聚焦綜合能力發(fā)展的力學(xué)課程群探索與實踐

紀(jì)冬梅，劉建峰，李敏，袁斌霞，王化更

（上海電力大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院，上海 200090）

創(chuàng)新型國家建設(shè)為本科院校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提供了條件和契機(jī)，地方應(yīng)用型本科院校應(yīng)積極探索適應(yīng)社會發(fā)展的教育方式[1]。應(yīng)用型本科院校的任務(wù)就是培養(yǎng)國家和地方需要的應(yīng)用型人才，而在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面，存在以下難點與重點[2]：（1）傳統(tǒng)教學(xué)觀念定式——培養(yǎng)“學(xué)”還是“做”；（2）大學(xué)價值觀定式——大學(xué)層次是高還是低；（3）學(xué)科專業(yè)課程設(shè)置——是取消還是保留；（4）產(chǎn)學(xué)研平臺——是虛還是實。面對這些難點與重點，探索解決問題的方式方法，是應(yīng)用型本科高校面對的新課題。

北華航天工業(yè)學(xué)院將課程思政融入應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方案，提出注重實踐，提高學(xué)生動手能力以及多元育人，向國際化和復(fù)合型發(fā)展的培養(yǎng)思路[3]。重慶工程學(xué)院提出精準(zhǔn)辦學(xué)定位，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，加強(qiáng)實踐教學(xué)條件的建設(shè)思路，同時加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)和教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，以培養(yǎng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要的應(yīng)用型人才為建設(shè)目標(biāo)[4]。

力學(xué)作為高校工科類專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，對學(xué)生工程課程的學(xué)習(xí)以及邏輯思維能力的培養(yǎng)起到重要的作用。上海電力大學(xué)力學(xué)教學(xué)組針對本校“立足電力、立足應(yīng)用、立足一線”的辦學(xué)特色，力學(xué)課程教育以培養(yǎng)學(xué)生的“三化”能力為目的，即“工程問題力學(xué)化”(力學(xué)建模)、“力學(xué)問題數(shù)值化”(有限元軟件建模)以及“數(shù)值問題應(yīng)用化”(工程應(yīng)用能力)。

針對工程力學(xué)教育的“三化”目的，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和體系，做到教學(xué)任務(wù)系統(tǒng)性、問題驅(qū)動導(dǎo)向性、實踐能力培養(yǎng)綜合性。教學(xué)任務(wù)系統(tǒng)性是指教學(xué)內(nèi)容要涵蓋從概念到方法再到應(yīng)用的整個知識體系，建立一個從基礎(chǔ)理論到工程應(yīng)用的良好階梯。問題驅(qū)動是指依據(jù)具體的工程案例，分析具體的工程問題，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用力學(xué)知識思考問題，培養(yǎng)學(xué)生的研究意識。實踐綜合是指在具體工程應(yīng)用中形成學(xué)生工程力學(xué)的綜合知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)解決實際工程問題的能力。

同時，上海電力大學(xué)力學(xué)教學(xué)組教師們一直以做“頂天立地”[5-6]的教師為標(biāo)準(zhǔn)?！绊斕臁奔礊橹匾暯逃虒W(xué)觀念的指導(dǎo)，“立地”即為踏踏實實從事教學(xué)。教師要做到“頂天立地”需要觀念上的升華，并以此帶動教學(xué)質(zhì)量的提高?；谶@一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合應(yīng)用型本科教育的人才培養(yǎng)需求，力學(xué)教學(xué)組在教學(xué)過程中，把教學(xué)理念與教學(xué)內(nèi)容、現(xiàn)代學(xué)習(xí)方式和現(xiàn)代工程問題聯(lián)系起來，采用啟發(fā)、開放與互動、案例、研究性和實踐性教學(xué)模式，最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的工程能力，提升學(xué)生的實踐和就業(yè)適應(yīng)能力。

1 課程群建設(shè)思路

課題組以為企業(yè)和社會培養(yǎng)應(yīng)用型高級工程師為目標(biāo)，基于《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》及《有限元法》三門課程的學(xué)習(xí)，通過精品和重點課程建設(shè)，優(yōu)化課程內(nèi)容；以教材編寫為途徑，凸顯電力特色，同時以力學(xué)競賽為抓手，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，廣泛推動學(xué)生參加CAE（Computer Aided Engineering）工程師、力學(xué)分析工程師和Ansys 有限元分析工程師的資格考試，切實培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的工程能力。課程群的建設(shè)構(gòu)思見圖1。

圖1 力學(xué)課程群的建設(shè)思路

目前力學(xué)教學(xué)組建設(shè)了上海市精品課程1 門、上海市重點課程2 門、校級精品課程1 門、校級力學(xué)群課程1 門、校級核心課程2 門；主編教材2 本、參編教材1 本；指導(dǎo)學(xué)生獲得上海大學(xué)生力學(xué)競賽團(tuán)隊賽特等獎1 項；2014 級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（簡稱機(jī)械專業(yè)）67.27%的學(xué)生獲得了CAE 職業(yè)資格證書，2015 級機(jī)械專業(yè)88.88%的學(xué)生獲得了力學(xué)分析工程師職業(yè)資格證書，2016 級機(jī)械專業(yè)47.22%及2017 級機(jī)械專業(yè)45%的學(xué)生獲得了Ansys 有限元分析工程師職業(yè)資格證書。

2 課程群建設(shè)的實踐探索

圍繞培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力這一目標(biāo)，在力學(xué)群課程的教學(xué)過程中，力學(xué)教學(xué)組實現(xiàn)了從單純的課堂教學(xué)到兼顧課前、課中、課后的完整課程教學(xué)邊界的轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。

2.1 理論創(chuàng)新——教學(xué)觀念的改變，以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為中心

從提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)參與度出發(fā)，依托豐富的線上課程學(xué)習(xí)平臺，構(gòu)建了以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為中心，完整的課前+課中+課后有機(jī)結(jié)合的線上線下混合課程教學(xué)內(nèi)容實施體系。學(xué)生在課前根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，利用線上教學(xué)資源進(jìn)行預(yù)先自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；利用線上教學(xué)，開展直播討論、答疑、課堂測試、作業(yè)提交等，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，檢查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況；利用線下教學(xué)，解決較難理解的知識點和工程實例，提高學(xué)生對課程難點的學(xué)習(xí)和理解水平，同時培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新性思維；采用過程化考核評價方法，科學(xué)評價學(xué)生在各個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況和知識掌握情況，有效提高課程的教學(xué)效果。

同時，在知識的傳授與接收兩個方面，注重做到以下兩點。

2.1.1 注重程序性知識的傳遞

力學(xué)教學(xué)組創(chuàng)新教學(xué)理念，將教學(xué)方式從傳統(tǒng)的陳述型教學(xué)升級為程序型教學(xué)，注重陳述型知識傳播的同時，培養(yǎng)學(xué)生對工程實際問題的解決能力。通過練習(xí)，學(xué)生可以在頭腦中形成知識和任務(wù)的聯(lián)結(jié)，熟練應(yīng)用在相關(guān)情景任務(wù)中，實現(xiàn)從“知識傳遞”到“能力培養(yǎng)”的梯次遞進(jìn)，確立“知識傳遞—融通應(yīng)用—拓展創(chuàng)造”的梯度教學(xué)目標(biāo)。

2.1.2 知識的傳授是一種互動引導(dǎo)

知識的傳授不是簡單的機(jī)械灌輸過程，力學(xué)教學(xué)組注重與學(xué)生的互動，使學(xué)生在接受知識的同時，將知識與現(xiàn)實生活中的事物聯(lián)系起來，教師傳輸?shù)闹R既包括長期教學(xué)過程中積累的經(jīng)驗，也包括實踐教學(xué)活動中積累的經(jīng)驗。

2.2 實踐創(chuàng)新——強(qiáng)化學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維方式

在本課程的教學(xué)內(nèi)容中，以面向工程應(yīng)用為目標(biāo)，注重基本理論與工程實際問題的有機(jī)結(jié)合，在強(qiáng)調(diào)工程背景和工程應(yīng)用的前提下，重組教學(xué)內(nèi)容，將工程實例貫穿課程始終，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識；在課堂教學(xué)中，綜合采用引導(dǎo)式教學(xué)、類比法教學(xué)等各種教學(xué)方法，使學(xué)生掌握工程力學(xué)的理論研究方法和解決工程實際問題的應(yīng)用方法，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲和探索精神，著力培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維方式。

2.2.1 將理論力學(xué)、材料力學(xué)和彈性力學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系、融合

開展課程群建設(shè)，面向?qū)W校的辦學(xué)定位，凸顯電力特色，緊扣電力系統(tǒng)中的力學(xué)問題，進(jìn)行典型案例分析，將程序性知識傳播方式貫穿到力學(xué)課程群的教學(xué)過程。

2.2.2 以競賽促教改，進(jìn)行力學(xué)課程建設(shè)

以競賽考試范圍作為課程教學(xué)目標(biāo)，提煉教學(xué)內(nèi)容，對基本知識精講細(xì)講，深化延伸競賽試題中的典型案例分析，啟發(fā)學(xué)生對知識的融合理解，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實踐能力。

2.2.3 突破課堂教學(xué)方式，培養(yǎng)實踐型人才

高等教育與工程技術(shù)認(rèn)證相融合，獲得全國計算機(jī)輔助技術(shù)認(rèn)證項目（CAXC）考試點資質(zhì)，鼓勵學(xué)生參加“全國應(yīng)用型人才培養(yǎng)工程體系”內(nèi)的CAE 工程師、力學(xué)分析工程師和Ansys 有限元分析工程師的職業(yè)資格考試。

3 課程群建設(shè)的后續(xù)發(fā)展思路

3.1 加強(qiáng)課程思政建設(shè)和教學(xué)

力學(xué)課程群從三個維度進(jìn)行課程思政建設(shè)：引起學(xué)生共鳴；激勵學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)內(nèi)動力；能夠促進(jìn)學(xué)生對課程知識的理解、掌握、拓展以及深化。以力學(xué)課程為基礎(chǔ)，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法中融入思政元素，達(dá)到“1+1>2”的效果，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛國情懷。

3.2 促進(jìn)教師教學(xué)創(chuàng)新和學(xué)生創(chuàng)新相結(jié)合

采用教師教學(xué)創(chuàng)新和學(xué)生創(chuàng)新相結(jié)合的新型教學(xué)模式。鼓勵教師在啟發(fā)式教學(xué)上下功夫，旨在啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維。通過教師的啟發(fā)教學(xué)，鼓勵學(xué)生利用所學(xué)知識，去發(fā)現(xiàn)和解決身邊的力學(xué)問題，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新，指導(dǎo)學(xué)生申報發(fā)明專利；同時，學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)反過來可促進(jìn)教師的教學(xué)創(chuàng)新，兩者相輔相成。

3.3 強(qiáng)化以學(xué)促賽、以賽促學(xué)

在教學(xué)過程中，以上海電力大學(xué)力學(xué)競賽、上海市力學(xué)大賽和全國大學(xué)生周培源力學(xué)大賽的個人賽和團(tuán)體賽為重要載體，培養(yǎng)學(xué)生利用力學(xué)知識綜合解決問題的能力，強(qiáng)化以學(xué)促賽、以賽促學(xué)的人才培養(yǎng)模式。

3.4 提高學(xué)生解決實際問題的能力

在教學(xué)過程中，采用案例教學(xué)方式，啟發(fā)學(xué)生思考；對重大工程力學(xué)問題，采用國家和學(xué)校現(xiàn)有的虛擬仿真平臺，進(jìn)行仿真模擬；同時引導(dǎo)學(xué)生使用軟件搭建力學(xué)模型，并對其進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，從而加深學(xué)生對工程力學(xué)課程的理解，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)力學(xué)課程以理論知識為主，存在知識點比較固定、理論性強(qiáng)、難度較高等問題。在教學(xué)過程中，學(xué)生認(rèn)為內(nèi)容比較枯燥、學(xué)習(xí)難度大，導(dǎo)致上課效果不佳。為了解決這一問題，也讓學(xué)生感受理論力學(xué)在工程實際中的重要性，在教學(xué)改革中，我校教研組教師緊跟時代，加入現(xiàn)代機(jī)械的工程問題，學(xué)生以有限元分析為手段，通過將工程中的問題轉(zhuǎn)化為抽象的理論知識，反饋到其他工程問題中，形成“工程—理論—工程”閉環(huán)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力。同時，要持續(xù)更新工程實踐模型，教師和學(xué)生同步學(xué)習(xí)，確保教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。