新工科背景下“三二分段”教學(xué)中“工程力學(xué)”多元化教學(xué)方法研究

黃錫峰 張武 王運明

摘?要：新工科建設(shè)是國家新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要戰(zhàn)略部署，為貫徹落實教育改革，實施“三二分段”教學(xué)，培養(yǎng)高技能人才?！肮こ塘W(xué)”是汽車類專業(yè)必不可少的一門基礎(chǔ)課程，這門課程與工程實際緊密結(jié)合，在教學(xué)過程中存在理論概念抽象、學(xué)生工程意識薄弱、理解能力有限、學(xué)生空間思維水平差異大、教學(xué)課時不足、學(xué)習(xí)興趣不大、知識點難度偏高等問題。通過分析“工程力學(xué)”“三二分段”教學(xué)改革的思路，進(jìn)行科學(xué)的課程教學(xué)設(shè)計，從教學(xué)方法、多種教學(xué)評價、授課著重點等方面進(jìn)行改革探索，通過理論知識與實際案例相結(jié)合的方式進(jìn)行課堂互動反饋，將價值內(nèi)涵與課堂教學(xué)相融合，多種類課程內(nèi)容交叉融合，引入多元教學(xué)評價的“工程力學(xué)”多元化教學(xué)方式新模式，引導(dǎo)學(xué)生透徹理解知識點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一，幫助學(xué)生培養(yǎng)工程倫理意識、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。

關(guān)鍵詞：三二分段；工程力學(xué)；教學(xué)方式；多元化教學(xué)

中圖分類號：G642

隨著新的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)遇交匯而來，高校的工科專業(yè)建設(shè)需堅持以質(zhì)量提升為重要目標(biāo)。新工科以塑造未來為理念，以培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型工程人才為驅(qū)動，以支撐國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高國際競爭力為目標(biāo)。在新工科背景下，“工程力學(xué)”在實際應(yīng)用中具有基礎(chǔ)性和廣泛性。在“三二分段”教學(xué)中，“工程力學(xué)”是一門理論性強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是研究物體機(jī)械運動與承載能力的基礎(chǔ)學(xué)科，是汽車類專業(yè)學(xué)生必修課程之一［1］，其理論性強(qiáng)，邏輯嚴(yán)密而且抽象，與工程實際聯(lián)系緊密?！肮こ塘W(xué)”主要包括靜力學(xué)和材料力學(xué)兩部分內(nèi)容，該課程以培養(yǎng)學(xué)生的實際計算和思考能力為目標(biāo)，著重于分析和解決實際問題的能力，特別是表達(dá)設(shè)計能力［2］。所以，如何保證“工程力學(xué)”課程優(yōu)秀的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果對于教師和學(xué)生都是非常重要的。該課程對汽車類專業(yè)學(xué)生人才的培養(yǎng)尤為重要，因為力學(xué)課程的學(xué)習(xí)非常有助于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和一些重要專業(yè)知識點的理解和提升，對學(xué)生在畢業(yè)后從事本專業(yè)的工作意義重大［3］。在以教學(xué)改革為核心的大方向下，學(xué)習(xí)“工程力學(xué)”的目的是為汽車行業(yè)培養(yǎng)出更多更優(yōu)秀的應(yīng)用型技術(shù)人才［4］。在“工程力學(xué)”課程教學(xué)中，學(xué)校應(yīng)進(jìn)一步確立“與企業(yè)對接，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)”的辦學(xué)宗旨，大力開發(fā)校本教材，實施“互聯(lián)網(wǎng)+”校企合作平臺，合作建立企業(yè)生產(chǎn)實際案例庫，供學(xué)校和企業(yè)共享，在用人單位需求和就業(yè)市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，以職業(yè)具體分類為初始點，對崗位能力和要求進(jìn)行具體分析，對培養(yǎng)目標(biāo)的具體專業(yè)能力培養(yǎng)要求重新定位，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到的都是最新的、最實用的技術(shù)。堅持教育的信息化與信息化教育緊密結(jié)合的原則，努力提高“工程力學(xué)”學(xué)科教育水平［5］。

1?“工程力學(xué)”課程教學(xué)的普遍問題

1.1?課堂上的授課一般氛圍

關(guān)于工程力學(xué)的實際應(yīng)用案例非常多，但在專業(yè)培養(yǎng)體系中這門課程分配的學(xué)習(xí)課時卻十分有限。從教學(xué)的角度來說，該學(xué)科較為復(fù)雜和抽象，基本上授課內(nèi)容都是建立在理想化的力學(xué)模型上的，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中所看到的模型與實際的物體存在一定的差異，在理解上顯得模糊和粗淺。但該課程要解決的都是實際存在的問題，而課堂教學(xué)主要以教師為主體，故在“工程力學(xué)”這門課程中教師對于所講內(nèi)容的理解深度和該內(nèi)容相關(guān)的知識面拓展的寬度，以及對該內(nèi)容的表述表達(dá)能力，對教師來說將會成為一種挑戰(zhàn)。在教學(xué)過程中，教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教學(xué)的主體是教師，學(xué)生被動接受，這種情況下強(qiáng)調(diào)的是課程內(nèi)容的輸出，對傳授知識的方式不夠重視。在技術(shù)不斷進(jìn)步、不斷革新的大背景下，教師能在課堂上生動形象地表達(dá)出學(xué)習(xí)內(nèi)容，最好借助于實物或?qū)嵨锬Ｐ停瑔l(fā)和引導(dǎo)學(xué)生尋找問題，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生思考解決具體實際問題的方法。

1.2?學(xué)生知識水平參差不齊

在“三二分段”教學(xué)模式中，招生具有多樣性的特點，生源質(zhì)量具有較大差異，存在學(xué)生基礎(chǔ)知識不牢、積極性不高，刻苦鉆研的精神不強(qiáng)等現(xiàn)象，學(xué)生的邏輯分析能力和空間想象思維也或多或少的存在一定差異，這也是學(xué)生對學(xué)習(xí)這門課程的問題所在。由于“工程力學(xué)”課程理論性強(qiáng)，而教師大都是采用板書，或者制作PPT來進(jìn)行公式推導(dǎo)，這些授課方式要求學(xué)生具有一定的基礎(chǔ)，使得學(xué)生在課堂上表現(xiàn)不積極、不主動，缺乏學(xué)習(xí)本課程的興趣，從而導(dǎo)致課程教學(xué)效果質(zhì)量較差。學(xué)生基礎(chǔ)知識水平較低，學(xué)生創(chuàng)新實踐能力不足，如何使課程基礎(chǔ)知識和能力水平具有一定差異的學(xué)生達(dá)到相同的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)是授課教師應(yīng)該關(guān)注和思考的問題。

1.3?學(xué)生課外學(xué)習(xí)的積極性

一般的高等院校以平時的作業(yè)、考勤和期末考試的成績作為“工程力學(xué)”這門課課程的考核標(biāo)準(zhǔn)，其中占比最大的是課程的期末考試成績。對于“工程力學(xué)”課程來說，其所需講授的知識內(nèi)容多，對學(xué)生理解運用的要求也高，僅僅以考試的卷面成績作為評價標(biāo)準(zhǔn)不能科學(xué)地呈現(xiàn)對教學(xué)過程的評價，不能全面體現(xiàn)出學(xué)生對這門課程知識點的掌握學(xué)習(xí)情況，也不足以調(diào)動學(xué)生的主觀能動性以及學(xué)習(xí)的積極性。而很多力學(xué)的教師僅僅采用課堂時間學(xué)習(xí)，效率太低，課外學(xué)習(xí)也是非常重要的環(huán)節(jié)，但學(xué)生很難做到課外預(yù)習(xí)或者課外復(fù)習(xí)。

2?多元化教學(xué)方式改革與改進(jìn)

鑒于目前“工程力學(xué)”課程教學(xué)中存在的問題和狀況，筆者提出以引導(dǎo)學(xué)生思維為主，以例題精講、精準(zhǔn)練習(xí)為輔的教學(xué)模式。教師要精要地講、精煉地講、精彩地講，將教學(xué)的深度與實際的廣度進(jìn)行融合，給學(xué)生充分的思考時間和思維空間，并及時有效地利用先進(jìn)的科技手段來輔助教學(xué)，講解課程中的基本理論與應(yīng)用方法，使得學(xué)生對“工程力學(xué)”這門課的重點和難點有深刻的理解，在實際中的應(yīng)用有一個深刻的認(rèn)識。學(xué)生多思、多練、多得，實現(xiàn)沉浸式地學(xué)習(xí)新知識。“工程力學(xué)”這門課程由專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和達(dá)到的畢業(yè)要求制定課程目標(biāo)，通過對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、教學(xué)手段以及評價方式等進(jìn)行探索和實踐，經(jīng)過教學(xué)實施和考核評價，獲得課程評價與反饋，如下圖所示。

課程改進(jìn)流程圖

2.1?傳統(tǒng)板書教學(xué)與計算機(jī)繪圖技術(shù)簡化模型展示相結(jié)合

計算機(jī)繪圖技術(shù)是多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)，圖形處理、模式識別與圖像顯示結(jié)合具有交互處理、動畫、文本管理和聲音等功能，增加了過程演示，營造了工程氛圍，彌補(bǔ)了學(xué)生實習(xí)、實踐不足等各方面的情況。計算機(jī)繪圖技術(shù)簡化模型展示凸顯出語言無法比擬的優(yōu)越性，學(xué)生通過觀察，獲得直觀的感受，更易于理解。同時節(jié)省了大量的板書時間，既能充分地展示當(dāng)堂課的教學(xué)內(nèi)容，又能提高課堂的教學(xué)效率，有利于突出講解的邏輯性和連貫性，不僅豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，還有利于學(xué)生熟練掌握使用AutoCAD、SolidWorks等二維、三維軟件的使用技巧，提高學(xué)生繪制平面圖和三維建模的能力。初學(xué)者首先注重的應(yīng)該是分析能力培養(yǎng)，然后通過直觀產(chǎn)品模型展示充分理解“工程力學(xué)”中的理想模型情況和實際應(yīng)用模型情況，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度。另外，學(xué)生在具備一定知識的基礎(chǔ)上，將二維、三維軟件的建模運用引進(jìn)到“工程力學(xué)”的教學(xué)中，軟件應(yīng)用與理論知識相互融合的教學(xué)模式，有利于提升學(xué)生對繪圖軟件應(yīng)用技巧的掌握，提高制圖能力水平和專業(yè)水平。通過使用二維、三維軟件對零件進(jìn)行建模，對于物體具體的受力分析情況能夠給學(xué)生帶來直觀的感受和視覺沖擊，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和理解能力，降低學(xué)生學(xué)習(xí)中所涉及知識點的難度，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)“工程力學(xué)”的興趣和動力。

2.2?模塊化教學(xué)促進(jìn)學(xué)科的融合滲透

“工程力學(xué)”課程內(nèi)容主要包括兩個模塊，涵蓋了“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”兩門課程的內(nèi)容，這兩門課程又同時包含了力學(xué)基礎(chǔ)知識和力學(xué)分析計算兩部分。在力學(xué)基礎(chǔ)知識模塊中，包含了繪制分析受力圖、已知力與未知力之間的關(guān)系，每個模塊內(nèi)容中包含有多個任務(wù)知識點，學(xué)生在完成任務(wù)知識點過程中學(xué)習(xí)相關(guān)的知識點。比如平面力系的平衡、空間力系的平衡、桿件變形的基本形式，能夠?qū)?fù)雜的力分解成垂直方向的各分力，運用內(nèi)力與外力之間的幾何關(guān)系求出最大應(yīng)力等，從而達(dá)成對“工程力學(xué)”課程中的相關(guān)知識點的理解和強(qiáng)化。在力學(xué)分析計算模塊中，鍛煉學(xué)生的計算能力，鞏固學(xué)生的高等數(shù)學(xué)知識。在以項目為驅(qū)動的教學(xué)中，通過完成任務(wù)知識點，情景帶入方式下，學(xué)生在學(xué)會讀圖、理解題目的同時聯(lián)系實際物體模型，完成力的平衡、材料的強(qiáng)度和剛度方面的校驗，進(jìn)一步熟悉工程材料的選擇等，實現(xiàn)了多門專業(yè)課程學(xué)科內(nèi)容之間融合和貫通，將學(xué)生所學(xué)各門課程內(nèi)容形成一個有機(jī)整體，不斷增強(qiáng)學(xué)生解決“工程力學(xué)”問題的能力和水平，進(jìn)一步增強(qiáng)和提高學(xué)生的工程意識和能力，實現(xiàn)汽車類專業(yè)學(xué)生人才培養(yǎng)方案的目標(biāo)。

2.3?線上與線下教學(xué)互相融合

課程的建設(shè)必須結(jié)合汽車專業(yè)人才培養(yǎng)方案目標(biāo)和內(nèi)容。隨著多媒體的發(fā)展，授課方式幾乎也是多媒體或者多媒體與板書相結(jié)合的方式授課。學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)課程能夠掌握學(xué)習(xí)的知識點，利用雨課堂以及慕課等平臺，對照教師所設(shè)定的學(xué)習(xí)要求和規(guī)定時間，完成相對應(yīng)的知識任務(wù)點；監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，即時檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，包括即時的課堂檢測以及課后的單元作業(yè)與單元測驗；利用智慧課堂進(jìn)行小組討論以及翻轉(zhuǎn)課堂。將“工程力學(xué)”的整體課堂分成四個部分，包括線上課堂、線下課堂、實驗教學(xué)工程以及評價設(shè)計，結(jié)合線上教育的優(yōu)勢以及線下教育的長處，全方位探索“工程力學(xué)”特色化教育模式探索道路。首先，按照學(xué)習(xí)的進(jìn)度設(shè)置線上作業(yè)相關(guān)任務(wù)點，對線上作業(yè)的上交情況進(jìn)行跟蹤和檢測，分析并了解學(xué)習(xí)效果。其次，可以對“工程力學(xué)”進(jìn)行階段性的課后模擬測試，測試題目有填空題、選擇題、判斷題、受力分析題和計算題等題型，通常以主觀計算題目為主，以客觀選擇題、判斷題目為輔，全面檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過全過程考核方式，既有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也可以鍛煉學(xué)生團(tuán)隊的協(xié)作能力，進(jìn)而提高教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣以及協(xié)作精神，提高教與學(xué)的效果。在學(xué)習(xí)“工程力學(xué)”這門課程中，通過提升學(xué)生對力學(xué)原理的理解和推理能力，在力學(xué)實驗中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮個人主動性和積極性，實現(xiàn)新工科要求的高校人才培養(yǎng)質(zhì)量需求。

2.4?多種教學(xué)評價相結(jié)合

課程教學(xué)成果水平的評價應(yīng)該是全面而科學(xué)的，既要重結(jié)果，又要重過程。教學(xué)評價的指標(biāo)應(yīng)該是全面而客觀的，傳統(tǒng)的期末考試重在基礎(chǔ)知識的考查，忽略了解決實際問題的能力，因此注重學(xué)生基礎(chǔ)知識和解決問題的能力的考查是期末考試改革的重點之一，如可以采取過程作業(yè)、小論文相結(jié)合的考查方式。全面的教學(xué)評價系統(tǒng)應(yīng)該是多角度、多維度的，應(yīng)包括教師評價、組內(nèi)互相評價、學(xué)生個人自評等多個評價指標(biāo)，準(zhǔn)確而又客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和實時效果。教師可以根據(jù)學(xué)生在某個重點、難點處的學(xué)習(xí)狀況給出相應(yīng)的指導(dǎo)意見。“工程力學(xué)”是一門包含了一定實驗性的課程，為避免學(xué)生只交實驗報告，不注重實驗原理和操作過程，因此實驗成績不能只重視結(jié)果，而應(yīng)是實驗報告成績和實驗操作成績的綜合成績，實驗報告成績占總成績40%，而實驗操作成績占60%。這樣可以激發(fā)學(xué)生的操作熱情，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。加強(qiáng)學(xué)生的縱向?qū)W習(xí)成果和質(zhì)量，要注重學(xué)生個體的差異性，通過全面而科學(xué)的教學(xué)評價體系，可以最大限度地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也可以使教師更直觀地了解課程的教學(xué)效果，堅持貫徹多維度的教學(xué)方法改革，實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

結(jié)語

在汽車專業(yè)“三二分段”教學(xué)中，“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革經(jīng)過數(shù)個學(xué)期的探索、構(gòu)建、更改，多維度教學(xué)的改革漸漸趨于完善，課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果提升明顯?；趯Ω鞣N調(diào)查的分析，包括學(xué)生訪談、問卷調(diào)查、特定問題調(diào)查等方式，學(xué)生對“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革普遍表示滿意，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性明顯提升，對于課程的多元化綜合考核成績系統(tǒng)評價頗高，最大限度地保護(hù)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?！肮こ塘W(xué)”多元化教學(xué)方式改革任重而道遠(yuǎn)，“工程力學(xué)”課程教學(xué)的改革必須要結(jié)合課程的特點和實際需求進(jìn)行不斷的探索，與時俱進(jìn)，最終培養(yǎng)出創(chuàng)新型、實踐型的高素質(zhì)綜合型人才。

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基金項目：廣東省高職教育教學(xué)改革研究與實踐項目：“三二分段”協(xié)同育人中《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索和研究

作者簡介：黃錫峰（1982—?），男，浙江寧波人，研究生，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計、材料加工。