新工科背景下“三二分段”教学中“工程力学”多元化教学方法研究

黄锡峰 张武 王运明

摘 要：新工科建设是国家新一轮科技革命和产业革命的重要战略部署，为贯彻落实教育改革，实施“三二分段”教学，培养高技能人才。“工程力学”是汽车类专业必不可少的一门基础课程，这门课程与工程实际紧密结合，在教学过程中存在理论概念抽象、学生工程意识薄弱、理解能力有限、学生空间思维水平差异大、教学课时不足、学习兴趣不大、知识点难度偏高等问题。通过分析“工程力学”“三二分段”教学改革的思路，进行科学的课程教学设计，从教学方法、多种教学评价、授课着重点等方面进行改革探索，通过理论知识与实际案例相结合的方式进行课堂互动反馈，将价值内涵与课堂教学相融合，多种类课程内容交叉融合，引入多元教学评价的“工程力学”多元化教学方式新模式，引导学生透彻理解知识点，激发学生学习兴趣，将显性教育与隐性教育相统一，帮助学生培养工程伦理意识、自主学习能力和创新思维能力。

关键词：三二分段；工程力学；教学方式；多元化教学

中图分类号：G642

随着新的科技革命和产业变革的机遇交汇而来，高校的工科专业建设需坚持以质量提升为重要目标。新工科以塑造未来为理念，以培养多元化、创新型工程人才为驱动，以支撑国家产业发展，提高国际竞争力为目标。在新工科背景下，“工程力学”在实际应用中具有基础性和广泛性。在“三二分段”教学中，“工程力学”是一门理论性强的专业基础课程，是研究物体机械运动与承载能力的基础学科，是汽车类专业学生必修课程之一［1］，其理论性强，逻辑严密而且抽象，与工程实际联系紧密。“工程力学”主要包括静力学和材料力学两部分内容，该课程以培养学生的实际计算和思考能力为目标，着重于分析和解决实际问题的能力，特别是表达设计能力［2］。所以，如何保证“工程力学”课程优秀的教学质量和教学效果对于教师和学生都是非常重要的。该课程对汽车类专业学生人才的培养尤为重要，因为力学课程的学习非常有助于后续专业课程的学习和一些重要专业知识点的理解和提升，对学生在毕业后从事本专业的工作意义重大［3］。在以教学改革为核心的大方向下，学习“工程力学”的目的是为汽车行业培养出更多更优秀的应用型技术人才［4］。在“工程力学”课程教学中，学校应进一步确立“与企业对接，服务地方经济”的办学宗旨，大力开发校本教材，实施“互联网+”校企合作平台，合作建立企业生产实际案例库，供学校和企业共享，在用人单位需求和就业市场调查的基础上，以职业具体分类为初始点，对岗位能力和要求进行具体分析，对培养目标的具体专业能力培养要求重新定位，让学生学习到的都是最新的、最实用的技术。坚持教育的信息化与信息化教育紧密结合的原则，努力提高“工程力学”学科教育水平［5］。

1 “工程力学”课程教学的普遍问题

1.1 课堂上的授课一般氛围

关于工程力学的实际应用案例非常多，但在专业培养体系中这门课程分配的学习课时却十分有限。从教学的角度来说，该学科较为复杂和抽象，基本上授课内容都是建立在理想化的力学模型上的，使得学生在学习的过程中所看到的模型与实际的物体存在一定的差异，在理解上显得模糊和粗浅。但该课程要解决的都是实际存在的问题，而课堂教学主要以教师为主体，故在“工程力学”这门课程中教师对于所讲内容的理解深度和该内容相关的知识面拓展的宽度，以及对该内容的表述表达能力，对教师来说将会成为一种挑战。在教学过程中，教师要重视培养学生的主观能动性。而传统的教学模式下，教学的主体是教师，学生被动接受，这种情况下强调的是课程内容的输出，对传授知识的方式不够重视。在技术不断进步、不断革新的大背景下，教师能在课堂上生动形象地表达出学习内容，最好借助于实物或实物模型，启发和引导学生寻找问题，进而激发学生思考解决具体实际问题的方法。

1.2 学生知识水平参差不齐

在“三二分段”教学模式中，招生具有多样性的特点，生源质量具有较大差异，存在学生基础知识不牢、积极性不高，刻苦钻研的精神不强等现象，学生的逻辑分析能力和空间想象思维也或多或少的存在一定差异，这也是学生对学习这门课程的问题所在。由于“工程力学”课程理论性强，而教师大都是采用板书，或者制作PPT来进行公式推导，这些授课方式要求学生具有一定的基础，使得学生在课堂上表现不积极、不主动，缺乏学习本课程的兴趣，从而导致课程教学效果质量较差。学生基础知识水平较低，学生创新实践能力不足，如何使课程基础知识和能力水平具有一定差异的学生达到相同的教学培养目标是授课教师应该关注和思考的问题。

1.3 学生课外学习的积极性

一般的高等院校以平时的作业、考勤和期末考试的成绩作为“工程力学”这门课课程的考核标准，其中占比最大的是课程的期末考试成绩。对于“工程力学”课程来说，其所需讲授的知识内容多，对学生理解运用的要求也高，仅仅以考试的卷面成绩作为评价标准不能科学地呈现对教学过程的评价，不能全面体现出学生对这门课程知识点的掌握学习情况，也不足以调动学生的主观能动性以及学习的积极性。而很多力学的教师仅仅采用课堂时间学习，效率太低，课外学习也是非常重要的环节，但学生很难做到课外预习或者课外复习。

2 多元化教学方式改革与改进

鉴于目前“工程力学”课程教学中存在的问题和状况，笔者提出以引导学生思维为主，以例题精讲、精准练习为辅的教学模式。教师要精要地讲、精炼地讲、精彩地讲，将教学的深度与实际的广度进行融合，给学生充分的思考时间和思维空间，并及时有效地利用先进的科技手段来辅助教学，讲解课程中的基本理论与应用方法，使得学生对“工程力学”这门课的重点和难点有深刻的理解，在实际中的应用有一个深刻的认识。学生多思、多练、多得，实现沉浸式地学习新知识。“工程力学”这门课程由专业培养目标和达到的毕业要求制定课程目标，通过对课程的教学内容、教学方式方法、教学手段以及评价方式等进行探索和实践，经过教学实施和考核评价，獲得课程评价与反馈，如下图所示。

课程改进流程图

2.1 传统板书教学与计算机绘图技术简化模型展示相结合

计算机绘图技术是多媒体技术的基础，图形处理、模式识别与图像显示结合具有交互处理、动画、文本管理和声音等功能，增加了过程演示，营造了工程氛围，弥补了学生实习、实践不足等各方面的情况。计算机绘图技术简化模型展示凸显出语言无法比拟的优越性，学生通过观察，获得直观的感受，更易于理解。同时节省了大量的板书时间，既能充分地展示当堂课的教学内容，又能提高课堂的教学效率，有利于突出讲解的逻辑性和连贯性，不仅丰富了课堂教学内容，还有利于学生熟练掌握使用AutoCAD、SolidWorks等二维、三维软件的使用技巧，提高学生绘制平面图和三维建模的能力。初学者首先注重的应该是分析能力培养，然后通过直观产品模型展示充分理解“工程力学”中的理想模型情况和实际应用模型情况，培养学生的工程意识、实事求是的学习态度。另外，学生在具备一定知识的基础上，将二维、三维软件的建模运用引进到“工程力学”的教学中，软件应用与理论知识相互融合的教学模式，有利于提升学生对绘图软件应用技巧的掌握，提高制图能力水平和专业水平。通过使用二维、三维软件对零件进行建模，对于物体具体的受力分析情况能够给学生带来直观的感受和视觉冲击，进一步培养学生的空间思维能力和理解能力，降低学生学习中所涉及知识点的难度，进一步提高学生学习“工程力学”的兴趣和动力。

2.2 模块化教学促进学科的融合渗透

“工程力学”课程内容主要包括两个模块，涵盖了“理论力学”和“材料力学”两门课程的内容，这两门课程又同时包含了力学基础知识和力学分析计算两部分。在力学基础知识模块中，包含了绘制分析受力图、已知力与未知力之间的关系，每个模块内容中包含有多个任务知识点，学生在完成任务知识点过程中学习相关的知识点。比如平面力系的平衡、空间力系的平衡、杆件变形的基本形式，能够将复杂的力分解成垂直方向的各分力，运用内力与外力之间的几何关系求出最大应力等，从而达成对“工程力学”课程中的相关知识点的理解和强化。在力学分析计算模块中，锻炼学生的计算能力，巩固学生的高等数学知识。在以项目为驱动的教学中，通过完成任务知识点，情景带入方式下，学生在学会读图、理解题目的同时联系实际物体模型，完成力的平衡、材料的强度和刚度方面的校验，进一步熟悉工程材料的选择等，实现了多门专业课程学科内容之间融合和贯通，将学生所学各门课程内容形成一个有机整体，不断增强学生解决“工程力学”问题的能力和水平，进一步增强和提高学生的工程意识和能力，实现汽车类专业学生人才培养方案的目标。

2.3 线上与线下教学互相融合

课程的建设必须结合汽车专业人才培养方案目标和内容。随着多媒体的发展，授课方式几乎也是多媒体或者多媒体与板书相结合的方式授课。学生通过在线学习课程能够掌握学习的知识点，利用雨课堂以及慕课等平台，对照教师所设定的学习要求和规定时间，完成相对应的知识任务点；监督学生的学习过程，即时检测学生的学习效果，包括即时的课堂检测以及课后的单元作业与单元测验；利用智慧课堂进行小组讨论以及翻转课堂。将“工程力学”的整体课堂分成四个部分，包括线上课堂、线下课堂、实验教学工程以及评价设计，结合线上教育的优势以及线下教育的长处，全方位探索“工程力学”特色化教育模式探索道路。首先，按照学习的进度设置线上作业相关任务点，对线上作业的上交情况进行跟踪和检测，分析并了解学习效果。其次，可以对“工程力学”进行阶段性的课后模拟测试，测试题目有填空题、选择题、判断题、受力分析题和计算题等题型，通常以主观计算题目为主，以客观选择题、判断题目为辅，全面检验学生的学习效果。通过全过程考核方式，既有利于调动学生学习的积极性，也可以锻炼学生团队的协作能力，进而提高教学的质量，培养学生良好的学习习惯以及协作精神，提高教与学的效果。在学习“工程力学”这门课程中，通过提升学生对力学原理的理解和推理能力，在力学实验中培养创新能力，充分发挥个人主动性和积极性，实现新工科要求的高校人才培养质量需求。

2.4 多种教学评价相结合

课程教学成果水平的评价应该是全面而科学的，既要重结果，又要重过程。教学评价的指标应该是全面而客观的，传统的期末考试重在基础知识的考查，忽略了解决实际问题的能力，因此注重学生基础知识和解决问题的能力的考查是期末考试改革的重点之一，如可以采取过程作业、小论文相结合的考查方式。全面的教学评价系统应该是多角度、多维度的，应包括教师评价、组内互相评价、学生个人自评等多个评价指标，准确而又客观地反映学生的学习过程和实时效果。教师可以根据学生在某个重点、难点处的学习状况给出相应的指导意见。“工程力学”是一门包含了一定实验性的课程，为避免学生只交实验报告，不注重实验原理和操作过程，因此实验成绩不能只重视结果，而应是实验报告成绩和实验操作成绩的综合成绩，实验报告成绩占总成绩40%，而实验操作成绩占60%。这样可以激发学生的操作热情，培养学生的动手能力。加强学生的纵向学习成果和质量，要注重学生个体的差异性，通过全面而科学的教学评价体系，可以最大限度地促进学生学习的积极性，也可以使教师更直观地了解课程的教学效果，坚持贯彻多维度的教学方法改革，实现教学质量的提高。

结语

在汽车专业“三二分段”教学中，“工程力学”课程教学改革经过数个学期的探索、构建、更改，多维度教学的改革渐渐趋于完善，课堂教学质量和教学效果提升明显。基于对各种调查的分析，包括学生访谈、问卷调查、特定问题调查等方式，学生对“工程力学”课程教学改革普遍表示满意，学生的学习主动性和创造性明显提升，对于课程的多元化综合考核成绩系统评价颇高，最大限度地保护了学生的学习积极性。“工程力学”多元化教学方式改革任重而道远，“工程力学”课程教学的改革必须要结合课程的特点和实际需求进行不断的探索，与时俱进，最终培养出创新型、实践型的高素质综合型人才。

参考文献：

［1］黄成，王晓军，孙晓锋，等.基于OBE理念的机械专业工程力学课程教学改革探索和实践［J］.造纸装备及材料，2023，52（01）：227229.

［2］刘洋，高蕉，张微.工程力学教学中培养学生创新能力的策略探究［J］.试题与研究，2022（20）：123125.

［3］王自平.“工程力学”课程混合式教学模式设计与实践［J］.工业和信息化教育，2023（02）：3639.

［4］周赵凤，张旭方，黄英省，等.基于能力培养的“材料力学实验”改革与创新实践［J］.装备制造技术，2023（03）：186188+221.

［5］刘泽锋，李风娟，梁丹丹，等.基于智慧树平台的混合式教学模式实践——以新疆理工学院工程力学课程为例［J］.教育信息化论坛，2023（05）：1517.

基金项目：广东省高职教育教学改革研究与实践项目：“三二分段”协同育人中《工程力学》教学改革探索和研究

作者简介：黄锡峰（1982— ），男，浙江宁波人，研究生，講师，研究方向：机械设计、材料加工。