以工程力学课程为平台培养应用型人才的科学思维能力

彭雅轩　王建国

摘要：工程力学作为多个工科专业的重要专业基础课，对学生能力培养及后续专业课的学习具有深远影响。以东北电力大学开设的工程力学课程为背景，开展了教学改革与实践，针对学生科学思维能力的培养问题，提出了优化工程力学课程教学内容、教学方法的实施方案并取得了很好的效果，为提高应用型人才培养质量提供了有益的经验。

关键词：应用型；工程力学；思维能力；教学方式

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0133-02

一、引言

2014年6月，国务院提出要推动一批本科高校转型发展，建立中国高校的分类体系，更多地培养应用型人才和技术技能型人才，其根本目的是使高等教育培养的人更加符合经济社会对人才的需求。然而在实践过程中，高校除了面临着更新教学理念、提高教师能力、增加教育投入、加强学风考风建设等诸多课题之外，课程建设同样面临着配套改革的艰巨任务。工程力学课程作为给排水、工程管理、热能动力、建筑环境、机械等相关专业的重要专业基础课，其课程体系、教学内容与教学方法能否适应“应用型”人才培养要求，对于后续专业课的开展及学生科学思维能力的前期培养具有深远影响。目前工程力学课程仍沿用传统的教学模式，教学效果难以令人满意。本文以东北电力大学开设的工程力学课程为背景，以培养学生思维能力为主题进行了专题探讨，并在实践中进行了验证，取得了较好的应用效果，为探索工程力学课程在应用型人才培养过程中改革途径，提高教学质量提供了有益的经验。

二、高等学校转型发展，推动了工程力学课程改革

工程力学课程是一门与工程实际联系紧密且体系完整的经典课程，属于一门实践应用型的工科学科，具有较强的理论性、逻辑性和系统性。课程由理论力学和材料力学组成，理论力学以物体的受力分析、力系的简化和物体的平衡分析为主，要求学生掌握汇交力系、力偶系和任意力系的平衡分析及带有摩擦力的物体的平衡分析方法；材料力学以杆件的变形破坏分析为主，要求学生掌握杆件的内力、应力和变形的分析研究方法，能对杆件进行合理的强度、刚度和稳定性设计。从知识的角度看，该课程的理论性强、教学推导多，因而授课过程很容易陷入“填鸭”模式，学生只能疲于应付。在高等学校转型发展的要求下，为充分发挥工程力学的基础先导作用，必须首先培养好学生的科学思维能力，这也是培养学生学习能力、应用能力的先决条件。转型发展的核心就是要培养“应用型人才”，培养学生工程能力和工程创新能力，提高学生社会职业素养和就业竞争力。工程力学课程改革就是要构建“应用型人才”培养需要的新型体系，对教育理念、教学内容、教学方法等方面诸多方面进行系统优化。

三、课程改革的具体内容及措施

1.统筹设计，从教学内容及方法上注重培养学生科学思维能力。科学思维能力包括理性思维能力、辩证思维能力、系统思维能力、逻辑思维能力和创新思维能力。培养科学思维能力就是指通过训练，使学生掌握科学思维的灵活性、敏感性、逻辑性、周密性和条理性。为此，在教学中我们着重从课程内容和教学方法入手，有意识地引导学生在学习知识的同时注重思维能力的训练和提高。①利用力学问题的解题特点，培养学生思维的灵活性和敏感性。力学问题多数具有一题多解的特点，教学过程中在静力学中处理物体系的平衡问题中，通过先取整体然后取部分为研究对象进行求解，再变成分别以物体系的组成部分为研究对象进行求解；在材料力学中，已知力求位移先通过卡氏第二定理求解，再用单位荷载法求解，自然可以使解决问题过程妙趣横生，而相同题型采用不同的求解方法，不但能培养学生思维的灵活性，还能使学到的知识及方法融会贯通。久而久之，自然形成了遇到问题勤于思考、善于思考的良好思维习惯，思维灵活了，对问题实质的敏感性提高了，解决问题的方法也就更多了。由此可见，通过自己的探索，找出最佳方案，对于提高学生学习兴趣和自信心的培养都至关重要。②通过梳理概念与定理之间的关系，培养学生思维的逻辑性。教学过程中，始终贯穿对各概念与定理之间关系的内在逻辑描述，从力的概念推广到力系的平衡条件；从工作应力、极限应力、许用应力推广到强度条件；从变形推广到刚度条件。教学中每个概念的提出，每个定理的推导及应用，都通过教师的引导展现出环环紧扣、层层递进的严密逻辑。让学生通过学习和联系，建立起思维的严密逻辑。整个课程下来，学生既学到了知识，又对课程的体系有了深刻的了解。同时，学生通过对重要定理推导和相关联系题的训练，构成了逻辑严谨的认知体系，逻辑思维能力也会有较大的提高。③利用问题求解过程，培养学生思维的周密性和条理性。教学中注重总结工程力学的解题思路及过程，再把分析问题的过程加以强化，带领学生进行周密思考，并把结果让学生进行准确表达。锻炼学生表达能力的同时就客观锻炼了学生的思维条理性。比如在静力学中，为解决复杂力系的平衡问题，首先将复杂力系简化，然后得到平衡方程，再利用平衡方程求解；在材料力学中，为研究构件在组合变形中某一横截面处的最大应力，先将引起构件发生每一种单一变形时在该截面处的应力求出来，然后再将这些应力叠加即为所求的构件在组合变形中在该横截面处的应力，同时可以从中找到最大应力值。在这些内容教学时注意强调分析过程和解决办法。一旦学生理解了解决问题的思路，就能触类旁通，并灵活应用。通过对受力分析时受力图的绘制；各种变形中构件内力图和截面应力分布图的绘制；计算求解时，各种方程式的列写，都可以较好地培养学生的学术表达能力。④利用知识之间的内在联系，启发学生的创新思维。创新能力的培养是当代教育的核心内容，而创新思维的培养是创新能力培养的前提条件。利用工程力学课程培养创新思维，就要求在教学内容及教学方式上首先进行创新。提炼课程内容里的创新要素，以此启发学生的创新思维不失为最有效的方法。

2.优化教学内容，增强思维能力训练。工程力学课程是东北电力大学热能动力工程、建筑环境等多个专业开设的课程，学时安排略有差异。根据培养方案确定的学时安排，在教学大纲的制定上把增强学生科学思维能力的训练作为贯穿始终的一条主线。理论学时中，以知识带动思维训练；实践环节中，以工程问题为驱动进行科学思维能力的训练，通过开设讨论课和综合课，培养学生全局观念和解决问题能力。实践中，引入了楼宇、电厂厂房、桁架结构、支撑物体的三角支架设计等工程实例，引导学生的思维创新。突出应用型的人才特色，根据工程需求整合教学内容及结构。将原来课程中单一的知识体系分解成思维培训体系和知识结构体系两部分，教材顺序进行适当调整，如将轴向拉压变形、扭转变形及弯曲变形的超静定问题归纳到一起讲解，优化了课程结构。在缩减课时的同时突出了思维能力培养。结合本校实际，抓住应用型这个特点，进一步精选传统内容，强调技术应用性知识。根据最新科技发展对工程力学课程的要求及“应用型人才”培养需要，及时充实新的教学内容。

3.借助科技竞赛，拓展思维能力训练。学校围绕“思维能力”与“创新思维”，组织学生积极参加大学生创新活动计划项目及国家或省市技能竞赛，接受创新思维和工程能力的训练，使学生把课堂上学到的方法应用于实际竞赛之中，在紧张的竞赛中拓展思维训练的成果，锻炼分析问题和解决问题的能力。与工程力学课程直接相关的竞赛（如结构设计竞赛、机械设计竞赛、大学生力学竞赛等各种大学生科技竞赛）可以作为拓展思维能力训练的重要实践平台。以2013年吉林省高校联合举办的结构设计竞赛中，学生根据所学的力学知识，查阅桁架结构的设计资料，从结构构件的受力特点出发，对构件的结构形式、截面选择及节点的受力分析做了大量创造性工作，设计出了多种高跷方案，并取得了良好的竞赛成绩，让所学知识能够学以致用，通过实战培养了学生的工程创新思维。目前学生正在积极准备参加2014年东北电力大学即将举办的赛题为《三重檐攒尖顶仿古楼阁模型制作与测试》的结构设计竞赛（全国大学生结构设计竞赛），竞赛基于当前全球已进入巨震期这一工程背景，引入模拟地震作用作为模型的测试条件，需要学生考虑的受力因素较之以往的大学生结构设计竞赛更为复杂。借助科技竞赛来拓展学生科学思维的训练具有很好的效果。

工程力学课程改革方案，经过近两年的实践，在更新教育观念，优化教学内容，改进教学方法、探索新的教学手段方面进行了广泛探索，进行了大胆改革和实践。结果表明，通过科学规划及设计，工程力学课程通过课堂内以知识带动思维训练、实践环节中以问题为驱动思维训练、竞赛上以创新拓展思维训练，循序渐进，知识与能力并举，既锻炼了教师的整合课程资源能力，又使学生喜闻乐见，在学习中增长了才干，提高了能力，为提高应用型人才培养质量创造了良好的条件。

参考文献：

[1]国务院.国务院关于加快发展现代职业教育的决定.国发〔2014〕19号[Z].2014.6.

[2]宋佼佼.基于应用型人才培养的工程力学课程创新教学[J].湖北科技学院学报，2014，（3）.endprint