新工科模式下力学课程的教学改革

刘露 王延遐 许英姿

摘要：新工科模式下，为了培养工科专业学生的解决工程实际问题的能力，力学课程需要做一些教学模式的改革。教学改革有五方面：引入工程实例、开展基于项目的研究型教学、培养学生科学素养、多元化的教学模式、改革考核方式。把这些改革措施应用于教学实践，增强学生的工程意识和解决实际问题的能力。

关键词：新工科；力学课程；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）16-0086-02

当前世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，工程教育与产业发展紧密联系。“新工科”是基于国家发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出来的我国工程教育改革方向。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，与会高校共同探讨了新工科的建设与发展。新工科建设和发展需要建立创新型、综合化、全周期工程教育“新理念”。总结工程教育改革发展的经验，进一步深化工程人才的培养，发挥自身与行业产业紧密联系的优势，面向未来产业发展，优化学科专业布局，促进现有工科的交叉复合、工科与其他学科的交叉融合，大力培养工程科技创新和产业创新人才[1]。

2017年4月8日，教育部在天津大学召开新工科建设研讨会，60余所高校共商新工科建设的愿景与行动。培养造就一批创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，既是当务之急，也是长远之策。要创新工程教育方式与手段：落实以学生为中心的理念，增强师生互动；改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心的工程教育模式；推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式[2]。

工科专业要培养学生的创新能力和工程思维，力学课是理工科学校的很多专业包括车辆工程、交通运输、交通工程、能源与动力工程、农业机械、机械制造等专业的主干技术基础核心课，处于由基础理论课向专业课过渡的地位，在课程体系中起基础平台作用，与一些后续课程密切相关。力学课程培养学生的工程意识、动手能力，以及解决实际问题的能力起到至关重要的作用。在新工科背景下力学课程怎么进行教学改革是很多力学工作者探讨的问题[3，4]。

结合“新工科”专业特点，力学课程需要做一些教学模式的改革，不止停留在学生听懂听明白的层次上，更多关注到运用知识的能力，课堂学到的知识有什么用？在哪里用？怎么用？更加注重学生的专业素养，分析问题解决问题等方面的能力培养以及人格养成。

一、引入案例教学

力学课程概念多，知识抽象，学生接受起来有一定难度。而且学生在学习该课程之前接触的工程实际问题很少，很多问题没有什么工程意识。但在新工科背景下，我们又要培养工科专业学生的解决工程实际问题的能力。

为了实现这一培养目标，大量引入案例教学，来培养学生的工程思维，拓展学生的視野，这些资源可以放到网络平台上，也可以引入课堂：搜集与力学有关的工程实例，分析相应的力学原理，并按课程章节的内容整理好，建立工程实例的资料库。并进一步完善教学内容，把工程实例教学引入课堂教学实践，并总结对教学效果的影响。例如晾衣绳的弯曲很形象地理解弯曲的概念；收集日常生活中与力学教学内容有关的现象，从身边司空见惯的现象中进行力学思考，并按课程章节的内容整理好，建立身边的力学实例的资料库。例如为什么方便面调料袋要有个V型口？通过这个例子很容易就理解应力集中的概念。把这些内容穿插到课堂教学中，并进行讨论，既可以提高学生学习的兴趣，又可以加深对概念的理解。

二、开展基于项目的研究型教学

组织开展基于项目的研究型教学，形成一些有意义的物化的研究成果，提高学生查阅资料，研究创新的能力；组织学生进行合作学习和探究学习，实行小组协作学习的方式，全员参与到学习中来。适合亲身体验的学习项目可以小组去做，比如到操场上观察双杠横梁的截面形状，并测总长度和外伸长度比值，讨论双杠设计合理性。再举一例子，仔细观察芭蕉扇结构特点，并从材料力学的角度对芭蕉扇的神奇之处进行探究，解释蒲扇结构特有的力学内涵：芭蕉扇在工作中承受何种载荷？以发生何种变形为主？分析芭蕉扇的结构，芭蕉扇的天然结构为何使其适于承受重复地弯曲？加固扇子的边缘处起到了什么作用？扇扇子时，扇面的变形对其承载力和使用功能有何影响？

三、培养学生科学素养

通过一些力学史上的科学家的故事，培养学生具有高贵的品格，良好的职业道德，以及严谨、敬业的工作作风，全方位提升学生的综合实力，为终身学习打下基础。整理相关力学家的创造史与学科前沿案例，充实到相关的教学内容，激发学生的创造性，探索真理的积极性，并且活跃了课堂气氛，提高了学生学习的积极性。搜集对力学基本理论有过贡献的力学家，通过他们的个人知识素养及科学精神，激发学生对追求真理和科学知识的兴趣以及严谨的科学精神。

四、多元化的教学模式

通过多年的改革和实践，我们的力学教学团队建立了多元混合教学模式，即根据不同的教学内容将传统教学、自主学习、翻转课堂、小组讨论等多种模式有机结合，激发了学生学习的主动性与参与性。开展翻转讨论课的小组协作学习模式，为每一个同学创造研讨、展示、交流的机会，让学生都能体验展示自我、与人交流、质疑别人的乐趣和自信，锻炼了学生独立思考、创新思维、交流表达、团队协作能力[5，6]。

团队还进行了课程信息化教学改革，搭建了课程网络教学平台，开展了“线上线下”深度融合的学习模式，并取得了好的教学效果[7，8]。

五、改革考核方式，采用多元化的过程评价方式。

考核方式改革，不再是一张试卷定成绩，增大过程评价的比重。过程评价包括：翻转课堂，要监督好翻转讨论课的学生参与度，让学生自己参与到评价打分过程；工程实例的搜集并进行总结提交作业；小组合作的研究项目的成果提交；在线测试成绩；平时课堂考勤，纸质作业完成质量等。当然，每项过程评价的分数都及时在网络平台上公布，争取公平公正的原则。

六、结语

在新工科背景下，为了培养适应目前和未来发展需要的工科人才，力学课程要进行教学改革。多引入工程实例、开展基于项目的研究型教学、培养学生科学素养、多元化的教学模式、改革考核方式。在教学实践的应用过程中，不断总结调整，培养出能解决工程实际问题的有科学素养的创新型人才！

参考文献：

[1]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017，（1）：10-11.

[2]“新工科”建设行动路线（天大行动）[J].高等工程教育研究，2017，（2）：24-25.

[3]刘筱玲.新工科建设背景下理论力学课程改革的几点思考[J].西南交通大学学报，2017，（增刊1）：168-170.

[4]彭芸.新工科建设背景下材料力学课堂教学的几点思考[J].西南交通大学学报，2017，（增刊1）：177-179.

[5]许英姿，沈玉凤.基于翻转课堂的理论力学教学改革与实践[J].力学与实践，2015，（6）：737-740.

[6]许英姿，沈玉凤.基于“翻转课堂”理念的教学模式研究与实践[J].实验技术与管理，2015，（9）：173-175.

[7]刘露.基于信息化的材料力学混合式教学模式的实践[J].大学教育，2018，（1）：63-66.

[8]沈玉凤.网络环境下《材料力学》课程多元混合式教学模式探析[J].中国教育信息化，2016，（20）：34-37.