应用型本科院校工程力学课程教学改革探讨—以西安航空学院力学课程教学为例

孟 卓 刘 舟 闫 蕊

西安航空学院机械工程学院 陕西西安 710077

高等教育人才培养目标提出：应用型人才应具有宽广的知识面、掌握扎实的基础知识、较强的实践能力和创新能力，能将理论与实践恰当结合，辩证地、创造性地应用所掌握的知识指导并解决工程实际问题[1]。应用型本科院校应据此制订以“应用”为特征的课程教学内容体系，重视对学生应用技术的能力和管理能力的培养[2]。

我校为应用型本科院校，将工程力学课程作为工科学生必修的专业技术基础课，该课程是架设在基础课与专业课之间的重要桥梁。工程力学课的显著特点是“三强三多”即理论性、综合性、实用性强，定(公)理多、公式多、计算多。在目前理论课学时不断减少的形势下，要提高工程力学课的教学质量和效果，进行教学改革刻不容缓。立足本校专业特点(应用型工科)及生源特征(理论基础薄弱、学习习惯欠佳、学生有动手实践的兴趣等)，借鉴前人教学与改革经验，本校基础力学教学组从以下四个方面对工程力学课程进行了改革探索。

1 改革教学内容 调整教学顺序

1.1 整合教学内容 采用模块化教学

工程力学课程涵盖了理论力学和材料力学的主干内容，其内容丰富，逻辑推理严密，知识覆盖面广[3]；同时也存在着内容抽象、知识点多而散，部分例题、习题与工程实践切合度低等问题；初学者对该课程在其专业领域的重要性缺乏认识，导致其学习的积极性、主动性不足，在当前课时量削减、课堂信息量增多的背景下，教师很难在限定课时内高质量地完成全部的教学内容。鉴于此，本校工程力学教学组以实用、够用为原则，弱化公式推导，强化工程应用，根据专业需求，结合学生的知识储备水平，对工程力学的教学内容进行精简整合，选择与学生所学专业联系紧密的工程案例，有针对性地精讲多练，培养学生学习力学的兴趣、训练学生解决问题的能力；注重以工程背景、构件的工作环境为切入点对工程案例进行剖析，引导学生合理简化问题，建立工程问题的力学模型，培养学生分析问题、解决问题的能力。

通过组内研讨，将主要知识点进行模块化设计(如图1所示)，采用模块化教学，每个大模块细化为若干子模块，根据专业需求，对教学内容进行多模块灵活组合。将刚体静力学、变形体静力学以及基础性实验作为基本模块，每个基本模块中的子模块在具体授课内容上根据专业特点设置不同的工程案例；在专题讨论模块、实验与数值模拟模块中，根据学生掌握知识的能力差异，设置了深入学习子模块和专业特色子模块(例如一部分专业侧重于动载荷问题的讨论，另一部分专业需要掌握动力学或运动学相关知识等)，既能让一般学生掌握最基本的力学知识，又为参加学科竞赛、技能比赛及考研等学有余力的学生提供学习力学的接口。

图1 教学模块

1.2 调整教学顺序 贯穿学习主线

根据学生的认知特点与规律，调整教学顺序。打破传统教材按变形形式开展教学的模式，以问题为导向，以工程需求为切入点，学会对构件进行受力分析，总结其受力特点、变形特点，进行内力计算及应力与强度分析、变形与刚度分析等，缩短理论课的教学周期，避免学生学新忘旧；引导学生通过类比、对比的方法对所学知识进行归纳总结，为学生系统的、有规律的记忆和理解所学知识提供帮助，通过引导学生观察身边的实物，思考生活中的力学问题，分析身边的工程案例，举一反三，形成系统，增强对力学概念的理解与记忆。

抓住知识的共性及逻辑关系，帮助学生构建学习主线。如在变形体静力学部分要抓住“外力分析—内力分析—应力、应变分析(强度、刚度、稳定性分析)—能量分析”这条主线[3]，引导学生明确学习任务和目的。在教学中，注重各教学模块、各知识点间的联系与对比，帮助学生加深对知识的理解。通过算例，让学生体会不同的变形，求解其应力的计算公式虽不同，但都反映了应力与内力、截面几何性质之间的关系的实质，引导学生透过现象看本质，将各类强度条件及其工程应用联系起来。

2 改革教学模式 适时转换教与学的主体地位

传统的、以教师为中心的教学模式有利于教学的组织与管理、按时完成教学任务，也有利于系统地完成知识的传授。但这种教师一言堂的模式，学生参与度较低，课堂气氛沉闷，不利于应用型人才培养目标要求中对学生实践能力、创新能力的培养[4]。为了改变这种状态，许多教师前辈也做了大胆的尝试与改革，形成了以“学生为中心”的教学模式[5-8]，这种模式对培养学生独立思考、积极、主动分析问题、解决问题的能力有所帮助，然而也存在着学生对所获取的知识缺乏系统、全面认识，对知识要点的归纳与总结缺乏完整性等弊端，一定程度上也影响了教学的质量和进度，难以在大规模教学中推广。

鉴于以上两种改革模式存在的问题，教学组充分利用现代化工具，采用混合式教学，根据需求适时转换师生的主体地位，主要表现有以下几点。

一是基于SPOC的混合式教学。针对不同专业学生的学习情况，教师自制网络课程或借鉴网络优秀课程，形成适合本校学生的小型SPOC课程，在校园网发布，让学生在一定时间段内进行线上学习、测评及讨论，教师花较少的时间在实体课堂上对重、难点问题及共性问题讲解、讨论，这种模式将传统课堂教学和网络课程有机融合，使教师与学生的主体地位在教与学中合理转换，激发学生兴趣和学习热情，提高课堂参与度和学习主动性，同时也使得教学内容系统化、完整化，进而提高教学质量。

二是开展翻转课堂教学。结合学生专业特点，精选工程案例，精心制作课程视频，课前发给学生学习，让学生提前准备课堂讨论资料；精心设计课堂流程，在师生讨论与互动中激发学生学习兴趣，鼓励学生讲课，教师适时做必要的补充，使学生所学知识逻辑更清晰、更系统，也使学生的综合能力得到锻炼。

三是将手机作为课堂教学的有力补充。目前，智能手机及网络已成为大学生的标配，合理利用手机，建立课程讨论群、微信公众号等平台，及时推送课程内容，并进行有效监督，使手机成为学生学习的有力帮手，有效地将课堂教学延伸，为学有余力的学生提供深入学习的机会。

与时俱进，充分利用现代化手段，进行混合式教学，使教师和学生对课程内容和教学过程都达到了一个新的认识高度，学生自主学习的能力得到了充分发挥，对力学概念、力学原理的理解和认识更加深刻，取得了较好的教学效果。

3 改革实践教学模式

实验是工程力学课程的重要内容之一，也是培养学生分析问题、解决问题能力的重要环节[9]。因此，结合我校人才培养目标，根据学生的认知能力和专业差异，力学组通过深入讨论，根据工程力学基础性实验，对实验教学进行了一系列的改革尝试。

一是通过科技社团、学科竞赛及第二课堂为学生开辟了设计性、综合性实验，如组合梁弯曲正应力实验、电测主应力实验、振动实验、组合梁力素测定实验、压杆的稳定性测试及典型机械零部件疲劳实验等。

二是通过选修课、第二课堂及毕业设计为学有余力的学生开设了开放性实验。引导学生学会使用MatLab及Mathematical等数值计算软件及ANSYS，PATRAN，ABAQUS等有限元软件，通过计算软件及仿真软件，学生能够避开烦琐的力学计算及抽象的思维，更直观、形象的体会力学的魅力及力学知识在工程问题中的应用，学会利用现代化工具解决工程问题的初步方法，培养解决复杂工程问题的思路和操作流程。

三是加快加强力学实验室建设。积极建设力学虚拟仿真实验平台(已立项)和力学仿真实验室，为更多的学生提供更便捷的实验机会，培养学生积极思考、动手操作的能力。

4 改革评价模式

传统的“期末考试+平时成绩”的考核方式虽然操作简单，但这种方式很容易让学生迷失学习力学的目的和意义，不利于应用型人才的培养。因此，将学生的学习态度、参与度、解决问题的能力及表达沟通等表现纳入考查内容，注重对学生学习过程考核并形成过程评价体系[4]显得更为合理而重要。具体操作为：课程考试(占40%)、实验成绩(占30%)、过程成绩(占30%)。其中，考试采用闭卷进行，考题应尽可能多样化，既要考查学生力学基础知识、基本概念的理解和掌握，又要体现对应用力学理论综合分析能力的测试；实验成绩要通过对学生的实验操作能力、创新能力、实验报告质量和应用工程软件解决工程问题的能力进行综合评价；过程成绩由出勤率、作业质量、大作业(或讨论区的表现)、课堂参与度及翻转课堂中的表现进行综合评定。这一评价模式的改革，能使学生认识到工程力学课程的重要地位，增强学生学习力学的兴趣和应用力学知识的积极性，对提高其创造性思维和工程应用能力具有明显的积极作用。

5 结语

通过以上的教学改革措施，有效调动了学生学力学的积极性和主动性，在培养学生分析问题的能力、动手实践能力、工程应用能力及创新思维能力等方面起到了有效的推动作用。近年来，扎实的力学知识和实践能力使得学生在参加的各级各类学科竞赛和技术竞赛中受益匪浅，获奖的级次有所提升，考研学生的上线率和毕业生的论文质量也都有所提高，进入工作岗位的毕业生也得益于较强的动手操作能力而不凡表现，能取得更好的发展。鉴于我校升本时间不长，力学教学改革实施的时间较短、样本数量有限，更深入的改革仍需要在日后的教学实践中不断探索、逐步完善。