应用型本科院校《工程力学》教学案例库的建设策略

赵广臣 张永生 李建国

山西工程技术学院

1 前言

《工程力学》是很多工科专业都开设的一门专业基础课，一般包括《理论力学》和《材料力学》两部分。《工程力学》教学对后续专业课教学和培养学生解决工程问题能力都有很大影响。力学教育工作者意识到了《工程力学》传统教学的问题并在教学内容和教学方法方面做了有益的改进。[1]、[2]一部分教师在《工程力学》教学实践中发现案例教学法可以产生很好的教学效果[3]、[4]、[5]、[6]。

案例教学的关键是案例库的建设和选择，主讲教师需要根据教学目标教学内容以及面向学生对案例进行差异化选择[6]。所以如何结合《工程力学》教学目标、教学内容、学生特点、教学手段等实际情况建设一个实用有效地案倒库是有意义的，但是这方面较为详细深入的探讨尚不多。

应用型本科高校的培养目标是培养高素质应用型技术人才，这样的培养目标决定了目前的应用型本科院校《工程力学》教学重视知识的学习，更重视知识的应用。应用型本科院校《工程力学》的教学要求可分为三个层次：掌握针对本专业的工程力学基本知识；具有应用工程力学基本知识解释解决生产问题的能力；初步具有应用力学原理创新解决问题的意识和素质。在建设《工程力学》教学案例库时，应该充分考虑应用型本科院校《工程力学》教学的这些特点，针对不同的专业，在教学、生产、科研领域选择素材，精心编写形成案例。案例应该指向适当的力学知识点，能够逐步提高学生的综合应用能力和思想道德水平。现将笔者《工程力学》教学案例库建设策略作较详细介绍。

2 教学案例库的选材

应用型本科院校《工程力学》教学应该更加体现“应用型”这个特点，所以案例素材应该在面向专业相关的应用领域选取。本文分别在核心专业课、企业生产、科研三个领域中选取素材，旨在促进完成基本知识的应用性学习、应用基本知识解释解决生产问题、应用力学原理创新解决问题三个层次的应用型教学目标。

2.1 在核心专业课中选择素材

《工程力学》教学首先是服务各专业后续核心专业课的教学的，力学知识在各专业的后续核心专业课的具体应用场景是不同的，所以不同专业对工程力学知识的需求在内容和掌握程度上都有所区别。把力学知识在核心专业课中的应用场景作为案例素材，把具体的应用场景进行合理编写形成案例，做到案例涉及的广度和深度都符合相应专业的教学要求，就可以形成适合相应专业《工程力学》教学的案例。将核心专业课的学习和《工程力学》的学习结合起来，强化应用，节省学时。如我校工程管理和工程造价专业开设《工程力学》是非常必要的，应用场景主要是认知结构构件的受力和构造特点，而不对结构构件进行计算和设计，所以需要学习静力学、四种基本变形、几何组成分析及位移计算，并且重概念，轻计算。相比而言，《工程力学》在土木工程的专业核心课中有广泛深入的应用，比如《混凝土结构》、《钢结构》和《地基与基础》。应用场景包括各种结构构件的强度、刚度和稳定性设计计算，所以需要学习静力学、四种基本变形、应力状态及强度理解、稳定性理论和疲劳强度，不仅要求概念清晰深刻，而且要求有较强的分析计算能力。

表1 土木工程《工程力学》教学案例举例

2.2 在企业生产过程中选择素材

《工程力学》不仅仅是一门专业基础课，也是一门应用性很强的课程。在校企合作的过程中，教师可以通过观察或向一线生产人员采访，得到力学在生产中的具体应用作为案例素材。这样的案例在把实际生产展现给学生的同时，也让学生明白了力学原理在生产中的应用。学生通过思考并应用力学原理解释或解决了实际生产问题，可以极大地调动学生应用所学力学知识思考和解决实际问题的积极性，增强学生应用力学原理解释或解决生产实际问题的能力，这样的教育教学效果对于应用型本科院校《工程力学》教学是非常有意义的。

2.3 在科研中选择素材

在科研中选取素材编写成教学案例应用于教学，可以拓展学生的学术视野，培养严谨的态度和科学的思想方法。案例可以是科研活动中涉及《工程力学》知识点的仪器原理、实验方案等，如硬度计的原理及操作和万能试验机测弹性模量的实验方案，这种案例在锻炼学生科研技能的同时，也培养学生刨根问底的科学精神。案例也可以是一个没有答案的问题，这种案例可以引导学生广泛查阅资料、抽取主要矛盾、建立力学模型，初步培养学生的科学素养和科学精神。简单地应用《工程力学》知识仅仅是较低层次应用型人才具备的能力，拥有科学素养和科学精神，主动查阅力学原理力学思想并且创新性的应用其解决现有问题才是较高层次应用型人才应具备的素质。在科研中选择素材编写教学案例，是非常有利于培养高层次应用型人才的。

3 教学案例库的建设方式

各领域的发展决定了《工程力学》在该领域的具体应用场景是动态的，可以通过一种开放互助平台整合相应领域的专业人员持续参与案例库建设。

3.1 专业课教师和一线生产人员提供案例素材

核心专业课和企业生产中涉及哪些力学知识，力学知识在核心专业课和企业生产中有哪些重要的应用场景，专业课教师和一线生产人员是比较熟悉的，所以专业课教师和一线生产人员可以提供核心专业课和企业生产中涉及力学的案例素材。科研人员可以将一些涉及力学的科研资料作为科研类案例素材提供。

3.2 力学教师根据教学实际情况编写案例

力学教师对《工程力学》的教学重点难点、学生的基础、教学模式、教学手段等教学中的实际情况是比较熟悉的，在编写案例时要结合教学实际情况，并为素材配置合理的知识点和学时编写成便于教学应用的案例。另外，专业课教师和一线生产人员不一定能把所有的涉及力学的应用场景都提供，而力学教师却擅长针对一个具体工程或生产问题识别并提出其中的力学本质，所以力学教师要尽量熟悉相关工科专业的核心专业课，要定期到企业从事生产实践，才能找到更多更好地教学案例素材。

3.3 网上平台整合各方面人员参与建设

在互联网上建立一个案例库建设平台，通过设立“建议”和“答复”功能建立专业课教师和力学教师之间的互助教学联系，当专业课教师发现核心专业课中有力学的具体应用场景，但是学生对相应地力学知识及其应用达不到要求时，就可以把这个情况通过“建议”反馈给力学教师，这样其实是把案例素材提供给了力学教师，力学教师在熟悉素材的情况下写出教学案例通过“答复”功能告知专业课教师并在以后的教学中实施及请专业课教师检验。这样的结果就是《工程力学》的教学体现了明确的应用性，核心专业课的教学也会大大节省课时。类似地，用“咨询”和“答复”功能可建立起力学教师与企业生产人员或科研人员之间的互相性联系。通过这样一个互助性平台长期运行，可以做到案例素材与时俱进，可以保证《工程力学》教学的应用特征。

4 教学案例库的应用特征

为了便于在教学中使用，编写的教学案例应该具备以下特点

4.1 有明确的知识点指向性

要求一个教学案例是可以用几个明确的知识点完成的，学生才可能通过对案例的分析解决达到对目标知识点的掌握，案例教学法的教学目标才可能达到。为了便于教师挑选教学案例，每个教学案例中可以明确提示要用到哪些知识点，这样也可以对学生完成案例有提示作用，使学生有的放矢，提高学生的学习效率。

4.2 有阶梯性和递进性

案例完成具有由易到难的阶梯性，指向知识点应该具有先后衔接的递进性，便于教学内容的层层递进。由易到难是符合学生学习心理的，案例教学法也要遵循这个规律，才能取得好的教学效果。《工程力学》内容环环相扣，由易到难、前后衔接尤为重要。比如各个案例指向的知识点数量由少到多，案例的完成难度就逐渐增加；先基本变形的强度校核后组合变形的强度校核，也体现了由易到难。

4.3 动画演示

因为《工程力学》是开设在专业课之前的，很多学生反映读不懂工程中的平面图，搞不清楚案例的内容和要求，所以有必要把案例用立体的示意图或者是动画的方式来展示出来，便于学生快速理解。

5 教学案例库要体现课程思政

课程思政是当前高校教书育人功能的重要体现，就是要把“育人”这个重要任务和“教书”结合起来。

5.1 加强职业道德和素养的培养

可以参照全国大学生结构竞赛设置模型制作实践案例，在设计环节可以锻炼学生分析计算能力，制作环节考验了学生严谨和耐心，更重要的是加载环节模型的倒塌或通过让学生深刻体会到了缺乏良好职业道德和职业素养会造成严重的后果。鼓励学生不要满足于仅仅完成案例，不要满足于六十分，要深入思考，多次改进方案，做到更好。通过正向激励逐渐培养学生坚忍不拔精益求精的优秀品质。这样的实践案例对培养学生爱岗敬业和开拓创新的职业品格和行为习惯有非常明显地效果。

5.2 弘扬爱国主义精神

可以定期布置学生阅读力学家的主要成就、主要事迹，通过力学家事迹发扬爱国主义精神。引导学生了解力学史，使学生在强化民族自豪感同时增强发展紧迫感和民族责任感。

6 结束语

我校力学教研室采用上述策略针对土木工程专业建设了《工程力学》教学案例库并用于2017 级、2018 级土木工程专业《工程力学》教学，学生学习积极性和成绩明显提高，后续专业课教学和顶岗实习对《工程力学》教学效果反馈良好，学生在专业课学习和顶岗实习中，应用《工程力学》的意识和能力比上几届学生明显增强。但是由于学时少，科研类教学案例教学难以充分开展，如何编写适合少学时教学的科研类教学案例需要继续探索实践。