教学与科研结合的力学课程的设计探索

余志红

【摘 要】为适应科研促教学的目标，笔者结合中国劳动关系学院安全工程系的专业特点及学生的实际情况，提出了教学与科研结合的力学实践课程的设计探索。利用工程力学实验室的设备，引导学生积极开展自主创新实验;与生活密切联系，加强专业知识含量的课外活动的开展;积极倡导学生参与教师科研项目，加强科研能力的培养等实践探索。实践证明，效果不错但仍需要在实践中不断探索，总结出符合专业特点和学生具体情况的一套教学体系，真正做到教学相长。

【关键词】力学实践课;教学改革;教学+科研;设计探索

中图分类号： TG659-4文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）06-0171-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.065

【Abstract】In order to achieve the goal of promoting teaching by scientific research，the author proposes a new basic mechanics teaching mode based on the combination of teaching and scientific research according to the special characteristics of the Department of Safety Engineering and the reality of the students.Specific measures include：（1） Using the equipment of engineering mechanics laboratory to guide students to actively carry out independent and innovative experiments.（2）Liaison with cooperative enterprises，strengthen the development of horizontal research project， lead students to visit front-line and study，carry out on-site teaching， support enterprises to carry out，inor technological transformation;（3）actively advocate students to participate in teachers'scientific research projects，act as research assistants， encourage teachers to establish small scientific research teams， and lead students to apply for new scientific research project. Practice has proved to be effective in some sense， but it still needs to be further explored through practice， summed up the basic mechanics teaching methods which suit the professional characteristics and the specific situation of students， and truly benifit both teaching and learning.

【Key words】Mechanics practice course;Teaching reform;Teaching + scientific;Research design

著名科學家钱伟长曾指出，“教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育”。高校教师除了认真教授课本知识之外，还应该关注前沿的学术成果，充实到自己的课堂，为学生架起课本理论知识与最新研究应用之间的桥梁。为实现这一目标，许多的高校从教学质量的评估、培养方案的修订、教师考核标准等方面作出了很多的研究与实践。工程力学课程的教改研究一直都是各个高校研究的热点。一部分研究是将计算机软件仿真技术引入课堂。例如有文献将CAE技术引入力学课堂教学，引入数值仿真软件作为辅助教学手段，能对教材的理论知识加以验证和引深[1]。有文献开展基于SPOC混合教学模式的设计[2]。有文献对工程力学实践教学改革做了研究，在实践教学管理、教学内容、质量评定等方面提出了具体措施[3]。工程力学的实验模型、分析方法及计算理论都是来源于工程实际，有很大的优势开展创新和探索能力的培养。但现行的力学实践课程多半是辅助理论课，验证经典理论，增加感性认识。开展工程力学教学与科研相结合的力学实践课程少之又少。课题组尝试以教授的工程力学实践课为例，探索教学与科研结合的力学实践课程的设计。

1 当前基础力学教学模式的现状分析

《工程力学》是高校工科专业的一门专业基础课。有较强的理论性，但又与工程实际和现代生活有着紧密的联系。这门课程的重要任务之一是让学生在学习力学知识的同时接受工程和科研意识的启蒙和培养[4]目前现状及不足如下：

（1）课程涉及各种变形的强度和刚度公式的推导计算，应力状态的分布及复杂应力状态的强度问题，逻辑性比较强而且抽象。对没有经过任何专业训练的大二学生来说是个挑战，如何激发学生的兴趣，使所传授的力学知识更容易掌握和理解，离我们的学习生活更接近，是教师们面临的难题。

（2）为解决学生的动手能力和创新能力，学院和系部鼓励教师开展实践教学。中国劳动关系学院工程力学实验室建立于2009年，有液压万能试验机、扭转试验机、纯弯梁实验装置以及冲击试验台，为我系学生完成工程力学实验贡献了力量。但目前实验室主要服务于学生的课程验证性实验，创新性实验很少。

（3）学时压缩严重。在全国高校学分减少的氛围下，我校工程力学课时也大大减少。其中实践学时更是严重不足，没有专职的实践教学教师，基础课程实验内容的设置问题等等都造成了实践环节的弱化。

2 教改措施

针对当前工程力学课程教学过程中的不足，笔者在教学过程中不断摸索，对工程力学的教学进行了一系列改革，提出了一种以“教学与科研相结合”为导向的创新型教学模式。

2.1 利用工程力学实验室的设备，引导学生积极开展自主性、创新型实验

通过调研完成实验室设备的采购和更新，设计实践课的内容体系，增加综合性实验和创新性实验的设置。在讲授梁的弯曲变形时，之前我们配置的实验仅仅是一个纯弯梁的正应力电测法的验证，知识点有静态电阻应变仪测试系统的工作原理;电测应力分布的实验方案等。

在实验进行过程中完全照着实验指导书，不需要思考细节问题，实验本身也只是理论教学的一点皮毛。在力学实践课的改革探索过程中，我尝试做了如下改进：

（1）开展变支撑梁力学行为实验，增加了悬臂静定梁和固定端铰支梁的变形分析;

（2）静定结构和超静定结构的力学特性变化分析。

内容较之前实验难度有所增加，题材新颖，但工程背景清晰，力学模型也简单。学生完成起来并不是特别费劲，但因增加了思考和设计的环节，不再是照着实验大纲一步一步走，还是能明显感觉到学生的这个兴奋和完成后的成就感。

2.2 与生活密切联系，加强专业知识含量的课外活动的开展

这也是我们课题组积极推动的一项工作。真正让学生动起来，让他们能把学到的理论知识应用到实践中来。重视力学教育过程中的实践教学，可以培养学生的动手能力和创新性思维，进而使学生在学习过程中勇于探索。我们先后与河北涿州三家企业签订了参观实习基地，在系部开展各种渗透专业知识的课外活动。例如一年一度的“安全在我心中”知识竞赛;纸质桥梁模型设计的科技创新活动等等。在课堂上给大家布置了桥梁模型要求及材料要求，并带着学生对模型结构进行了力学性能分析和结构力学分析。

任务布置以后，学生小组上交不仅上交了作品还撰写了实验分析过程和承压实验分析，学生的创造力非常棒。他们在结构分析的基础上还进行了设计方案分析。

学生还进行了加载实验，记录了逐级加载过程及各杆件破坏情况及桥梁变形挠度，进行了破坏形式分析。

学生反映通过此次活动不仅对课本的理论知识有了新的认识，而且锻炼了他们的创新思维，提高了动手动脑能力和解决问题的能力，更懂得了团队合作的重要性。

2.3 鼓励学生申报科研项目，积极倡导学生参与教师科研项目

在教研教改和科研实践中，课题组充分考虑与专业方向的融合性，考虑学生在大三和大四年级可能要参与的学生科研活动和本科毕业设计，让课程具有延续性。在低年级的力学课程上，我有意识地给大家介绍了实验室的设备及可开展的试验项目及当前相关研究进展。让部分学生能够从低年级的学生科研到高年级的的毕业设计具有连贯性，即从调研论证、设计仿真到实施调试。所以在力学课程的设计中选择相应的适合的素材，而不是将工程试验或者专业的实验简单的搬到基础课的实验室中。通过毕业论文，学生相当于经历了阅读中外文献、选题、创新、实验、计算、结果分析整理等从事一个课题研究的全过程，其动手能力和创新精神有明显的提高。

3 效果评价

通过连续两届学生的课程设计及实践尝试，还是很有效果的。首先在实验课的过程中，学生有了挑战自己的机会，也感受到了设计完成项目的喜悦，这对后期的开展真正的科研工作还是有影响力的。其次，在大三的学生科研活动中也有5位同学选择在我们原来创新实验的基础上继续前行的。在毕业设计过程中也有3位同学选择工程力学与安全工程结合的选题。在之前的若干届学生中是很少见的，工程力学仅仅是他们四年大学學习中的一门专业基础课，学分拿到即可。

4 结语

尽管在我系力学实践课程的探索实践中取得了一定的成绩，但在培养高素质、创新性人才过程中，还需系部各个层面的努力。就我们课题组而言，我们要不断地向其他院校学习，坚持“知识-能力”，“教学-科研”和“基础-专业”三个层面的改进和创新。

【参考文献】

[1]李丽君，许英姿.CAE软件在力学教学与实践中的应用[J].《实验技术与管理》.2010（10）：23-26.

[2]丛蕊，唐友福，陈淑艳，蕾娜，王晶.基于SPOC混合教学模式的“工程力学”教学改革研究.价值工程。2016（28）：177-178.

[3]徐飞鸿，陈浩军，喻小明，李君.构建材料力学系列“三性”实验，培养学生创新意识和综合实践能力[J].实验技术与管理，2007，（10）：197-200.

[4]谢芝馨，钱飒飒.工程力学教学实施创新教育的研究.高等建筑教育，2013（12）1：38-40.