现代工程教育理念下工程力学课程教学改革

董茹++杜鹃++刘聪

摘要： 现代工程教育要适应 21 世纪全球经济的发展趋势，更加强调培养人才的实践性、创新性和开放性。在“工程力学”教学改革中，我们以现代工程教育理念为指导，改革课程教学内容、教学方法、考核方式，加强实践教学环节等，培养综合素质的工程人才。

Abstract： Modern engineering education should adapt to the development trend of the global economy in the 21st Century， and make more emphasis on cultivating practice， innovation and openness of talents. In engineering mechanics teaching reform， we are guided by modern engineering education idea to reform teaching content， teaching methods， assessment methods， strengthen the practice teaching in order to cultivate engineering talents with comprehensive quality.

关键词： 现代工程教育；工程力学；教学改革

Key words： modern engineering education；engineering mechanics；teaching reform

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0175-02

0 引言

现代工程的主要特征是技术性、社会性、综合性和创造性等，要求其不仅要满足科学技术和社会的要求，还必须兼顾地球的可持续发展。美国麻省理工学院工学院院长布朗教授提出“全球化经济中的工程”（Engineering in Global Economy）概念，认为现代工程教育要适应21世纪全球经济的发展趋势，应该具有知识的集成化、学科的交叉性以及工程技术和经济活动紧密结合的特点[1]。

国际上著名的应用现代工程教育理念进行教学的三所大学别是：国立清华大学、巴黎理工大学、哥伦比亚大学。美国的哥伦比亚大学提出美国工程专业人才具备的能力即：应用数学科学工程的能力；设计和进行实验的的能力，分析和解释数据的能力；设计一个工程部件或工艺以满足需求的能力；在多学科团队中发挥作用的能力；以及解决问题的能力。

“工程力学”课程的理论性高、实践性强，是一门重要的工科专业基础课。

工程力学（Engineering Mechanics）所包含的内容是很广泛的，在面向21世纪教学改革过程中，工程力学课程的开设，不但要培养学生具有扎实的基础理论知识，而且要培养学生的全面素质和创造能力。因此在教学内容和方法上应进一步创新和规划，吸收现代教育思想和手段，为培养适应新世纪的优秀人才服务[1]。

1 工程力学课程的特点

我们在工科本科教学中所教授的工程力学只包含了工程静力学（Analysis of Engineering Statics）和材料力学（Mechanics of Materials）中最基本的部分。

工程力学课程的理论体系是稳定的，有自身的系统性和逻辑性，在基本理论的讲授上有其特定的规律。教学改革的目标是用现代教育的思想，让基本教程内含的建模思想和广阔的工程应用价值，转变成能动性的教学，给学生创造性思维的培养提供更高层次的空间。

2 运用现代工程教育理念改革教学内容、方法、手段

2.1 “以学生为主体，以问题为中心”引导式教学

以问题为中心，比如讲授圆轴扭转时，引入生活中的问题，粉笔拧断的断面，怎样做出力学分析？就是让学生带着生活中的问题进行学习，通过解决问题的过程，训练他们综合运用知识的技能，最终能够做出粉笔的受力图。使学生进入“乐之”学习阶段，主动进行探索性的学习，学习热情高。

2.2 “以运用为指导，以创新为目标”实践性教学

在课程结束后，教师仍然长期指导有兴趣的学生完成课题。比如：大学生创新创业大赛，老师为辅导人，学生组成团队为项目负责人和参与人，在规定的时间里完成一个学生自选的创新创业实践项目项目。我们其中一个项目就是：“在建实验楼用建材料力学性能测试及评定”。这个项目依托于学校在建的实际项目，学生运用实验课程所学习的低碳钢力学性能知识，完成实际项目。在这个过程中，遇到的材料增多，需要试验的力学性能增多，学生需要举一反三，让学生将所学的知识应用与实践，激发学生的实践动手能力和积极创新的学习能力。这与美国犹他州立大学 M.David Merrill 教授提出的“首要教学原理”[2]是一致的，把“理论联系实际、温故再知新、学而能至用”作为教学原则，设计“激活已有经验”、“展示知识技能”、“应用知识技能”、“将知识技能整合到实际项目中”。

2.3 工程构件立体化视频教学

我们制作了全部工程力学涉及的几种受力变形视屏演示，包括杆件的拉伸，压缩、扭转、弯曲、剪切等受力及变形过程或直至破坏，将课本上平面的受力过程空间立体化，让学生更容易理解知识点，培养学生的空间想象能力的思维能力。通过这种方式，避免了“讲解员式”呆板、枯燥的授课，学生课堂气氛非常活跃，积极参与，极大程度上提高了提高教学效率。但这种方式对教师和学生的要求都很高，因为教师需要花费更多的时间对学生进行启发和诱导，而学生则需将更多的精力放在理解和应用上，此时传统的教学方式无法满足要求，应采取三维动画、虚拟现实等多种手段使学生理解教学内容，如此教学效果将事半功倍[3]。

2.4 合理利用教具，情景式教学

教师在实际的课堂教学过程中应合理利用教具，采用直观教学法，实行情景式教学，使学生产生身临其境的感觉，如此能够大大提高教学质量和效果。比如在讲授扭转失效问题时，可随手抓起一支粉笔，将其拧断，其断口就是典型的脆性材料断面，并引导学生分析其断裂面方位。

联系日常生活中与力学有关的实例，比如自行车、载重汽车、建筑结构、桥梁、起重机等，如此学生就会知道力学知识并不是高深莫测的，力学知识就充斥在我们生活的方方面面，我们生活中常见的一些现象几乎都富含着丰富的力学知识，鼓励学生对观察和留意生活中的各项问题，从中发现力学知识掌握力学知识，比如小麦的麦秸和竹子为什么生长成空心圆截面？[4]因为小麦的麦秸和竹子生长成空心圆截面具有优良的抗弯和抗失稳的能力等。

2.5 开设新的设计性和综合性实验

实验是培养学生动手能力和科研能力的重要环节，传统的工程力学实验内容较简单，且大多为验证性实验，我们对传统的工程力学实验项目精选、归并和增补，并将分为验证性实验、设计性实验、综合性实验。加强实验的思考性和启发性，增强学生通过实验发现问题、研究问题的能力有利于培养学生的实验技能，在现代工程理念指导下，有利于培养学生的创新精神，为21世纪培养生命力旺盛的高素质工程技术人才。

综上教学改革方法，我们培养学生具有完整的知识结构和知识层次，从理论、计算和实践三个方面进行训练，使他们能够定量、定性地分析问题，用系统工程的思想分析问题，与高技术结合，熟练运用计算机技术解决问题。从工科教育、人文教育两个方面进行工程实践，既注重知识的传授，又注重人的培养，让学生学会严格的工程思维方式。

3 结论

我们通过改革工程力学课程教学内容、教学方法、教学手段，实践教学等环节。这些措施使学生对课程产生浓厚的兴趣，充分调动学生的学习积极性和潜能，形成了良好的学风。从近三年的课程通过率来看，我们发现在实行课改后，学生的通过率明显增加，所以说让学生感兴趣积极主动的学习是最重要的[4]。

教学相长，教学改革也促进了教师的教学、科研水平，教师的科研成果充实了课程内容，提高了讲课内容的知识性和趣味性，更加促进了教学。

在今后的工程力学教学中，首先要求教师有开阔的眼界，以培养符合现代社会要求的有综合高素质的人才为目标，设计自己的课程。继承传统教学培养抽象思维能力的优点，在传统教学方法和多媒体教学方法的协调结合上下功夫，加强学生建立数学和物理模型的能力。教师应该运用现代工程教育理念进行教学，从而培养学生应用基础知识以及工程知识的能力，具有设计局部和整体工程的能力，用现代科技创造新的复杂系统的能力，团队协同工作的能力，严谨和周密的思维方式，对社会发展有全局观念和责任心。

参考文献：

[1]King car. The engineering education teaching reform based on the view of engineering exploration and practice [J]. Journal of chemical industry of higher education. 2008（02）.

[2]M.DavidMerrill.首要教学原理[J].盛群力，马兰，译.远程教育杂志，2003（4）：20-27.

[3]马景槐.工程力学教学改革的研究与实践[J].江苏技术师范学院学报，2005，11（6）.

[4]刘晓旻，张晓芳，李苏贵.现代工程教育理念下的传感器课程教学改革[J].中国电力教育，2010（16）：107-110.