基于科教融合的機械類專業(yè)教學改革實踐路徑
——以“工程力學”課程為例

陳蕊 李曄 王雪

黃河交通學院 機電工程學院 河南省焦作市 454950

1 引言

隨著我國高等教育的發(fā)展，對高校所培養(yǎng)的人才質量的要求也越來越高。對于應用型本科院校來說，如何更好地將教學與科研相結合，使教研成果能夠應用于科研領域，提高教師的教學能力與學生的動手操作能力，是目前急需探索解決的問題。大學的教研與科研是密不可分的[1]，通過科教融合不僅可以將課堂上的理論知識應用于實踐，還可以將前沿的學術知識應用于教學過程中，完成知識到實際的轉化，最終推動應用型人才的培養(yǎng)。

《工程力學》是高等院校機械專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課程，主要研究物體機械運動的基本規(guī)律，以及構件的強度、剛度和穩(wěn)定性的設計等內容。課程中含有大量概念與公式，學生學習興趣不高，進行模型抽象比較困難，所以現(xiàn)在亟需給學生建立一個平臺，讓其有機會動手操作，將所學知識應用在實際中。

2 工程力學課程科教融合教學改革的意義

“科研要與教研相統(tǒng)一[2]”的思想最早應用于德國威廉·馮·洪堡創(chuàng)辦的柏林大學，這是世界上第一所具有現(xiàn)代意義的大學，其將過去傳統(tǒng)的以教學為主的教學模式，轉化為教學與科研并重的模式[3-4]。在建設創(chuàng)新型國家的背景下，已經出臺的多項重要文件集中提及科教融合的重要性。因此，教師在教育教學過程中，需要加大對科研平臺的建設力度，加強對學生科研活動的指導，讓其早進團隊，提升學生的創(chuàng)新與科研能力。對于工程力學課程進行科教融合教學改革的意義具體如下：

（1）拓寬學生視野，激發(fā)學習熱情。在工程力學課程授課過程中，積極融入國際先進地科研成果，拓寬學生視野，激發(fā)學生求知欲，提升其學習熱情。

（2）培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提高學生的科研創(chuàng)新能力。通過工程力學大賽，選拔優(yōu)秀學生進課題、進科研團隊，培養(yǎng)其分析與解決復雜工程問題的能力，不斷提升學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

（3）打造《工程力學》金課，完成一流課程建設。將學科研究的新進展融入到課程教學過程中，及時更新教學內容，開展實施探究式教學與混合式教學，提升學生的學習興趣與積極性，努力打造《工程力學》金課，完成一流課程的建設與教學應用。

3 工程力學課程科教融合的現(xiàn)狀及存在的問題

對于應用型本科院校來說，教學與科研的失衡是目前面臨的首要問題，主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，部分教師過于重視教學而忽略了科研，雖然進行了深入的理論教學，但沒有將科研融入教學，即使融入也是生搬硬套的講解給學生，課程缺少創(chuàng)造性，導致學生大都是紙上談兵，實踐能力非常不足；其二，部分教師為了獲取學校提供的科研獎勵，將自身工作重心全部放于科研，本末倒置，給教學工作帶來了極大的負面效應，嚴重的降低了教學效能。

《工程力學》是一門專業(yè)基礎課程，理論性較強，適用面較廣，通過課程學習能夠使學生掌握力學的基本理論和方法，并能夠利用力學的知識解決實際工程問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，教師純講授只有一成的知識量能夠被學生吸收，研討式教學會有三成的知識量被學生吸收，而科研實踐類教學則有超過七成的知識能夠被學生吸收。[5]培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，除了提高其記憶、理解能力以外，還需要培養(yǎng)他們分析和解決問題的能力。對于應用型本科院校理論性較強的課程來說，如何將基礎知識應用于實踐，利用他解決實際工程問題，是目前面臨的主要問題。

4 工程力學課程科教融合的具體措施

4.1 整理科技前沿資料，拓寬學生眼界

根據(jù)課程培養(yǎng)方案，結合課程實際特點和培養(yǎng)要求，指導學生對相關學科的論文和資料進行學習，結合已有的科研資源，開展課內教學與課外實踐相結合的模式[6]，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和探究能力，提升學生的綜合素質和能力，拓寬學生視野。

4.2 以學生為中心，創(chuàng)新課堂模式

在課程教學過程中不斷融入教師的科研成果，更新教學內容，通過現(xiàn)代信息技術創(chuàng)新課堂內容，同時積極在超星平臺上創(chuàng)建資源，然后進行翻轉課堂實踐。在教學過程中，逐步形成課堂、實踐與信息技術相結合的“三維一體”教學模式。

結合教師已有的科研成果，針對工程力學課程的三大重要問題（強度、剛度和穩(wěn)定性）的案例，逐步實現(xiàn)以學生為中心的創(chuàng)新課堂教學模式。在教學過程中，先在線上布置相關案例的分析任務，讓學生自行進行分組；課上組織學生小組討論與展示，提高學生的學習興趣和學習熱情，同時培養(yǎng)學生在獲取知識的過程中解決復雜問題的能力，不斷提升課程的挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性；課下進行疑問解答，使其能夠更好的獲取知識。

4.3 通過科研項目驅動，引導學生進團隊

基于課程重點內容的要求，以本學科科研經歷豐富的教師為指導，開展課程研討激發(fā)學生探尋的熱情，進而開展針對性的科研活動，積極申報各類項目，引導學生進入課題、實驗室和科研團隊，參與科研活動，通過科研反哺教學[7]，更新課程實踐教學內容，增設設計性實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與團隊協(xié)作能力。根據(jù)科研團隊的成果，優(yōu)化思路，將相關內容引入課程，開展問題導向的深入研究，促進課程體系的不斷發(fā)展完善。

4.4 優(yōu)化現(xiàn)有實驗設備，建設科研創(chuàng)新平臺

調研、分析現(xiàn)有實驗場地及設備，根據(jù)一流課程要求，以課程資源庫建設為基礎，以創(chuàng)新人才培育為目標，以科研平臺承載實踐教學，通過與校內校外研究人員與團隊的交流，不斷加深合作，激發(fā)創(chuàng)新思維，從而解決實際科研問題，完成科研平臺的創(chuàng)新。

4.5 使用項目為依托，完成實驗探究學習

傳統(tǒng)的《工程力學》實驗一般開設有拉伸與壓縮實驗，以及扭轉實驗兩個相對獨立的實驗，學生很難將相關參數(shù)聯(lián)系起來，很容易形成為了實驗而實驗的情況，導致實驗報告參數(shù)相同，實驗教學的效果不理想。在教學過程中，課程組相關教師依托縱向或橫向課題，對實驗進行分析整理，在實驗過程中，讓學生自主完成實驗方案的設計，同時分小組使用實驗儀器，實驗過程中讓學生自己分析實驗現(xiàn)象，然后實驗結束后統(tǒng)一在班級中講解自己的實驗過程，以及在此期間遇到的問題。通過實驗，可以加深學生對工程力學課程和相關實驗問題的認識，“寓教于樂、科教融合”。

4.6 以力學競賽為抓手，促進專賽創(chuàng)一體化

為完成工程力學課程建設與教學改革，需要借助力學競賽這一助力，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的力學建模創(chuàng)新能力，探索專業(yè)課程教育和創(chuàng)新教育的融合，提高其影響力和輻射面。在《工程力學》教學過程中，引入相關的力學競賽，開創(chuàng)專業(yè)和創(chuàng)新教育融合的教學形式。力學競賽的相關內容是教學內容的補充，不僅能夠提升學生的專業(yè)能力，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性，從而完成該教學理念的實踐。

5 工程力學課程科教融合的教學改革實踐

自從工程力學課程開展科教融合教學改革以來，學生在課程組教師的指導下取得了較大的進步。今后無論是參加工作或深造，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)都將對他們的發(fā)展產生很大的影響。原來認為課程枯燥無味的學生，也在科教融合的過程中產生了極大的興趣。

在本學期的教學中，課程組內教師不斷強調實踐的重要性，進一步加深科教融合的進程，提升學生的應用能力，從中獲得的主要教改經驗如下：

5.1 完成實驗儀器的設計，指導學生在做中學

實驗教學能夠為理論教學提供實際支撐。根據(jù)課程實驗大綱的要求，在2021-2022 學年第一學期，力學課程組的相關教師指導學生共同完成了扭轉實驗機的設計。隨后在實驗教學過程中，使用該扭轉實驗機完成了實驗教學工作。扭轉實驗是工程力學課程中材料力學部分的重要驗證性實驗之一。通過扭轉實驗可以測定金屬材料的剪切力學性能。對于機械專業(yè)的學生來說，在學習過程中經常會遇到“傳動軸”等軸類零件，因此在工程力學課程的教學過程中需要通過扭轉實驗幫助學生深入理解軸類零件的受力特點。學生通過參與扭轉實驗機的設計，一方面可以加深自己對該部分知識的理解，另一方面能夠提升自身的動手能力與學習興趣，激發(fā)創(chuàng)新思維，解決實際的科研問題。后續(xù)計劃帶領學生設計其他課程所必須的實驗器具，讓學生能夠更好的利用所學，不斷提高學生的應用與創(chuàng)新能力。

5.2 開展工程力學實踐競賽，提升學生的綜合素質

經過一年時間的籌備，黃河交通學院在2021-2022 學年的第一學期首次舉辦了“工程力學實踐競賽”，通過比賽能夠培養(yǎng)學生的開拓、創(chuàng)新與協(xié)作精神，提高學生的力學應用能力，激發(fā)學習興趣，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新人才，為學生提供一個展示自我的舞臺。通過比賽選拔出的優(yōu)秀學生將會代表學校參加全國“周培源大學生力學競賽”，對他們來說也是一個提升自身綜合素質及能力的良好契機。周培源大學生力學競賽參賽人數(shù)眾多，并且影響力和認可度都很高，參加競賽可以擴展學生的知識面，提高學生的建模和計算能力，賽題的靈活性和創(chuàng)新性更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[8]。教學以競賽為支撐，構建模塊化的教學體系[9]，可以反哺課程教學，讓教師自主進行教學改革[10]，不斷強化學生建模能力，最終提升課程的教學質量。

后續(xù)計劃進一步提升工程力學課程的科教融合層次，與企業(yè)深度合作，不斷整合學校與企業(yè)的優(yōu)質資源，幫助企業(yè)解決實際生產中的遇到的力學難題，同時讓學生參與其中，運用所學解決實際問題，使學校、企業(yè)與學生的三方均能受益，從而實現(xiàn)教學和科研的有機融合。

6 結語

本文結合學生專業(yè)發(fā)展要求，將前沿發(fā)展動態(tài)以及課程組教師的相關科研成果融入工程力學課程教學過程中。鼓勵學生進課題，參加科研項目，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與合作精神，擴展現(xiàn)有實驗設備與儀器，建設工程力學科研創(chuàng)新平臺，推動科教融合，強化科研對教學的反哺作用，激發(fā)學生的學習積極性。今后課程組將一如既往的推動工程力學課程科教融合教學改革，使科研能夠較好的服務于教學，同時計劃培養(yǎng)一批適合國家建設需要的創(chuàng)新型人才梯隊。