新工科背景下力学课程体系教学改革探索

蒋瑜

摘要：为主动应对世界范围内新一轮科技革命和产业变革，我国抓住机遇，寻找战略，推动工程教育改革创新，达成“新工科”建设，对于高校来说，新工科就是对传统高校工科专业的升级改造。在新工科背景下，以水利水电工程专业为例，对专业核心课力学课程体系进行教学改革探索。从学生和教师两个主体入手，融入新理念，寻找新模式，优化力学课程体系，提升教师的力学功底，保证学生拥有扎实的力学知识，培养出符合“新工科”要求的人才。

关键词：新工科 力学课程体系 教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1009-5349（2020）07-0226-02

当今世界范围内，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济呼唤“新工科”建设[1]。“新工科”建设是我国为应对挑战、适应改革提出的重要战略举措，对工程教育和人才的专业性、创新性、综合性等提出了新的要求，注重理论到实践的转化，通过教育和人才，提升国际竞争力。地方性院校应该对传统工科专业进行新的改造，通过教与学的改革，培养应用型和技术技能型人才。

水利水电工程专业是传统的工科专业，而力学课程体系是它的专业核心课。以铜仁学院为例，该专业开设了理论力学、水力学、土力学、材料力学、结构力学五门力学课程，各力学课程之间相互联系，是学生学好后续专业课的基础，如何使这些力学课程之间配合好，形成完整的知识体系，使学生能够在学好的基础上灵活运用，培养学生的工程思维等，这些都是我们需要围绕“新工科”的任务和要求进行探索的。

一、学与教两个主体的感受

1.学生方面

通过对学生的调查了解，大部分学生对力学课程有畏惧感，没接触之前听名称就觉得难度大，而且也从学长学姐处打探到挂科率高;在接触课程后，发现力学课程和数学有一定联系，如微积分、极限等数学基本知识，很多学生对高数的基础掌握不好，导致对力学课程的畏惧感又加深了一点;在学习的过程中，学生认为课程内容较多，理论推导很难听不懂，结论不会灵活运用;上课比较枯燥，提不起兴趣。

2.教师方面

力学课程的内容丰富，知识点特别多，而每门课的课时有限，如何在有限的课时中给学生有效地讲授知识点有一定难度;各力学课程之间知识点互相联系，与高中阶段的力学知识也有一定联系，但部分相同知识点的表述或表达又有区别，学生会有一种似曾相识但又没有掌握的感觉;课程内容有难度、抽象，而且比较枯燥，要求一定的数学和物理基础，经常是教师在讲台上讲的天花乱坠，学生在下面听得一头雾水;作业完成效果不好，教师讲过的相似题型可能会做，但是题型稍微变化，就不会做了，不能灵活运用。

二、教学改革措施

1.提升专业教师的力学功底

在铜仁学院，水利水电工程专业开设了五门力学课程，每门力学课程的任课教师各不相同，而课程之间是有相同或相似知识点的，如受力分析，土力学对土体，水力学对水体，材料力学对固体等;土力学和水力学中都有水的渗透，达西定律的应用;理论力学、材料力学和结构力学都涉及力系平衡、弯矩平衡等知识……

因此，各位教师要提高自身的力学功底，在精通自己教授课程的同时，要对其他力学课程也做到熟悉，在脑海中构成一个力学课程知识体系。教师可以集体探讨或备课，理清每门课的知识点和重难点，理清力学课程之间的脉络关系[2]。如果某个知识点在一门力学课程中已经讲授过，那么当它出现在其他力学课程中，是该再次重点强调还是简化讲解？如何构建本门力学课程与其他力学课程的联系？这些问题都是教师需要着重把握的。因此，强大的力学功底是教师上好力学课程必不可少的因素。

2.重视学生工程素养的培养

立德树人是教育的根本任务和中心环节[3]，作为教师，不仅要传授课程知识，还需要把社会主义核心价值观体现到教书育人全过程中，在课堂教学中，融入思政教育。在力学课程中，教师可以引入力学史上有突出贡献的科学家的故事[4]，让学生学习他们严谨、持之以恒、勇于探索追求真理的精神。同时，要想成为一名卓越的工程师，必须具备良好的职业道德、正确的价值观，在工程规范的基础上，具有批判精神和全球化思维模式，以适应时代和未来发展的需要。

3.以学生为主体，以学促教

以学生为主体，从学生的知识水平和期望他们达到的学习结果出发，进行课程设计和课堂安排。传统的教学思想是教师教什么学生就学什么，然后课后布置作业，学生完成后教师再讲解等，这种方式可能会导致学生的学习兴趣不高、创新能力不强，不利于培养全面发展的工科人才。我们应及时转变教学观念，关注学生的学习结果，引导学生主动探索求知。

在学生初接触课程的第一节课时，教师应多花点时间讲解绪论[5]，让学生明确课程的目标和预期的学习结果，了解整门课程的知识体系，以及该课程与其他力学课程之间的相关性，使学生在课程开始之初就知道自己需要去回顾和补充的知识点，激起对这门课程的好奇心;教师可以提前布置问题和任务，让学生先自学，独立解决问题和完成任务，然后教师根据学生解决问题和完成任务的情况，合理地、有目的地安排新知识的课堂设计。这样学生就能根据自学情况，在课堂上有针对性地听课，学懂的知识得到巩固，不懂的部分着重听教师讲解，从而达到预期的学习结果。学生的创新能力、举一反三的能力、批判思维等都可以在这一过程中得到锻炼。

4.采取多元化教学手段，增强学生实践能力

传统的教学方式比较单一，不能满足当前学生的培養需求，应和其他手段相结合，才能培养出理论知识丰富，同时实践能力也强的实用型人才。教师可以充分发挥大数据和网络的优势，开展线上慕课+线下课堂教学。线上教师可以分享学习各大高校优秀的慕课资源、相关辅助学习资料，还可以通过网络监督学生课后是否查看学习;线下课堂上教师再进行知识的巩固和解疑，开展分组讨论，培养学生的团队协作、有效沟通能力。还可以引入翻转课堂，让学生展示分享自己所学，培养学生的表达能力。

力学知识比较抽象，学生理解起来有一定难度，如需要空间想象能力，涉及三个坐标的力系分析等，教师可以采取在PPT中加入动画，在课堂教学中带入实体模型、引入工程案例等方法，结合动画或动图，给学生一个直观的印象。如水力学中的底流、挑流、面流消能或虹吸管原理，可以直接把高年级学生学完课程后动手做的模型，展示给低年级学生，这样一来，高年级学生实现了从理论到实践的运用，其制作的模型成果帮助低年级学生理解抽象的知识。在课堂中引入工程案例，让学生运用所学知识分析、解决工程问题，可以使抽象的知识具体化。通过这些方式，学生可以牢记知识点，学会如何运用，培养了实践能力。

5.改革考核方式，突出过程化考核

传统的考核方式中期末考试成绩所占比例较大，很多学生于是认为，平时可以不学习，不参与课堂教学，在期末考试之前根据教师划的重点，认真学几天，就可以通过考核。但实际上力学课程如果没有平时的积累，临时抱佛脚是很难通过考核的，因此，应改革考核方式，减少期末考试所占的比例，提高平时成绩的比例，平时成绩比例可占到总成绩比例的50%甚至更多，突出过程化考核[6]，让学生重视教学过程。可以增加随堂测试、每章小测、期中考试等环节，作为平时成绩的一部分;平时成绩还应体现在学生的考勤、作业、讨论、展示、实践能力等方面。平时成绩不像期末考试成绩这么简单，有直接分数，它的组成比较复杂，教师一定要做到有理有据、公平公正公开。

三、结语

在新工科建设的背景下，我们要用新理念、新要求培养工程人才。课程的改革只是其中的一小部分。我们要顺应国家新时代发展理念，通过提升教师的力学功底，培养学生的工程素养，采用多元化的教学手段和考核方式，重视学生的实践能力培养，从以“教师”为主转变到以“学生”为主，注重学生的需求和发展，对力学课程体系进行改革探索，努力提升课程的教学质量，为国家培养具有分析和解决问题能力、实践能力、创新能力、自主学习能力的全方面发展的人才。

参考文献：

[1]胡瑞年：刘璞.新时期高校“新工科”建设及发展路径研究[J].决策与信息，2019（1）：111-122.

[2]马宏伟.新工科背景下力学课程体系与教学反思[C]//中国力学学会固体力学专业委员会，国家自然科学基金委员会数理科学部.2018年全国固体力学学术会议摘要集（下）.中国力学学会固体力学专业委员会，国家自然科学基金委员会数理科学部：中国力学学会，2018：377.

[3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]刘露，王延遐，许英姿.新工科模式下力学课程的教学改革[J].教育教学坛，2019（16）：86-87.

[5]刘铁军.“逆向教学法”在力学类基础课程教学中的应用[J].教育现代化，2019，6（70）：75-76.

[6]田榮燕，严李强，刘宁波.新工科建设背景下“理论力学”教学普适性探索[J].实验技术与管理，2019，36（8）：156-159.

责任编辑：刘健