工程教育认证背景下工程力学课程教学改革研究

刘 杨，姚 征，夏冬生，孙先念，朱公志

（大连海事大学交通运输工程学院 辽宁 大连 116026）

“工程力学”涵盖理论力学和材料力学，是轮机工程、航海技术、交通运输、能源动力等工科专业本科学生的一门专业基础课程，也是与工程实际密切相关的主要课程之一。工程力学课程的建设，密切关系到学生的专业素质培养以及学科的建设与发展。

近年来，学界已经出现围绕工程教育认证探究工程力学课程教学改革的分析。例如，顾永强等[1]以作者所在单位为例，探索了工程力学课程的教学改革方案。王磊等[2]首先明确了工程力学实验教学改革的意义，其次以材料力学实验为例，提出并介绍了通过设计与实施在线教育与线下教育相结合的混合实验教学模式。张靖华[3]重点从专业认证理念、教学方法、师资队伍、教学内容等方面，研究建设面向工程教育的课程体系的整体思路。赵静等[4]以工程认证要求的12 项指标为基础，指出了“工程力学”课程教学的问题和不足之处，进而建立了以“技术需求”为主线、以“课程思政”为依托的课程主体内容。崔扬和李萍[5]则提出要“以学生为本”、以“达成度目标”为教学成果指标，面向工程教育认证进行工程力学课程改革。

虽然近年来国内关于工程教育认证与工程力学课程教学改革的讨论不断增多，但截至目前研究仍然有限，在“新工科”和工程教育认证背景下，探究工程力学课程教学改革与创新路径具有重要的现实意义。本文在上述现实背景下，以现有研究为基础，结合工程力学及相关课程教学实践中遇到的问题，进一步探究工程力学教学创新设计及其实践路径。本研究将有助于丰富现有文献，力争为提高工程力学课程教学质量、提高学生实践素养和能力，提供可能的教学创新方案和思路。

1 工程力学课程教学的关键问题与解决方案分析

1.1 关键问题

第一，如何以培养学生实践能力为目的，有机结合理论与实际。无论是在课程设置上还是教学实践过程中，如果只重视理论教学、轻视实验环节，便难以让学生了解工程实际结构，难以培养学生的工程实践能力，这也与新工科人才培养目标相悖。因此如何改变重理论、轻实验的思维习惯，使理论教学部分与实验部分紧密结合，便十分重要。

第二，如何选取合适的工程案例，激发学生学习热情，以期加深学生对知识点的理解和掌握，提升学习效果。具体来说，教师课前如何提出问题、引发学生思考，从而激发学生的学习热情；在授课过程中如何引导学生自主分析工程案例、进行小组讨论，从而提高学生对课程内容的关注度，而不是用手机进行与课程无关的其他操作，这都是亟待解决的重要问题。因此，选取合适的工程案例、结合研讨式教学方法引导学生的分析与思考，也是十分重要的问题。

第三，如何在授课过程中有机融合课程思政元素，激发学生科技报国的家国情怀。从理论上说，思政元素在工程力学教学中的融入，是在工程技术领域具体实践中体现自然科学、社会科学与哲学的相互渗透以及支撑作用[6]。因此，如何进行课程思政，既达到增强学生学习动力、促进学生对工程力学课程知识点理解和掌握的效果，又能使学生深入理解社会主义核心价值观和中华优秀传统文化的内涵，便是一个值得思考的问题。

第四，如何促进线上（例如“慕课”“雨课堂”等智慧教学工具）与线下课堂的融合、开展混合式教学。互联网已经融入社会经济生活的方方面面，亦促进了教育行业的深刻变革。具体来说，近年来依托于线上教学平台，线上与线下混合教学模式不断发展，有效弥补了以往传统单纯线下教学的不足之处。与此同时，如何促进线上线下教学活动的有机结合，开展教学设计，最大程度提高教学效果成为十分重要的议题。

1.2 解决方案

第一，加强实验室软件和硬件环境建设，以期促进理论与实践的良好结合，充分提高学生的工程实践能力。这一方案主要是为了克服前文所述第一个教学关键问题。具体来说，一方面是软件环境建设。包括在实验室配备电子屏幕和投影机，应用多媒体进行实验教学；构建工程力学局域网；依托于有限元等计算机软件，组织学生进行工程实践的模拟与仿真等。此外可以通过局域网开通工程力学课程教学实验应用系统，师生通过该系统可以实现及时的线上沟通与交流，围绕实验方案设计展开讨论。另一方面是硬件环境建设。例如完善工程力学实验室的环境和管理制度，以期最大程度配合教学理论知识点内容、培养学生的实践与操作能力。

第二，引入案例教学方法，以问题为导向组织案例讨论，同时注重与思政元素相融合，以期激发学生的积极性、培养学生的创新创造能力，培养学生的爱国情怀、工匠精神和实事求是的科学素养等。这主要为了解决前文所述第二个和第三个教学关键问题。特别地，从工程力学课程学期内整个课程案例教学和课程思政的角度出发，采用“进阶式案例”开展混合式教学能够取得良好的教学效果，这在大连海事大学“双一流”建设交通运输工程专业的“材料力学”课程实践中已得以体现。

第三，为了提高学生在课堂上的学习效率、提高学生在课堂上对课程内容的关注度，一方面可以通过前文所述案例分析，激发学生学习热情，通过一些身边的、与课程知识点紧密联系的案例，吸引学生对课程的关注。另一方面可以适当设置平时分的“加分项”，例如在平时成绩考核中，在学期内适当给予学生若干次在课堂中随机回答难度较高问题的机会，以期提高学生课堂上的注意力和参与感。

第四，采用多样化教学工具和手段提高教学效率、提升教学效果。以数字科技为主要驱动力的第四轮工业革命中，人工智能技术正在推动我国经济转型升级，也在推进教育高质量发展。具体来说，可以采用“互联网+”混合教学模式，依托于“雨课堂”“慕课”等智慧教学工具和互联网平台，进行课前问题的布置、课堂随机签到和回答问题、线上平台讨论区探讨实践案例等教学活动。通过这种线上线下的混合教学模式，改变传统教学模式，从而提高教学效率、提升教学效果。以大连海事大学交通运输工程学院工程力学教研室为例，目前多位老师在线上教学平台开设课程，包括夏冬生等老师在中国大学慕课平台上开设的“工程力学”课程，朱公志等老师在中国大学慕课平台上开设的“航海力学”课程，金蓉、郑长良老师在智慧树平台开设的“工程力学”课程等，这些线上课程已运行多轮，自开课以来受到师生的广泛关注，依托于该线上课程、通过线上线下混合式教学，已取得不错的教学效果。

2 工程力学课程教学创新模式探究

在前文分析的基础上，本文以“新工科”工程教育高质量发展为背景，面向“工程力学”课程工程教育认证，尝试提出“一二三四”创新教学模式，力争服务于工程力学课程的建设和发展，培养学生自主学习的能力，培养学生发现、分析与解决问题的能力，特别是增强学生的工程实践能力。

“一”即“一条主线”，体现为教学内容、教学过程、教学方法与手段以及教学考核等方面，充分体现“以学生为中心”这一条主线。例如，在讲授知识点时，强调教师的引导和协调作用，启发学生自主思考、激发学生学习的积极性。对学生成绩的评定方面，兼顾期末试卷成绩考核、实践报告成绩与学生的平时表现，包括学生在课堂上回答问题时与教师和其他学生的互动，分析问题的逻辑性和辩证性思考的能力，以及理论联系实际的能力等。

“二”即“两个平台”，体现为软件环境和实验室硬件的教学环境支撑。一方面建设软件环境平台，重视有限元软件（如Ansys、Abaqus 等）、Matlab 等软件在分析力学时的模拟仿真和工具作用。另一方面完善实验室硬件条件，为方便学生实验操作服务，促进提高学生的实践操作能力。

“三”即“三个能力”，体现为教学过程中注重培养学生的自主学习能力、分析问题能力与工程实践能力。例如，教学过程中避免灌输式授课，而是通过抛出问题、结合案例引发学生思考和对知识的渴求，增强学生独立思考的意识和能力。

“四”即“思辨思创”，体现为在学习掌握工程力学知识点体系的基础上，注重培养学生的创新应用能力，促进学生灵活地将理论所学应用到工程实践中去创新思维，强调培养学生的探索精神和创新精神。例如在学生实验操作中，不仅涉及验证性实验，而且注意设计和引入扭转、弯曲、组合变形的实验，由此在增强学生对知识点理解和掌握的同时，促进学生自主探索、创新且灵活应用理论的能力，以及团队协作的精神。

3 结论

面向工程教育认证探索“工程力学”课程教学改革创新模式，有助于推进新工科建设、高等工程教育发展，从而培养大批创新型、多样化的卓越工程科技人才，为我国参与国际竞争提供智力和人才支撑。本文在分析工程力学课程教学过程中容易出现的关键难题的基础上，提出相应的解决措施，并尝试提出“一二三四”教学创新模式及其主要实践设计，力争为“新工科”和工程教育认证现实背景下工程力学课程的教学创新模式探究提供一点新思路。在今后的教学工作中，作者将继续向前辈教师学习，不断总结反思、摸索前进，为增强学生工程实践和创新能力以及力学学科的建设与发展不断努力。