì)，學(xué)生容易理解記憶，該方法始終應(yīng)為主要方法。但應(yīng)適當(dāng)增加多媒體教學(xué)，將定理（律）、結(jié)論、模型及部分簡單的公式推導(dǎo)通過多媒體進(jìn)行展示，有效提高課堂效率。同時，可通過多媒體展示工程實例、三維靜（動）態(tài)模型、動畫視頻等，提高教學(xué)過程中的可視性，讓學(xué)生更容易通過感觀的方式理解理論、記憶知識。

引入智慧教學(xué)平臺進(jìn)行教學(xué)和監(jiān)控，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，間接提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性；另外，可將教學(xué)素材和錄制成視頻的作業(yè)解答，上傳至智慧教學(xué)平臺，學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行學(xué)習(xí)解惑，并可通過教學(xué)平臺的數(shù)據(jù)統(tǒng)計了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

2.3 增加工程實例，彌補(bǔ)實踐缺口

針對我校的學(xué)生底子薄、眼界窄、空間感差和教師隊伍缺乏實踐經(jīng)驗的特點(diǎn)，教師可通過在授課過程中適當(dāng)增加工程案例及工程實物圖的方法彌補(bǔ)實踐不足的缺口。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以工程約束為例，很多同學(xué)只知其名，不識其物，部分同學(xué)能夠根據(jù)題意解答問題，但無法將工程實例中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型和受力簡圖，而且在轉(zhuǎn)化過程中，如何確定荷載種類和形式對學(xué)生而言也是一個重難點(diǎn)。所以，在教學(xué)過程中，應(yīng)注意理論知識與工程實例相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生樹立工程思維和空間思維。

2.4 將有限元技術(shù)與工程案例相結(jié)合

目前文山學(xué)院的實驗教學(xué)條件有限，無法進(jìn)行設(shè)計性和研究型實驗；對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件分析時，學(xué)生難以理解應(yīng)力應(yīng)變情況和穩(wěn)定性失效情況，解答過程中經(jīng)常表現(xiàn)出思維混亂。引入有限元技術(shù)進(jìn)行數(shù)值分析，將有限元技術(shù)與工程案例相結(jié)合有如下優(yōu)勢：（1）能夠彌補(bǔ)實驗不足的缺陷，對工程案例進(jìn)行模擬實驗，了解案例中結(jié)構(gòu)的力學(xué)情況；（2）可以提高學(xué)生對彈性模量、屈服強(qiáng)度等專業(yè)概念的深入理解，掌握各個參數(shù)在工程實踐中的應(yīng)用；（3）學(xué)生可以根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果觀察結(jié)構(gòu)中各個位置的應(yīng)力情況，并通過動畫的形式觀察構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在荷載作用下的整個變形過程，有利于學(xué)生的理解和思考，提高學(xué)習(xí)興趣。

2.5 增加課程項目，實踐檢驗理論

低年級學(xué)生因?qū)I(yè)知識涉及較少，校內(nèi)學(xué)習(xí)壓力重，較難參加工程實踐，為滿足“卓越工程師計劃”提出的要求，高等學(xué)校應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用型能力，提高學(xué)生解決工程實際問題的能力和專業(yè)素養(yǎng)。因此，可根據(jù)“工程力學(xué)”課程性質(zhì)適當(dāng)增加課程項目實踐內(nèi)容，通過實際工程項目提出設(shè)計題目，并由教師根據(jù)學(xué)生情況搭配組隊，利用課余時間根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行理論設(shè)計，理論設(shè)計的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求后方可制作結(jié)構(gòu)模型，最終由任課教師對學(xué)生的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行質(zhì)量檢驗。學(xué)生利用課余時間完成課程項目實踐，不僅間接調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，鍛煉其動手能力，而且能夠檢驗學(xué)生對理論知識的運(yùn)用情況，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和成就感。

2.6 改革考核方式，綜合評價學(xué)生

考核方式的多元化不僅能體現(xiàn)出學(xué)生的基本理論是否扎實，還能夠促進(jìn)教師的教學(xué)改革水平。試卷考試是檢驗學(xué)生基本理論掌握情況的最好方法，但過度依賴試卷考試，則會造成應(yīng)試教育下學(xué)生高分低能的情況。因此，對考核方式提出新的考核體系（見表1）。

表1 “工程力學(xué)”課程教改考核體系

通過該考核體系，一方面檢驗學(xué)生對基本理論知識的掌握情況，另一方面，體現(xiàn)了學(xué)生是否能夠運(yùn)用理論知識解決工程問題，同時也鍛煉了學(xué)生的動手能力，激發(fā)其進(jìn)行思考和創(chuàng)新，在實踐中提高興趣，并獲得成就感。

3 結(jié)語

“工程力學(xué)”的教學(xué)改革正在分階段落實，目前通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和合理分配學(xué)時，剔除部分占課時的細(xì)枝末節(jié)，留有空余時間對重難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，有效提高了教學(xué)效率和效果；引入智慧教學(xué)平臺和增加工程案例也取得了良好的效果，學(xué)生對課堂上不明白的內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，并將疑惑的地方截圖請教老師，能夠?qū)唵蔚墓こ探Y(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析。將教學(xué)內(nèi)容分段考核，不僅減輕了學(xué)生的復(fù)習(xí)壓力，同時也及時有效地讓學(xué)生掌握各階段的知識點(diǎn)，避免知識“消化不良”而產(chǎn)生厭學(xué)心理。

教學(xué)改革是個持續(xù)改進(jìn)過程，教師必須根據(jù)不同時期的不同社會需求調(diào)整教學(xué)方法，以培養(yǎng)學(xué)生理論知識和實踐能力“雙一流”為目標(biāo)，激勵學(xué)生進(jìn)行工程創(chuàng)新，建立客觀全面的評價體系，為社會培育高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。