[摘要]在新工科背景下,高校工程力學(xué)課程面臨著教學(xué)方法改革的需求。深入探討模塊化教學(xué)策略在工程力學(xué)課程中的應(yīng)用及其實(shí)施效果。通過(guò)定量分析和反思,發(fā)現(xiàn)模塊化教學(xué)顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效和教師的教學(xué)水平,同時(shí)揭示了課程模塊設(shè)置的合理性與實(shí)用性。針對(duì)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施,以期進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)策略,為工程力學(xué)課程的教學(xué)改革提供有益參考。
[關(guān)鍵詞]新工科;工程力學(xué);模塊化教學(xué);靜力學(xué);材料力學(xué);生物力學(xué);環(huán)境力學(xué)
[中圖分類(lèi)號(hào)]G642[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[文章編號(hào)]2096-0603(2025)06-0177-04
隨著新工科建設(shè)的不斷推進(jìn),高校工程力學(xué)課程作為工科專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課程,其教學(xué)方法和策略也需與時(shí)俱進(jìn)。模塊化教學(xué)策略作為一種新興的教學(xué)模式,以其靈活性、針對(duì)性和系統(tǒng)性受到廣泛關(guān)注。在新工科背景下,工程力學(xué)課程的模塊化教學(xué)策略有助于提高學(xué)生的理論素養(yǎng)和實(shí)踐能力,還能夠順應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。本文旨在探討模塊化教學(xué)策略在高校工程力學(xué)課程中的應(yīng)用,并分析其實(shí)施效果與存在的問(wèn)題,以期為提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果提供參考。
一、新工科背景下高校工程力學(xué)課程模塊化教學(xué)策略的構(gòu)建原則
(一)以學(xué)科交叉融合為導(dǎo)向
在新工科背景下,工程力學(xué)課程應(yīng)注重與機(jī)械工程、土木工程、航空航天工程等其他工程學(xué)科的交叉融合;引入相關(guān)學(xué)科的工程案例,分析力學(xué)原理在實(shí)際工程問(wèn)題中的應(yīng)用,使學(xué)生能夠從多個(gè)角度理解力學(xué)現(xiàn)象,培養(yǎng)跨學(xué)科思維和解決問(wèn)題的能力,如在土木工程課程中可分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng);在航空航天工程相關(guān)課程中,可探討高速飛行器的氣動(dòng)特性和熱防護(hù)問(wèn)題[1]。
(二)注重學(xué)生能力培養(yǎng)
創(chuàng)新是工程科技發(fā)展的核心動(dòng)力。工程力學(xué)課程應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。通過(guò)開(kāi)設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程、組織學(xué)科競(jìng)賽和科研實(shí)踐活動(dòng),為學(xué)生提供展示自我、挑戰(zhàn)自我的平臺(tái);鼓勵(lì)學(xué)生積極參與科研項(xiàng)目和實(shí)踐活動(dòng),從實(shí)際操作和親身體驗(yàn)中加深對(duì)力學(xué)原理的理解和應(yīng)用[2]。
(三)體現(xiàn)課程內(nèi)容的時(shí)效性與前瞻性
1.更新課程內(nèi)容,反映最新科研成果
工程力學(xué)課程應(yīng)及時(shí)更新課程內(nèi)容,反映力學(xué)領(lǐng)域的最新科研成果和技術(shù)進(jìn)展;引入最新的學(xué)術(shù)論文、專(zhuān)利技術(shù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),使學(xué)生了解力學(xué)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì);邀請(qǐng)力學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行學(xué)術(shù)講座和交流活動(dòng),以拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野和知識(shí)面[3]。
2.預(yù)測(cè)未來(lái)工程需求,設(shè)置前瞻性模塊
隨著科技的迅速發(fā)展和社會(huì)的快速變革,未來(lái)工程領(lǐng)域?qū)αW(xué)人才的需求不斷發(fā)生變化。工程力學(xué)課程預(yù)測(cè)未來(lái)工程需求的變化趨勢(shì),設(shè)置具有前瞻性的教學(xué)模塊,如針對(duì)智能制造、綠色能源、智慧城市等新興領(lǐng)域,開(kāi)設(shè)相關(guān)的力學(xué)課程模塊,培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)工程需求的高素質(zhì)人才[4]。
二、新工科背景下高校工程力學(xué)課程模塊化教學(xué)策略的具體實(shí)施
(一)模塊劃分與課程體系設(shè)計(jì)
1.按照知識(shí)領(lǐng)域劃分基礎(chǔ)模塊
根據(jù)工程力學(xué)課程的知識(shí)體系,可將其細(xì)致地劃分為靜力學(xué)、材料力學(xué)等基礎(chǔ)模塊,涵蓋相應(yīng)領(lǐng)域的基本理論、原理和方法,如靜力學(xué)模塊著重介紹力的平衡條件與物體受力分析方法,學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握工程力學(xué)的基本概念和分析方法,為后續(xù)深入學(xué)習(xí)和應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。
以某高校的工程力學(xué)課程為例,在靜力學(xué)模塊中,借助“橋梁的受力分析”這一經(jīng)典案例,學(xué)生深刻理解力的平衡原則及其在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。而在材料力學(xué)模塊,課程將“金屬桿的拉伸試驗(yàn)”作為教學(xué)案例。模擬金屬桿在受到軸向拉力作用下的變形與破壞過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生深入分析材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo),以及應(yīng)力-應(yīng)變曲線所反映的材料行為特征。這種結(jié)合具體案例的教學(xué)方式,不僅強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)材料力學(xué)基本原理的理解,還幫助他們將理論知識(shí)與工程實(shí)踐緊密相連,從而更加系統(tǒng)地構(gòu)建起工程力學(xué)的知識(shí)體系[6]。
2.根據(jù)工程應(yīng)用需求設(shè)置專(zhuān)業(yè)模塊
如針對(duì)機(jī)械工程領(lǐng)域,某高校設(shè)立了“機(jī)械振動(dòng)與噪聲控制”模塊,在該模塊中,學(xué)生分析“洗衣機(jī)振動(dòng)與噪聲優(yōu)化”項(xiàng)目,深入了解了如何運(yùn)用力學(xué)原理減少機(jī)械振動(dòng)和噪聲,通過(guò)“高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”案例,學(xué)生在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)模塊中學(xué)習(xí)了如何確保建筑在地震中的安全性[7]。
3.設(shè)計(jì)跨學(xué)科交叉融合模塊
如某高校在工程力學(xué)課程中引入了生物力學(xué)模塊,通過(guò)研究“人體骨骼結(jié)構(gòu)受力分析”項(xiàng)目,探討了生物體結(jié)構(gòu)與功能之間的力學(xué)關(guān)系;在環(huán)境力學(xué)模塊中,學(xué)生參與了“風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)”項(xiàng)目,了解了力學(xué)在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。
4.引入實(shí)踐教學(xué)與科研創(chuàng)新模塊
如某高校工程力學(xué)課程設(shè)置了實(shí)驗(yàn)課程模塊,其中包括“材料拉伸試驗(yàn)”和“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)試”等實(shí)踐操作;學(xué)生還參與了“智能材料在力學(xué)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究”科研訓(xùn)練項(xiàng)目,深化了對(duì)力學(xué)原理的理解,并培養(yǎng)了創(chuàng)新思維[8]。
(二)教學(xué)方法與手段的創(chuàng)新
1.采用案例教學(xué),增強(qiáng)教學(xué)實(shí)效性
案例教學(xué)在工程力學(xué)課程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。選取具有代表性的工程力學(xué)案例,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和討論,能夠顯著增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)效性。案例教學(xué)幫助學(xué)生深入理解力學(xué)原理在實(shí)際工程中的應(yīng)用,提升其解決實(shí)際問(wèn)題的能力;案例的生動(dòng)性和實(shí)用性也有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。
例如,在某工程力學(xué)課堂上,教師引入了“塔吊倒塌事故分析”案例。學(xué)生分析事故原因,如超載、風(fēng)力影響等,并運(yùn)用所學(xué)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行討論,增強(qiáng)了教學(xué)的實(shí)效性,以提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力[9]。
2.運(yùn)用信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,線上線下混合式教學(xué)成為提升教學(xué)效果的重要手段。在工程力學(xué)課程中,應(yīng)充分利用在線教學(xué)平臺(tái)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等信息技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)的有機(jī)結(jié)合,為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和便捷的互動(dòng)交流平臺(tái);線下教學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、課堂討論等環(huán)節(jié)加深學(xué)生對(duì)力學(xué)知識(shí)的理解。
例如,某高校利用在線教學(xué)平臺(tái),為學(xué)生提供了工程力學(xué)課程的在線視頻講座、互動(dòng)測(cè)試和模擬實(shí)驗(yàn)等資源。線下課堂上,教師組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和實(shí)驗(yàn)操作。
3.推廣項(xiàng)目式學(xué)習(xí),提升學(xué)生參與度
項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心、以實(shí)踐為導(dǎo)向的教學(xué)模式。在工程力學(xué)課程中推廣項(xiàng)目式學(xué)習(xí),鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇研究課題或工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐,能夠有效提升學(xué)生的參與度和實(shí)踐能力。學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中深入理解工程力學(xué)原理,并與團(tuán)隊(duì)成員共同協(xié)作、交流思想,進(jìn)而培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力[10]。
例如,在工程力學(xué)課程中,某教師推廣了項(xiàng)目式學(xué)習(xí),鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇課題進(jìn)行研究,如有學(xué)生選擇了“優(yōu)化自行車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)以提高騎行舒適性”作為研究項(xiàng)目。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生深入理解了工程力學(xué)原理,提升了團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。
(三)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建與管理
1.跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)的組建
某高校工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)在教學(xué)改革中,首要任務(wù)是組建一個(gè)跨學(xué)科的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。此舉措打破了傳統(tǒng)以單一學(xué)科為背景的教學(xué)團(tuán)隊(duì)模式,通過(guò)整合校內(nèi)多學(xué)科資源,形成了一個(gè)由力學(xué)、機(jī)械工程、土木工程等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域優(yōu)秀教師組成的團(tuán)隊(duì),這個(gè)團(tuán)隊(duì)具備深厚的力學(xué)理論基礎(chǔ),還擁有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)的模塊化教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的師資基礎(chǔ);在靜力學(xué)模塊的教學(xué)中,此跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)得到了充分體現(xiàn)。力學(xué)專(zhuān)家負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論的講解,確保學(xué)生能掌握靜力學(xué)的基本概念和原理;機(jī)械工程和土木工程的教師通過(guò)引入實(shí)際工程案例,引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程問(wèn)題的解決中,如在講解靜力平衡條件時(shí),機(jī)械工程教師會(huì)結(jié)合機(jī)械零件的受力分析,土木工程教師則會(huì)介紹橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)物的靜力計(jì)算案例。這種跨學(xué)科的教學(xué)方式,使學(xué)生能更好地理解靜力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用,提高了他們的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。
2.團(tuán)隊(duì)成員的培訓(xùn)與交流
為不斷提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)水平和創(chuàng)新能力,該校定期組織了一系列的培訓(xùn)與交流活動(dòng)。每學(xué)期都會(huì)舉辦教學(xué)研討會(huì),邀請(qǐng)校內(nèi)外專(zhuān)家就工程力學(xué)的前沿動(dòng)態(tài)、教學(xué)方法等進(jìn)行深入探討。這些研討會(huì)為教師提供了一個(gè)交流思想、分享經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái),還使他們能及時(shí)了解到工程力學(xué)領(lǐng)域的最新研究成果和教學(xué)理念;學(xué)校還鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議,與同行交流最新的研究成果和教學(xué)經(jīng)驗(yàn),在一次國(guó)際力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上,該校的教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員與來(lái)自世界各地的學(xué)者進(jìn)行了深入的交流,他們了解了國(guó)際上前沿的力學(xué)研究動(dòng)態(tài),還學(xué)到了許多先進(jìn)的教學(xué)方法和理念,這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)在回國(guó)后被迅速應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中,取得了顯著的效果,如教師開(kāi)始嘗試采用項(xiàng)目式教學(xué)法,通過(guò)設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的工程項(xiàng)目,引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握力學(xué)知識(shí)。
3.教學(xué)評(píng)價(jià)與激勵(lì)機(jī)制的建立
為激發(fā)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的工作熱情和創(chuàng)新能力,該校建立了科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系和激勵(lì)機(jī)制。在教學(xué)評(píng)價(jià)方面,學(xué)校注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估,同時(shí)關(guān)注教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)方法和教學(xué)效果。通過(guò)學(xué)生評(píng)價(jià)、同行評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)等多種方式,全面、客觀地評(píng)價(jià)教師的教學(xué)水平;在激勵(lì)機(jī)制方面,學(xué)校對(duì)在教學(xué)改革中取得突出成果的教師給予表彰和獎(jiǎng)勵(lì)。例如,某位教師在材料力學(xué)動(dòng)力學(xué)模塊的教學(xué)中采用了創(chuàng)新性的案例教學(xué)方法,取得了較好的教學(xué)效果和學(xué)生評(píng)價(jià),學(xué)校因此給予他教學(xué)成果獎(jiǎng)的表彰,并在全校范圍內(nèi)推廣了他的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。這種正向的激勵(lì)機(jī)制極大地激發(fā)了教學(xué)團(tuán)隊(duì)的工作熱情和創(chuàng)新能力,推動(dòng)了整個(gè)工程力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升。它也鼓勵(lì)其他教師積極探索新的教學(xué)方法和理念,為工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)改革貢獻(xiàn)自己的力量。
三、新工科背景下高校工程力學(xué)課程模塊化教學(xué)策略的實(shí)施效果與反思
(一)實(shí)施效果評(píng)估
1.學(xué)生學(xué)習(xí)成效的定量分析
為客觀評(píng)估模塊化教學(xué)策略的實(shí)施效果,本研究對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效進(jìn)行了深入的定量分析。通過(guò)對(duì)比策略實(shí)施前后的多項(xiàng)指標(biāo)以觀察到顯著的積極變化。
從表1中可看出,實(shí)施模塊化教學(xué)策略后,學(xué)生的平均考試成績(jī)、優(yōu)秀率和及格率均有所提升。其中,平均考試成績(jī)提高了13.3%,優(yōu)秀率大幅上升了75%,及格率也略有提升,學(xué)生在科研項(xiàng)目中的參與度也顯著增加,從40%提升到70%,增幅達(dá)到75%,此類(lèi)數(shù)據(jù)表明,模塊化教學(xué)策略的實(shí)施對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效產(chǎn)生了積極影響。
2.教師教學(xué)水平的提升情況
模塊化教學(xué)策略的實(shí)施促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí),也對(duì)教師的教學(xué)水平產(chǎn)生了積極影響。通過(guò)參與定期的教學(xué)研討會(huì)和工作坊,教師的教學(xué)方法和手段得到了更新和豐富。
表2展示了實(shí)施模塊化教學(xué)策略后教師教學(xué)水平的提升情況??煽闯?,教師在教學(xué)研討會(huì)中的參與度從60%提高到90%,增加了30個(gè)百分點(diǎn);參與的科研項(xiàng)目數(shù)量和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量也分別有所增加;學(xué)生對(duì)教師的教學(xué)滿(mǎn)意度也從4.0提升到4.6(滿(mǎn)分5.0),表明教師的教學(xué)水平得到了顯著提升。
3.課程模塊設(shè)置的合理性與實(shí)用性分析
為深入了解課程模塊設(shè)置的合理性與實(shí)用性,進(jìn)行了廣泛的問(wèn)卷調(diào)查和訪談。結(jié)果顯示,學(xué)生對(duì)各個(gè)模塊的內(nèi)容掌握情況良好,應(yīng)用能力也得到了顯著提升;教師也普遍認(rèn)為模塊設(shè)置合理,有助于提升教學(xué)效果,而也有部分反饋指出某些模塊內(nèi)容需進(jìn)一步優(yōu)化和更新,以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求,此類(lèi)反饋意見(jiàn)將為后續(xù)的課程改進(jìn)提供重要參考。
通過(guò)收集學(xué)生和教師的反饋意見(jiàn)以及專(zhuān)家評(píng)審的評(píng)價(jià),表3展示了課程模塊設(shè)置的反饋情況。從學(xué)生和教師的反饋中可看出,大多數(shù)學(xué)生對(duì)模塊內(nèi)容的實(shí)用性表示滿(mǎn)意,而部分學(xué)生和教師則提到了模塊間銜接性和教學(xué)資源分配方面存在的問(wèn)題;專(zhuān)家評(píng)審對(duì)跨學(xué)科交叉融合度給予了積極評(píng)價(jià),認(rèn)為這有助于促進(jìn)學(xué)科間的交流與融合,此類(lèi)反饋為進(jìn)一步優(yōu)化課程模塊設(shè)置提供了有價(jià)值的參考[11]。
(二)存在問(wèn)題與改進(jìn)措施
1.模塊內(nèi)容銜接不緊密的問(wèn)題及解決策略
在實(shí)施模塊化教學(xué)策略過(guò)程中,部分模塊的銜接問(wèn)題逐漸凸顯。為解決這一問(wèn)題,加強(qiáng)了模塊間的邏輯設(shè)計(jì),確保知識(shí)體系的連貫性;在教學(xué)中注重引導(dǎo)學(xué)生梳理和總結(jié)知識(shí)聯(lián)系,幫助他們形成完整的知識(shí)框架;定期組織跨模塊的教學(xué)研討,促進(jìn)教師間的交流與合作,共同完善課程體系[3]。
2.教學(xué)資源分配不均的現(xiàn)象及優(yōu)化方案
針對(duì)教學(xué)資源分配不均的問(wèn)題,根據(jù)各模塊的教學(xué)需求和特點(diǎn)進(jìn)行合理分配,如對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、圖書(shū)資料等進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃,確保各模塊的教學(xué)需求得到滿(mǎn)足;積極開(kāi)發(fā)和利用在線教學(xué)資源,如視頻課程、電子圖書(shū)等,以擴(kuò)大教學(xué)資源的獲取渠道。
3.學(xué)生參與度不高的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略
面對(duì)學(xué)生參與度不高的挑戰(zhàn),教師設(shè)計(jì)了多樣化的教學(xué)活動(dòng)和形式,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,如通過(guò)小組討論、案例分析等方式,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂互動(dòng);加強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)困難和參與度較低的學(xué)生的引導(dǎo)和幫助,給予他們更多的關(guān)注和支持;通過(guò)建立有效的激勵(lì)機(jī)制,如設(shè)立獎(jiǎng)學(xué)金、榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)等,進(jìn)一步提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和參與度,此類(lèi)措施的實(shí)施效果顯著,學(xué)生的整體參與度得到了顯著提升[13]。
四、結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)新工科背景下高校工程力學(xué)課程模塊化教學(xué)策略的深入研究,揭示了其實(shí)施效果及存在的問(wèn)題,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。模塊化教學(xué)策略的應(yīng)用,提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效,也促進(jìn)了教師教學(xué)水平的提高。本文的反思與探討也為工程力學(xué)課程的教學(xué)改革提供了有益的參考。未來(lái)模塊化教學(xué)策略有望在新工科建設(shè)中發(fā)揮更大的作用,為培養(yǎng)高素質(zhì)工科人才貢獻(xiàn)力量。
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◎編輯張慧
作者簡(jiǎn)介:丁園(1985—),女,漢族,江蘇鹽城人,講師,博士,研究方向:工程力學(xué)、教學(xué)研究。