面向新工科的力學類課程教學改革與實踐研究

王小蔚 王敏容 陳孔亮 顏少榮

摘?要：面向新工科，力學類課程教學改革重在對學生力學思維的培養(yǎng)。從專業(yè)層面優(yōu)化力學類課程體系，本專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中體現(xiàn)對力學思維有層次遞進式的培養(yǎng)：力學思維養(yǎng)成→力學思維提升→力學思維深化;從課程層面以三段式教學為主，輔以課程思政進課堂、項目式教學等教學方式進行改革，注重思維教學;對應完善了教學評價方法，實現(xiàn)了多樣化考核環(huán)節(jié)及多元化教學評價方案。

關(guān)鍵詞：新工科;力學思維培養(yǎng);思維教學;教學評價多元化

1?緒論

自2016年“新工科”被正式提出以來[1]，“知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計+自主研發(fā)能力”是新經(jīng)濟形勢下新工科建設(shè)的需要。新經(jīng)濟形勢下新工科建設(shè)將目光聚集在工科從業(yè)者的基本素質(zhì)上，要求工科從業(yè)者學識基礎(chǔ)及專業(yè)知識寬厚扎實，不僅要具備獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)設(shè)計能力，而且還需要掌握扎實的力學計算和分析能力。由于在解決高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展中的突出問題上，力學發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，因此，力學課程被視為“新工科”的一門核心課程，以適應新經(jīng)濟形勢下創(chuàng)新型應用型人才培養(yǎng)的新需求。

面向新工科的力學類課程教學改革，應通過力學課程學習培養(yǎng)學生的力學思維。

面向新工科的力學課程教學改革，應當將聚焦于力學思維的培養(yǎng)。故本力學類課程教學改革以力學思維培養(yǎng)為導向，為培養(yǎng)基礎(chǔ)及專業(yè)知識寬厚扎實的創(chuàng)新型應用性“新工科”人才培養(yǎng)進行實踐性探索。

2?現(xiàn)狀分析

我國目前工科培養(yǎng)力學教學中存在以下問題：

2.1?力學課程體系不完整

2003年黃再興[2]等人就對大學工科專業(yè)力學課程進行了調(diào)查分析，相比國外工科專業(yè)對力學課程的重視程度，國內(nèi)則相差甚遠：國內(nèi)高校中力學課程學分占比畢業(yè)總學分僅為6.4%，歐美國家高校這一比例達到11.8%;我國在過去一段時期側(cè)重于“拿來主義”，缺乏理論的深度研究，由此導致國內(nèi)高校力學課程體系不完整，直接影響了工科從業(yè)人員的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，無法滿足新工科的發(fā)展對創(chuàng)新型應用性人才的需求。

2.2?傳統(tǒng)的教學模式的局限性

傳統(tǒng)力學教學無法適應新工科的發(fā)展需要。如今，學生普遍面臨著科學理論與工程應用實際脫節(jié)的困境，缺乏將數(shù)學，力學原理及工程有機關(guān)聯(lián)。再加之近年來教學改革的大背景影響下，力學類課程課時縮減，學生的學習興趣在傳統(tǒng)的教學模式在難以被激發(fā)，從而出現(xiàn)厭學現(xiàn)象，不及格率居高不下，讓學生對力學課程望而生畏。[35]

2.3?課程考核方式單一

重期末考試，輕平時成績的傳統(tǒng)力學課程考核方式，必將導致學生平時不認真，考前集中突擊;所謂應試教育的弊端顯現(xiàn)無疑，出現(xiàn)部分學生高分低能現(xiàn)象，這與當今新工科人才力學素養(yǎng)的初衷背道而馳。

顯而易見，在新工科建設(shè)的大背景下對工科從業(yè)人員的力學素養(yǎng)需求大大增加;而當下的教育改革現(xiàn)狀卻是工科教育中力學課程課時被壓縮，由此導致力學課程體系不完整;傳統(tǒng)的知識教學又難以激發(fā)學生的學習興趣，甚至出現(xiàn)厭學現(xiàn)象，考試及格率令人擔憂等。而這些則成了當前我國工科人才培養(yǎng)中的絆腳石，嚴重阻礙新工科發(fā)展。因此，力學課程的教學改革勢在必行且迫在眉睫，這樣才能確?！靶鹿た啤比瞬排囵B(yǎng)的大局。

3?力學類課程教學改革設(shè)計與實施

教學改革以力學思維培養(yǎng)為導向的培養(yǎng)體系展開，具體如下：面向新工科，故提出以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與運用為教學目標，以力學思維培養(yǎng)為導向，結(jié)合我校土木工程專業(yè)辦學定位和專業(yè)特色，通過優(yōu)化現(xiàn)有的力學課程體系，實現(xiàn)力學思維有層次遞進式的培養(yǎng);思維教學貫穿力學類課程的教學，重在課程層面培養(yǎng)學生的力學思維;注重考查學生力學思維的運用，教學評價方法進行改革;培養(yǎng)具有扎實的力學計算和分析能力的創(chuàng)新型新工科人才進行實踐性探索（如圖2所示）。

3.1?優(yōu)化現(xiàn)有的力學課程體系

力學思維的培養(yǎng)不是通過學習一兩門力學課程就能實現(xiàn)，需要開設(shè)一系列的力學課程，有針對性開展培養(yǎng)。以力學思維的培養(yǎng)為基礎(chǔ)，根據(jù)本院土木工程系現(xiàn)狀，合理優(yōu)化現(xiàn)有的力學課程體系。通過力學課程體系的優(yōu)化，實現(xiàn)力學思維有層次遞進式的培養(yǎng)（如圖3所示）。

力學課程門類眾多，即需要梳理力學課程之間的脈絡(luò)關(guān)系;還需要結(jié)合本院土木工程專業(yè)現(xiàn)狀，選擇合適的力學課程。因力學課程的學習難度大，要做到既能實現(xiàn)力學思維有層次遞進式的培養(yǎng)，又能適應我院土木工程專業(yè)的專業(yè)辦學定位及專業(yè)特色。具體實施如下：

高數(shù)、線代、概率論及數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學基礎(chǔ)課程，以及理力、材力、結(jié)力三大力學作為基礎(chǔ)類力學課程，通過這類課程學習重在培養(yǎng)學生力學思維的養(yǎng)成;

彈性力學、水力學作為連續(xù)介質(zhì)力學的基礎(chǔ)課程，通過課程學習起到可提升學生力學思維的作用;

有限元通過商業(yè)軟件來解決復雜的工程問題，可以貫穿上述力學課程，同時也是上述力學課程之間的連接紐帶。通過該課程學習將雙向、可逆的力學思維深入運用。

以此，實現(xiàn)力學思維有層次遞進式的培養(yǎng)。

3.2?教學方法改革

如今，新工科建設(shè)對創(chuàng)新型應用性人才培養(yǎng)提出了更高的要求，其中之一就是快速學習的能力。代表著過去側(cè)重于掌握科學知識已然無法適應新經(jīng)濟形勢下創(chuàng)新型應用性人才培養(yǎng)的新需求，而如今新工科人才培養(yǎng)的核心將圍繞如何讓其更快速地學習、消化、吸收、應用各類科學知識及技巧的能力。因此，力學的教育應注重培養(yǎng)學生的力學思維。

力學思維三個落腳點是工程、力學、數(shù)學。對學生力學思維的培養(yǎng)，宜采用三段式教學方法，即對應知識點要求學生按工程背景、數(shù)學基礎(chǔ)、力學原理三個方面進行解讀，歸納總結(jié)，繪制每章節(jié)的思維導圖;針對教師指定的知識點，從工程背景、數(shù)學基礎(chǔ)、力學原理三個方面以小組的形式開展三段式講課。教學方法涉及教與學，故需要從教的層面以及學的層面進行教學設(shè)計，從而達到培養(yǎng)學生力學思維的教學目標。