新工科背景下《工程力学》课程教学研究

朱　全　纪　萍　陈　华　黄　鲁　韩飞坡

新工科背景下《工程力学》课程教学研究

朱全1纪萍2陈华1黄鲁1韩飞坡1

（1.马鞍山学院智造工程学院，安徽 马鞍山 243100；2.皖江工学院电气信息工程学院，安徽 马鞍山 243031）

《工程力学》是工科专业的一门重要专业基础课，文章通过对当前工程力学教学的学情分析，指出了当前教学中存在的弊病。同时根据“新工科”背景下对人才的培养目标要求，以工程能力为导向，从教学内容、教学方法、考核方式等方面对工程力学课程教学进行了优化。着重培养学生的工程实践能力，全面提升学生的综合能力。通过在马鞍山学院智造工程学院的试行，学生的学习面貌显著改观，工程实践能力得以提高，取得了较好的效果，为培养“新工科”人才打下了良好的基础。

工程力学；新工科；教学研究

引言

《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》（简称《通知》）中将“新工科”归纳为工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系[1]。按照《通知》的文件精神，对本科生的培养应朝着应用型、交叉型、综合型的方向发展。“新工科”背景下培养的学生应当具备扎实的专业理论、良好的学习能力、较强的实践能力以及积极的创新意识，不仅能运用所学知识解决当前问题，还能学习新的知识去解决发展中的问题。

《工程力学》是一门针对工科近机类和非机类专业开设的专业基础课，主要培养学生对构件进行力学分析计算，以及对构件进行选型和设计的能力，是工科专业培养应用型、交叉型、综合型人才的重要必修课[2]。《工程力学》所涉及内容不仅广泛应用于机械、土木、环境等工程领域，同时该课程的分析方法还可以推广到其它工科课程，比如《结构力学》《工程热力学》等，因此掌握这门课程的内容和学习方法对于后续相关课程的学习是至关重要的。本文通过对“新工科”教育理念的分析，结合当前的学情，对“新工科”背景下工程力学的教学进行了全方位的探索和改革。

1 培养目标和学情分析

近年来随着我国高校招生规模不断扩大，为社会培养了大量的工程技术工作者。注重理论教学、忽视实践教学的工科专业传统的教学模式，使学生毕业后很难做到学以致用。这种教学模式已经难以满足“中国制造2025”“互联网+”等需求。因此要对传统的工科教学进行深入改革，着力培养国家战略规划所需要的“新工科”人才。

1.1 “新工科”背景下人才培养目标

“新工科”背景下的人才培养应当以工程实践能力为核心的综合型、应用型人才为目标，即以工程问题为导向，通过工程项目为载体向学生传授知识、组织教学，培养学生的工程意识和工程实践能力。授课教师在教学过程中起着举足轻重的作用，对于授课教师不仅要求专业素质高、知识结构广，而且还要具备丰富的工程经验和较强的实践能力，同时还要求掌握必备的教学手段。目前国内高校的青年教师大多数都是研究生毕业后直接进入高校，理论水平较高而工程经验欠缺，因此需要他们积极参与到各类工程项目当中，不断提高工程经验和实践能力。

1.2 《工程力学》学情分析

《工程力学》是课程内容包括静力学、材料力学、运动学和动力学四个部分，主要学习静力学和材料力学两个部分。不少学生表示在学习《工程力学》课程时感到困难，学习效果不佳，经调查分析，主要有以下原因[3]。

（1）课程中的许多公式是通过《高等数学》中的极限和微积分推导而来，同时还要理解常用的物理定律，因此需要先修《高等数学》和《大学物理》，而这两门课程也是学生感觉有学习难度的课程，所以学生在学习《工程力学》时同样也感到有一定难度。

（2）《工程力学》的理论性、逻辑性较强，教学内容层层递进，学生前期知识若是掌握不好，后面学习会更加困难，因此产生厌学情绪，造成恶性循环。

（3）《工程力学》课程内容与工程实际紧密联系，由于学生未曾经历实际工程，课程中例举的一些工程实例学生感到难以理解，对相关知识的学习造成困惑，教学效果因此大打折扣。

（4）《工程力学》注重培养学生的工程实践能力，考核方式主要是闭卷笔试，考题多数是教材中的例题或习题，考试内容呆板，缺乏知识的灵活运用，难以正确评定学生的工程能力。

通过以上的学情分析，传统的教学模式已经无法满足“新工科”背景下人才培养目标要求，工程力学课程的教学应当适应新时代的发展，因此亟需对工程力学的课程进行教学改革。

2 教学改革措施

2.1 教学改革思路

“新工科”背景下工程力学的课程教学改革要符合“新工科”背景下人才培养目标。通过本门课程的学习，学生不仅要学习《工程力学》课程的基本理论知识，还要掌握科学的学习方法，同时还要与工程实际相结合，建立工程意识，利用所学知识解决工程问题。根据“新工科”背景下人才培养目标和学情特点，《工程力学》课程教学改革着重从教学内容、教学方法和考核方式三个方面进行改进优化。《工程力学》教学改革思路如图1所示。

图1 《工程力学》课程教学改革思路

2.2 教学内容优化

当前《工程力学》的教学内容注重理论知识的学习，缺乏工程实践的锻炼。为了应对“新工科”背景下对人才的目标要求，提高学生的工程实践能力，对教学内容可作适当的调整和改进。

（1）根据“新工科”背景下的人才培养目标，结合本校专业培养方案，修订工程力学课程大纲。课程大纲应当对培养学生的工程实践能力作出明确要求，对应专业培养方案毕业要求中的工程知识和能力，优化理论课和实践课的课时分配，提高实践课在总学时中的比例。修订后的课程大纲将工程能力的培养纳入教学目标，对工程力学课程教学可以起到提纲挈领的作用，教学内容和授课计划的安排都会有针对性地加强学生工程实践能力的培养。

（2）根据专业培养方案的目标要求和学时分配，选用适合该专业的教材。比如非机类专业对于工程能力要求略低，可选用难度适中的教材；近机类和机械类专业对工程能力要求较高，应选用具有一定深度的教材。对于不同专业的课程教学要求，做到因材施教，深入浅出，充分发挥教材在教学中作为知识载体的作用。

（3）根据课程大纲制定教学计划，合理安排教学内容以及分配学时。修订后的课程大纲中，应对理论课和实践课学时作出调整，在总学时不变的情况下增加实践课的学时，理论课学时可略作减少。一方面，要利用有限的学时进行理论课教学，因此对于理论教学的内容要作出调整和取舍，对于一些理论性较强而实际工程中很少用到的知识点可以少讲或不讲，比如材料力学中应变能以及用积分法求弯曲变形；工程中实用的一些计算方法则要精讲，比如用查表法求弯曲变形以及组合变形的强度计算；理论公式的推导过程尽量从简，重点理解公式中各个参数的内涵和外延，同时通过实例讲解公式的应用。另一方面，实践课学时要有所增加，要充分利用实践环节培养学生的工程实践能力。实践课包括实验和实习。实验课不仅可以做演示性实验和验证性实验，还可以进行设计性实验和综合性实验。通过设计性实验和综合性实验，充分开发学生的学习潜能，锻炼学生的实践能力[4]。实习是增强学生工程意识的有效途径，学生通过实习可以对一些课堂上抽象的实物和实例有直观的了解，深入理解工程的意义和本质，再回到课堂上学习相关理论知识就会游刃有余，进一步促进了理论课教学效果，同时工程的概念和意识也会潜移默化地植根于学生的头脑中。

（4）教学内容中加强学科的交叉融合。“新工科”背景下培养的人才不仅要求专业素质高，还要求知识面广、综合能力强，因此学生要广泛地在专业交叉和融合中学习，既要掌握本专业的理论知识，又要理解其它工科专业的基础知识，还要了解人文、地理、历史、政治等社会科学，在学科的交叉融合中构建覆盖面广的知识体系，培养卓越的综合型高素质人才。

2.3 教学方法改革

当前工程力学的教学方法主要采用讲授法，即以教师“教”为主，学生被动接受教师所讲授内容，属于“填鸭式”教学。事实证明，这种方法只适用于少部分学习主动性较强的学生，对于主动性较差的学生效果非常一般。“新工科”背景下的教学要求学生掌握真才实学，这种教学方法明显已经难以为继。为满足“新工科”人才培养要求，提高教学效果，对当前《工程力学》的教学方法提出以下改进。

（1）增设课堂讨论环节。将教材的知识点引入工程案例，并提出问题，引导学生围绕问题进行分组讨论。学生可在课前通过查阅资料进行准备，讨论时要求学生全员参与，同时设置一定的规则，根据讨论情况以小组为单位进行积分。讨论结束后，教师进行小结，并统计各个小组的积分，将每次讨论的积分作为小组成员平时成绩的一部分。通过课堂讨论，学生不仅获取了知识，还加强了工程意识，同时提高了对于本门课程的学习兴趣。

（2）开展线上线下混合式教学[5]。随着互联网技术的进步和普及，教育部近年不断加强打造各类精品课程，同时也鼓励高校先在校内展开线上、线下以及混合式教学，取得一定效果后再积极申报国家精品课程。这是教育教学的未来发展趋势，因此，不能再拘泥于传统的教学模式而固步自封，应当根据教育部文件积极响应，利用第三方学习平台通过直播、录播等方式实施部分课时的线上教学，与线下课堂授课有机结合开展混合式教学。对于一些较为容易的知识点，可安排学生线上自学；课堂教学中讲授内容中较难的知识点，学生可反复线上学习，若是还有疑问可在线下教学中提出，直到完全掌握该知识点。通过线上线下混合式教学，充分利用了互联网的优势，弥补了课堂教学的不足，不失为一种好的教学方法。

（3）灵活运用多种教学手段。《工程力学》课程内容繁杂，公式推导复杂，部分内容较为抽象，针对课程各个章节的特点，灵活应用相适应的教学手段。比如，演示文档能够集文字、图片、动画、视频于一体，制作演示文档时要突出要点，编排要条理清晰，课堂播放时要循序渐进，观察学生的注意力是否与演示文档保持一致；板书可以将重点知识点保留在黑板上，可用于原理分析和公式推导；对于工程力学中一些抽象的概念和实例，可通过动画和微视频进行展示，帮助学生理解；利用翻转课堂将学习的主动权交给学生，学生根据教师所布置任务，课前自主学习进行教学设计，并在课堂上演示陈述，这种方式不仅可以提高学生学习的主动性，同时还锻炼了学生的综合能力。

（4）鼓励学生参加力学类的学科竞赛。学科竞赛是大学生创新实践能力提升的平台，来自不同高校的学生围绕比赛的主题展开角逐。力学类竞赛可分为学科理论型竞赛和学科应用型竞赛，学科理论型竞赛一般为考试型的比赛，重点考察参赛学生的理论功底是否扎实，难度较大，如全国大学生周培源力学竞赛；学科应用型竞赛一般要求提交有一定功能作品，主要考察学生解决工程实际问题的能力，对于学生要求具备一定的理论基础，更多的是锻炼学生的实践能力，培养学生的团队合作、学术写作等综合能力，如全国大学生机械创新设计大赛。因此，在新工科背景下，学科应用型竞赛应当格外引起重视，鼓励具有一定基础的学生积极参加这类比赛，以赛促教，以赛促学，同时通过比赛，以及与其他学校的老师和学生沟通交流，可以极大地开拓学生的视野，有助于培养卓越工程师的品质。

2.4 考核方式改革

当前《工程力学》的考核主要是以考试成绩为主，平时成绩所占权重较小。这种考核方式下学生往往不注重平时学习，而是根据考试范围进行考前的临时突击，有些甚至是强记，考过很快就忘记。学生仅仅是为了通过考试而学习，完全不能领会课程中知识点的内涵，因此这种考核方式已经不能适应“新工科”背景下对人才的考核要求，应当对现有的考核方式进行改革。

考核方式改革的重点是调整总评中平时成绩、期末成绩的比重。以马鞍山学院为例，以往考核的总评成绩＝平时成绩30%＋期末成绩70%，调整为：总评成绩＝平时成绩40%＋考试成绩40%＋实践成绩20%。平时成绩包括课堂签到、课堂讨论、课后作业等，加强学生平时学习过程的管理。考试成绩指的是期末考试评分，考题应当以基础应用型题目为主，主要考察学生对《工程力学》的基本原理和方法的掌握情况。实践成绩主要考察学生运用所学知识解决工程问题的能力，包括论文和实验。论文是指学生根据考核教师布置的工程问题，运用《工程力学》课程知识，通过查阅资料寻求解决方案，并完成论文综述。力学实验可开设演示性、验证性实验项目和设计性、综合性的实验项目，其中演示性和验证性实验主要考察学生对基础知识的掌握程度，设计性、综合性实验不受课程教学范围限制，学生自主设计实验方案和内容，充分发挥学生的主观能动性，培养学生的综合能力和创新精神[6]。

通过对考核方式的改革，提高了平时成绩在总评中的比重，让学生在平时忙起来，使学生在课程学习过程中始终保持专注度，摒弃“押注”期末考试、忽视平时学习的陋习。此外，考核中增加了实践考核环节，经过实践考察，不仅锻炼了学生的工程能力，同时通过理论和实际的有机结合，使学生对于所学知识的理解更加融会贯通。

根据上述《工程力学》课程教学改革方案，制定了具体实施细则，并在本校某专业试行。试行结果表明，学生对该门课程的学习自主性有了大幅提高，更加注重平时学习，而不再过度依赖期末考试。随着学习的深入，学生不仅掌握了扎实的理论知识，同时工程实践能力也得以不断提升，取得了较好地教学效果。

3 结束语

为应对“新工科”背景下人才培养的目标要求，以培养工程能力为导向，同时针对当前工程力学课程教学中的弊病，对工程力学课程教学从教学内容、教学方法和考核方式等几个方面进行了改进和优化，并提出了行之有效的具体措施。在本校某专业实施情况表明，学生对于本课程的学习面貌有了显著的改观。通过加强平时的学习管理，学生不仅较好地掌握了理论知识，同时还与工程有机结合，切实锻炼了学生的工程实践能力，取得了较好的效果，为培养“新工科”人才打下了良好的基础。

[1] 张旭，方艳，邢静忠. “新工科”背景下工程力学课程教学方法改革探索[J]. 科技创新导报，2019，16(16): 210-211.

[2] 朱全，陈华，韩飞坡. 基于应用型人才培养的工程力学课程教学研究[J]. 西昌学院学报(自然科学版)，2018，32(2): 123-125.

[3] 许磊，黄菊. 新工科与工程教育专业认证背景下材料力学课程教学改革思考[J]. 中国现代教育装备，2019(17): 99-101.

[4] 马万征，李忠芳，马月芹. 新工科背景下符合专业认证标准的《工程力学》教学改革的研究[J]. 教育现代化，2018，5(46): 91-93.

[5] 梁志达. 新工科背景下应用型本科院校《工程力学》课程教学质量提高的途径和方法探讨[J]. 当代教育实践与教学研究，2019(8): 81-82.

[6] 顾国庆，蔡中兵，佘斌，等. 新工科背景下应用型高校基础力学课程教学改革[J]. 高教学刊，2021(9): 149-152，156.

Research on the Courses Teaching ofunder the Background of New Engineering

is an important basic course for engineering majors. Through the analysis of the current teaching situation of engineering mechanics, this paper points out the disadvantages existing in the current teaching. At the same time, according to the training objectives and requirements of talents under the background of "new engineering", the teaching of engineering mechanics is optimized and improved from the aspects of teaching content, teaching methods and assessment methods. Focus on cultivating students' engineering practice ability and comprehensively improve students' comprehensive ability. Through the trial in the School of Intelligent Manufacturing Engineering, Ma'anshan University, the students' learning appearance has been significantly improved, the engineering practice ability has been improved, and good results have been achieved, which has laid a good foundation for cultivating "new engineering" talents.

engineering mechanics; new engineering; teaching research

G642

A

1008-1151(2022)04-0154-03

2022-02-14

马鞍山学院校级教学改革研究项目（202003）；安徽省教学研究项目（2019jyxm0860）；安徽省校企合作实践教育基地项目（2020sjjd134）。

朱全（1981－），男，安徽马鞍山人，马鞍山学院智造工程学院讲师，硕士，研究方向为工程力学、机械工程。