基于工程能力提升的力学课程教学研究

李昌良 张亚

摘 要 工程教育专业认证是高等教育国际化的必然趋势，它的核心理念是以学生为中心，注重对学生工程能力的培养。目前的“船舶结构力学”主要讲述船舶构件内力计算的基本理论，和工程实际结合较少，培养的学生没有形成独特的力学思维。本文力图从教学方法改革入手，探讨如何提升学生的工程能力，培养卓越的结构工程师。

关键词 船舶结构力学 教学改革 工程能力 力学思维 结构工程师

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.05.046

Abstract Engineering education professional certification is an inevitable trend of internationalization of higher education. Its core concept is student-centered and focuses on cultivating students' engineering capabilities. The current "ship structural mechanics" mainly describes the basic theory of ship component internal force calculation， and has less integration with engineering practice. The cultivated students will only perform simple structural calculations without a unique mechanical thinking. This article attempts to start with the reform of teaching methods， explore how to improve students' engineering capabilities， and train true structural engineers.

Keywords ship structural mechanics； teaching reform； engineering ability； mechanical thinking； structural engineer

“船舶结构力学”是船舶与海洋工程专业的一门专业基础课，在船舶与海洋工程人才培养体系中起着承前启后的作用，在材料力学-船体结构-船舶结构力学-船体强度与结构设计和海洋石油平台设计课程体系中有着极其重要的作用。因此，对该门课程的掌握程度直接影响着后续专业课程的学习质量。“船舶结构力学”主要讲述力学分析的基本方法，如力法、位移法、能量法、矩阵法、有限元法等。具有力学课程的基本特点：理论严密、系统完整、逻辑性强、抽象等特点。学生普遍反映该门课程难学，即使有些学生考了高分，实际上也很快就忘记了所学知识，为分而学，这对学生能力的提高是非常不利的。

2010年，教育部提出“卓越工程师教育培养计划”，其目标之一就是强化培养学生的工程能力和创新能力。2016年成为《华盛顿协议》正式成员，中国开始推行与国际工程教育接轨的工程教育认证。2017年，国家又提出了新工科建设，开启中国高等工科教育做强、做优的新征程。根据这些要求，我校制定了新的船舶与海洋工程专业培养方案，其中“船舶结构力学”学时大为增长。本文结合我校的“海工类力学课程研究性教学改革”项目，以提升學生工程能力为目标，从以下几个方面对“船舶结构力学”的教学改革进行了探讨。

1 教学内容的革新

1.1 教材的选择

目前，全国船舶类专业普遍采用的经典教材，是由陈铁云和陈伯真教授主编，上海交通大学出版社出版的“船舶结构力学”。该书以力法、位移法、能量法、矩阵法、平面应力问题和板弯曲的有限元法为主要内容和主线，讲述了单跨梁、连续梁、刚架、板架、板的内力计算方法。后续出版的基本教材也都是遵循着这个思想，只不过有的重点写了解题步骤，有的引入了有限元计算的计算机内容。但是，“船舶结构力学”的目的是分析、认识船舶结构的力学特性，而力法、位移法等计算方法只是用来分析认识“结构特性”的手段，二者是有区别的。我们教给学生的不能仅是计算方法，而应该引导学生深入分析、认识和掌握船舶等海洋结构物的力学特性。因此，“船舶结构力学”的教材应从实际的船舶结构入手，分析它所受的载荷，如何将它简化为可接受的“计算模型”，最后介绍计算这种“计算模型”的方法，也就是前面所提的力法、位移法、能量法和有限元法等。目前的教材还无法很好的做到此点。只能是以经典的“船舶结构力学”为基础，教师精心组织授课内容。

1.2 数值计算内容的加强

随着计算机能力的提升，有限元计算在船舶结构中的应用也越来越广泛。那么在“船舶结构力学”的教学中也应该重点讲述这方面的内容。要讲清它的原理，并结合典型的船舶结构，举例说明其应用。可以介绍一些结构计算的通用程序，让学生在读程序的过程中加深对原理的掌握。还可以结合教师的科研项目，把当前结构计算的最新知识引入进来。

2 教学方法的改进

2.1 合理利用课堂教学手段

“船舶结构力学”的教学过程中，板书和多媒体的利用问题一直存在争论。多媒体教学在介绍工程背景时效果较好，但容易使学生感动疲劳，注意力不集中；传统板书在讲述原理和公式时优势明显，但完全用板书则不能跟上教学进度。所以根据课程内容对二者进行合理的分配是比较有效的。比如，可以用多媒体展示工程实例，而采用板书讲解计算方法，再用多媒体展示计算结果。这样可以提高课堂的教学效果。

另外，由于现在实习条件的限制，学生看到的都是平面图形。为了让学生更好地理解船舶结构的力学特性，在课堂教学中引入三维模型。比如：在讲解约束对结构受力的影响时，可以用实物模型来展示同样的构件在同样的载荷作用下，但约束不同时的变形。这些比讲述公式要真实的多，有助于学生理解。当然，学生也可以加入到模型制作当中来，既能加深学生对知识的掌握程度又能锻炼动手能力。

2.2 对分课堂等新型教学方法的应用

力学课程的教学方法要适应时代的发展，也不断改革实践。张学新教授提出的“对分课堂”新型教学模式的核心理念是把一半课堂时间分配给教师讲授，另一半课堂时间分配给学生以讨论的形式进行交互式学习。讲师的讲授是引导性、框架式的讲授，讲解学习目标、章节内容的逻辑结构，与其它内容的关联和关系，在整个课程中的地位等。在相对宏观的层面上，告诉学生“学什么、为何学、如何学”。而学生的讨论以隔堂讨论为主，这样可以让学生有吸收、内化的时间，条件不足時也可以当堂讨论。比如，教师的讲授以工程实例为切入点，讲述某船体构件的问题，求解问题的方法原理，让学生来讨论学习具体的解题方法、步骤。并探讨解决问题的其它办法，最后以作业的形式考查学生掌握的程度。

2.3 充分利用网络平台

课程学习资料，包括大纲、讲义、课件、思考题、参考资料、讲课视频等都已经上网。但是利用率不高，学生说没有那么多的时间和兴趣来看视频。确实，网上的讲课视频就是课堂的重现，对学生没有新鲜感，当然引不起兴趣。那么网络资源，除了基本资料以外，是不是可以做成一个与课堂不一样的网站呢？比如，把知识碎片化，录制视频时不以章节顺序录制，而是以知识点为主录制微视频。这样，学生可以根据自己的问题有选择性地学习。另外，设置小测验环节，学生在学习完后，可以在网上即时进行测试，来检验学习效果。

2.4 设置开放性实验环节

我们的“船舶结构力学”有四个学时的实验课，主要是梁、板架的弯曲实验和杆的稳定性实验。学生根据教师的指导，将实验数据与理论分析相对比，以巩固所学的理论知识。但只是这样，不能提高学生的工程能力和创新能力。应该是教师提出目标，鼓励学生自主设计实验内容，制定实验方案，并对实验结果进行分析。同时实验室应设置相应的管理措施，鼓励并监督开放性实验项目。

3 考核方式改革

以往的考核，都是采取闭卷笔试的方式，试卷评阅由相关任课教师流水评阅，以实现教考分离。但这种一卷定终身的考核方式实际上并不合理，有些学生平时学的不好，但可能期末碰到的题正好是熟悉的，就考了高分；而有的学生平时学得很好，原理掌握也很扎实，但就是期末考得不好。所以一次成绩不能说明学生的能力高低，应考虑增加课堂考核环节，即增加课程作业、随堂小考、小实验设计等，这部分成绩要占到总成绩的50%以上。期末采用浙工大提出的“一页开卷”考核方式，即允许学生将自己归纳的知识点手写在一张纸上带入考场，从而帮助学生不死记硬背公式，而把主要精力放在对课题的理解上。“一页开卷”的命题不再是考查学生掌握知识的情况，而应该转向考查学生的思考、应用能力。这与前面教学方式的改革也是一脉相承的。

4 结语

基于工程能力提升的目的，我校“船舶结构力学”课程在教学内容、教学方法和考核方式上进行了一些改革探索，取得了较好的效果。在探索的过程中，有两点值得注意：（1）注重原理的掌握，而不是具体的方法。（2）要与工程实际相结合，不能知识片面化。

“船舶结构力学”课程改革是一个不断改进的过程，但只要真正“以学生为中心”，那么“船舶结构力学”必将在船舶结构设计、建造领域创新人才的培育方面起到重要的作用。

参考文献

[1] 郭日修.关于《船舶结构力学》的思考.力学与实践，2011.33（2）：80-81.

[2] 郇筱林，戴素娟.多媒体在结构力学教学中的合理使用.力学与实践，2011.33（6）：91-92.

[3] 罗广恩.“船舶结构力学”教学改革探讨.中外企业家，2013.30：240-241.

[4] 冯亮，苑林.船舶结构力学课程教学改革探索与实践.考试周刊，2014.73：14-15.

[5] 祁皑，陈燊，陈贞钜.在《结构力学》课程中融入前沿知识的尝试.力学与实践，2005.27（4）：70-72.

[6] 吴梵，梅志远，吕岩松.《舰船结构力学》课程实验教学的改革与实践.船海工程，2012.41（6）：132-134.

[7] 张学新.对分课堂-中国教育的新智慧.北京：科学出版社，2016.