基于中法合作办学《梁的线性理论》课程建设与改革

杨旭东

（中国民航大学中欧航空工程师学院，天津 300300）

摘 要：通过与法国工程师院校多年合作办学，在学习理解法国工程教育模式的基础上，文章以《梁的线性理论》课程为例，从教学目标、教学内容、教学方法、双语化教学、实验教学和评价体系几方面总结课程建设与改革的一些措施。课程建设成果有助于促进教学质量和效果的提高，激发学生学习热情，提升学生飞机结构的力学理论基础和工程应用能力。

关键词：法国工程教育；课程建设；力学理论

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）15-0117-03

Abstract： Based on the experience of co-schooling with French engineering colleges and the study of the French engineering education model， taking the theory of "Linear Theory of Beam" as an example， from the perspectives of the teaching objectives， teaching content， teaching methods， bilingual teaching， experimental teaching and evaluation system， this paper works out effective measures for curriculum construction and reforms. Those curriculum achievements contribute to raising teaching quality and results， stimulating students' enthusiasm for learning， improving students' knowledge on force theory of aircraft structure， and their ability for engineering application.

Keywords： french engineering education； course construction； mechanic theory

法国的工程师学院是以培养文凭工程师为目标的“大学校”，意即“大学中的大学”。这些学校位于法国高等教育象牙塔的顶端，始终保持着“少而精”的传统，被称为“工程师的摇篮”[1，2]。中欧航空工程师学院（简称中欧学院）是是国家教育部倡议创建、经教育部批准，我国航空业首次引进法国工程教育模式，由中国民航大学与法国航空航天大学校集团于2007年合作创办的航空类精英工程师学院。在中欧学院同法方的教学团队合作办学授课的过程中，本人系统学习了法国航空工程师的教学理念和方法，并在欧洲航空航天领域著名的高等学府法国航空航空大学（ISAE）交流学习半年，进一步加深了對法国工程师教育的理解。

《梁的线性理论》是我院开设的本科生必修主干课程，教材内容主要对应国内课程《材料力学》，但是内容并不完全一致。《梁的线性理论》课程内容是研究杆、梁、以及薄壁结构在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。该门课程是我院飞机结构与材料方向的基础课程，是学生后期学习飞机结构优化设计与维修的重要知识基础。在与法方合作教学的前期，该门课程由法国航空航天大学（ISAE）的Serge CREZE教授主讲，本人负责助教工作；随后我作为课程负责人承担课程的主讲工作，Serge CREZR教授转为负责教学质量和效果的监督。Serge CREZE教授为法国航天领域的资深教授，从事《梁的线性理论》课程授课30余年。同Serge CREZE教授共同合作授课多年，本人很荣幸得到了他的手把手指导，包括板书、PPT制作、授课进度控制、重点难点的生动讲授等诸多细节，收获颇丰。在这期间，也对课程存在的问题以及下一步的建设重点，逐步形成了自己的看法，以下为个人的一些认识和改进措施。

一、课程建设中存在的问题

（一）中法教学方式方法的差异

法国的工程师学院开设的课程灵活多样，大纲和教学方法都是学校自己制定，教学课程的教学内容都是根据目前企业的需求不断调整，并且针对航空工业的发展不断更新。此外，授课明确区分理论与习题课，推荐采用小班（30人以内）教学，强调课堂与学生的互动，这些“精英式”教育模式都与国内教学方式有很大不同。因此，消化、吸收和掌握法国工程师教学的精髓，学习国际和国内的先进的工程教育理念方法，是课程建设面临的首要问题。

（二）中法教学内容的差异

目前，在我国对于《梁的线性理论》教材大多采用高等教育出版社出版，刘鸿文、孙训方等知名教授编撰的《材料力学》教材[3，4]。这些经典教材内容丰富、理论系统，在国内影响力大。而法国的力学课程体系具有自己独特的一面，在力学概念的提出，符号和公式的表达，解释问题的思路上，中法教学内容均有所区别。此外，法方提供的教材和课堂授课均采用法语，对其内容的准确理解与把握也很重要。因此，如何在准确掌握法国教材和理念的同时，学习国内的优秀教材，整合吸收中法教学资源，优化教学内容，使学生能够顺利与后续法方模式下的工程师课程衔接，并且满足工程技术人才走向未来工作岗位的需要，这是课程建设面临的另一个难题。

二、课程建设的改进方案

（一）教学目标的明确

课程的教学目标为：基于法国的教学教材和授课模式，结合我国的优秀教材，建设面向“卓越工程师”培养的《梁的线性理论》课程，优化教学内容，改进教学方法，加强实验教学，完善评价体系，并积极推进课程的双语化建设。课程的教学旨在使学生能够熟练地解决力学方向的问题，培养独立分析思考、团队协作的能力。

（二）教学内容的优化

基于法国合作院校的教材以及经典的中文教材，在与法方外教以及教研室内部充分讨论的基础上，对教学的内容进行进一步的补充与优化，增加与民航工程应用背景紧密结合的力学实例，使教学内容饱满充实（如图1所示）。具体内容如下：

1. 强化弹性力学基础：在课程第一章回顾并强化弹性力学知识，这样使学生能够站在弹性力学的高度，重新审视材料力学中梁的拉、压、剪、扭、弯的应力与变形问题，对力学问题的认识将更为深刻。

2. 以自然坐标系为框架统一定义内力与应力符号：面向民航专业背景，授课过程中分析的飞机部件如机身蒙皮、机翼前缘等均为曲面结构，而目前教材中常用的直角坐标系在飞机结构力学分析时具有局限性。因此，基于自然坐标系定义内力和应力符号，具有明显的优越性，同时也避免了不同教材之间符号混乱的问题。

3. 贯穿以应力、应变分析为主线的教学体系：该思路目前在法方教材一直有体现，但是还不够突出，将在每章开始以应力和应变的关系推导出轴力、剪力、弯矩、扭矩的各个章节内容，并且将应力-应变关系以矩阵形式呈现，目的是易于同计算机应用编程对接，为学院后续课程《有限元方法》做好知识铺垫，同时符合课程的国际化发展趋势。

4. 贴近民航背景：《梁的线性理论》教材作为工科的基础主干课程，在国内高校一般需要同时面向机械、材料、土木、建筑等多个专业授课，因此教材中考虑更多是工程结构件的一般形式，然而并未着重考虑民航院校学生未来主要面对的飞机结构的特殊性。例如，针对民航客机中存在的大量薄壁结构，如何进行薄壁件截面的剪力和扭转分析？我们增加飞机结构密切相关的生动实例，激发学生结构力学分析的兴趣，培养学生解决实际工程问题的能力。

（三）推动双语化课程建设

随着全球经济一体化、教育国际化的迅猛发展和素质教育的深入实施，双语教学越来越受到社会的关注。教育部《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》中，“双语教学”被列为主要观测点之一，可见双语教学水平已经成为衡量高等学校办学水平的一项重要指标。另一方面，英语作为民航领域的标准用语，学生在未来工作中的日常沟通、维修手册的使用和技术资料的学习都需要具备一定的专业英语基础，特别是近些年我国民航业的快速发展迫切的需求大量能够精通外语同时兼具良好航空专业素质的人才，这就对我校学生的双语教学培养提出了较高的要求。目前基于法方外教的授课大纲与内容，以及参考国际经典英文教材[5]，该门课程采用的PPT课件、习题教学和结课考试均为英文，并且也已编写了课程的全英文讲义，在授课过程中尝试采用中文结合少量英文口语授课的形式，初步积累了中英文双语授课经验。因此，针对课程准备进一步推动双语化教学实践，拟采取的措施如下：

1. 成立双语教学研究小组：为确保双语教学的顺利开展，成立《梁的线性理论》课程双语教学方案研究小组，团队成员来自全校范围内飞机结构与材料方向的优秀教师。双语教学小组着重进行双语教学的改革研究，便于及时有效的解决双语教学实施过程中遇到的实际问题。

2. 定期召开双语教学研讨会：为确保双语教学小组沟通的及时性和有效性，将每月定期召开双语教学研讨会，主要讨论内容包括：课程双语教学内容的改革与优化，考察双语教学的实施进展，制定双语教学效果考核方式，对教师授课方式方法提出建设性意见。

（四）教学方法改革

在学习和借鉴法方工程师教学培养的基础上，结合中欧学院学生的特点，主要从以下几个方面开展工作：

1. 案例教学：目前国内力学课程授课一般是将基本概念和练习题在一堂课同时穿插讲授，这样做的优点是课程内容紧凑、丰富，缺点是课堂完全由教师引导，学生缺乏自主思考和理解的机会与时间。本课程在教学过程中明确区分理论课和习题课，理论课集中讲授定义、概念和公式，而在习题课围绕1～3个贴合民航背景的力学案例，引导学生利用理论知识进行案例的自主分析解答。该教学模式的优点是：以案例为驱动模块化教学，授课层次和内容清晰，容易调动学生学习的积极性，使学生快速搭建基本理论框架，教师也能在课堂及时掌握学生的理解程度。

2. 小组合作：在全部理论和习题课程授课结束后，提供给学生一些复杂的飞机结构部件受力问题，让学生以2～3人的小组为单位，运用课堂学到的知识，自己思考、自己组织、互相合作解决民航工程背景下遇到的实际问题，最终上交英文的研究分析报告，在报告中需要注明每人在小组中的分工和作用。通过这一过程，将极大增强学生对知识的实际运用和团队合作能力。

（五）课程实验教学的加强

工程师培养体系的基本理念是教会学生如何学习，使学生的创新能力、独立分析和解决问题能力在实践工程训练中得以提高。特别是针对《梁的线性理论》课程的高水平的基础理论教育应该与具体的实践经验结合，而这种经验又有赖于学生在学习阶段的各种实践活动。因此，应该使专业理论知识和实际操纵技能在内容和培养中保持协调一致。目前，已开设了与课程配套的“材料扭转实验”，实验中采用了铸铁、低碳钢和铝合金三种板材，通过理论讲解、实验演示与学生动手操作，形象生动的向学生解释了等轴圆柱截面剪力分布这一抽象问题，取得了良好的教学反馈。此外，进一步开展“飞机结构应变与强度实验”，对于飞机典型简化结构件进行加载，让学生亲自动手操作仪器，测试和记录结构不同位置的应力-应变关系，并同理论计算结果进行对比。这些实验课程的陆续开发，有利于加深学生对于相关理论知识的理解。

（六）评价体系的完善

由于课程授课材料均为英文，存在大量专业英语词汇，同时授课对象学生的英语水平参差不齐，难免会存在部分学生由于语言的障碍不能完全领会和理解课程精要，学习吃力，出现成绩掉队的情况。因此，进程性考察学生对知识理解程度，可以更加合理的控制授课进度。此外，及时考核学生所学知识的运用程度也是课程建设效果的重要反馈。在实际操作过程中，避免了对学生采用传统的单一试卷考核，而采用课堂考察、分阶段考试、团队考察、结课考试等多种考核方式，综合评定学生的成绩。通过在课堂习题授课时的过程性评价，能够及时获得学生学习过程中的需要，激发学生学习积极性和主动性，巩固教学效果。此外，让学生以2～3人的小组为单位，运用课堂学到的知识，互相合作解决民航工程背景下遇到的实际问题，最终上交英文的研究分析报告，在报告中需要注明每人在小组中的分工和作用。通过这一过程，将极大增强学生对知识的实际运用和团队合作能力。在结课闭卷考试中，采用全部为综合应用题的形式，循循诱导学生解决实际工程结构件问题，这避免了选择、判断等题型学生存在侥幸得分的情况，能够更真实的反应学生的实际水平。未来将进一步引入问卷调查的形式，让学生评价教师的教学效果，提出存在问题及改进建议，这些调查结果将有利于课程的持续改进。

四、结束语

通过上述针对《梁的线性理论》课程建设的改进措施，有助于促进教学质量和效果的提高，激发学生学习热情，提升学生飞机结构的力学理论基础和工程应用能力，目前已经取得初步成效。此外，在教学实践过程中，本人将根据课程的授课效果和反馈，不断的对教学方式和方法进行持续改进，目标将《梁的线性理论》建设成为精品課程，也能够为我国中外合作办学下力学课程的建设和改革提供一些经验和借鉴。

参考文献：

[1]陈家庆，韩占生，郭亨平.法国的高等工程教育及其发展趋势[J].高等工程教育研究，2008（4）：27-32.

[2]黄春香.法国近代高等工程教育发展研究[J].教育研究，2007（3）：37-39.

[3]刘鸿文.材料力学（I和II，第五版）[M].北京：高等教育出版社， 2011.

[4]孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学（I和II，第五版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]Ferdinand P B， Johnston E R， Dewolf J T， et al. Mechanics of Materials（Sixth Edition）[M].New York - United States： McGraw-Hill，2012.