设施农业科学与工程专业基础课程《工程力学》教学改革探索

赵彩虹 任毛飞 李蒙 陈娟娟 朱赞彬 张燕 张祖成 龚守富

摘 要：设施农业科学与工程是传统农业与工程建造创新融合的学科，《工程力学》作为设施农业科学与工程专业的必修课程，在以往仅学习农业种植管理的基础上，引入该课程能够使学生具备从事设施农业的规划与设计、建设与生产、經营与管理的能力，从而培养应用型、复合型高级园艺人才。《工程力学》是一门理论性、系统性的课程，具有课程理论多、计算难、公式多、刚体变形抽象、不易理解等特点。为此，调整课程结构、创新教学工具、借助“互联网+”的优势、融入实践案例分析等措施，对《工程力学》的教学进行了改革探索。

关键词：工程力学;设施农业科学与工程;教学探索

中图分类号 G642.0文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）14-0160-02

《工程力学》以物理学、高等数学为基础，整合《理论力学》《材料力学》的知识，主要培养学生解决工程中常见力学问题的分析能力、对力学问题的计算能力、基本计算工具使用能力、对力的抽象想象能力、力学图形的绘制能力、处理能力和简单实际应用能力。该课程任务重，课时有限，要达到人才培养的要求，需对《工程力学》课程整个教学体系进行梳理和改善，教师应该根据教学大纲的要求，对教学内容进行精简[1]。孙双双[2]基于教学模式的实施方案，探索了课堂教学的实践步骤。季维英等[3-4]在教学中运用CAE仿真、ADINA等技术将课程理论知识变“活”。马建青等[5-6]充分互联网+的优势，对课程知识加强上发挥有利作用。杨少红等[7-8]将实际发生的工程案例融入教学中，通过实践来检视理论。通过借鉴最新的《工程力学》教学方式，结合对课程教学的思考，本文对《工程力学》课程系统性教学进行了探索，进一步完善《工程力学》的整体教学体系，以期满足专业人才培养方案的要求。

1 调整课程结构，优化教学模式

《工程力学》工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域，包含静力学和材料力学，本课程的任务是使学生能够对物体及简单的物体系统进行正确的受力分析、画出受力图并进行相关计算，掌握受力构件变形及其变形过程中构件内部应力的分析和计算方法，掌握构件的强度、刚度和稳定性分析理论在工程设计、事故分析等方面的应用，为经济合理地设计构件提供必要的理论基础和计算方法，内容丰富，涉及面广。但作为设施农业专业的学生，与土木工程、工业工程等专业的学习上会有很大的不同，设施农业课时设置相对较少，每周仅2个课时，因而需要对《工程力学》的授课内容上进行精简，并做好章节内容课时分配。

设施农业科学与工程专业用《工程力学》教材选用上，满足学校教材征订要求上，适用于非力学专业的简易教材。一般教材《工程力学》总体设置在10～14章，教学章节上静力学部分讲述基本公理和基本概念，能够进行受力分析、画出受力图并进行相关计算，掌握物体在力系作用下的平衡问题即可。教学章节上材料力学讲述轴向拉伸和压缩、剪切、扭转和弯曲4种基本变形问题的内力、应力，以及影响结构安全的强度、刚度、压杆稳定3个指标。

在《工程力学》教学内容方面，先从宏观讲解整个知识架构体系，以分支图形式进行逐步分散，并在每个分支点用通俗易懂的文字、举例作为说明，便于很快的掌握课程结构。在具体每章节讲述时，所有定理、理论、公式的推导过程不讲解，只对结果的运用和含义进行解释说明，让学生从繁琐的知识串联，数字推理中解脱出来，并用例题形式对结论进行应用，增加学生获得知识及解决问题的成就感，进一步增加学习兴趣。

《工程力学》课程考核方式按照其课程内容及学习要求仍采用闭卷方式，但末考成绩原则上50%及以下，将其余比例分摊到平时考勤、课堂讨论、作业完成情况、试验成绩等方面，考核方式更利于应用型人才的培养。注重末考以外的考核一方面促进学生在平时教学过程中的参与度，一方面通过末考以外的考核情况能及时向教师反馈教学中的不足，及时调整教学内容、节奏等。这种考核方式更能凸显学生实践能力的培养，有利于培养学生的主动性、动手力、团队协作能力，更为客观、科学合理地评价学生的学习效果及教师的教学效果。

2 运用新技术、新方法，创新教学工具

《工程力学》教学内容上存在较多抽象概念、逻辑推导复杂、刚体形变过程不连续等问题，如何将课本中生硬的知识“活”起来，成为本课程教学的重要创新点。随着计算机技术的发展，衍生出较多的仿真软件，如ANSYS workbench有限元分析软件、ADAMS仿真软件等创新辅助《工程力学》教学，将枯燥的力学知识用云图、动画的方式进行可视化，丰富了教学资源。例如，讲授桁架知识时，除了运用截面法或节点法求出各分支杆件的内力外，还需要判别出其受拉还是受压状态，对于较为复杂的桁架，手算分析就会很困难。而运用有限元软件ADINA进行建模计算，只需按要求输入桁架边界条件、附加荷载等情况，运行软件后就能很直观看出哪些杆件产生的应力最大，哪些是零杆，以及杆件拉、压形变。在材料力学研究形变时，对截面上的微小应力变化，无法直观看出及测量，借助反正软件均可以解决这些问题。

此外，设施农业科学与工程在工程设施方面投入的实验设备有限，《工程力学》一般会有实验课时的要求，可以尝试将计算机技术应用作为实验课时部分，使学生掌握软件的操作使用，利用软件来完成一些习题，提高理论计算能力和解决问题的能力。《工程力学》也是设施农业科学与工程核心课程《温室结构与建筑》的基础课，《温室结构与建筑》中存在大量的结构内力计算，掌握学习数据处理软件、仿真软件有助于后续有关课程更好的学习。

3 充分借助“互联网+”的优势

随着“互联网+”共享资源的开放，很多优质资源都可以为教学所用，如MOOC。在互联网平台，针对同一个知识点会有很多版本的讲解，学生通过多版本及精品课程的观看，会更容易理解知识点，也能更好地巩固知识点。从发布知识的角度，也可以利用“互联网+”来调动学生主动学习的兴趣。如每周指定1～2名同学录制《工程力学》中的知识点，用微课形式进行录制后共享到班级QQ群或者微信群众播放，无形中就会促使录制同学在某一知识点上的信息收集、梳理、拓展，一方面学生对该知识点的掌握更为熟练，另一方面通过学生角度的讲解，也便于教师评价学生掌握知识的准确性，同时其余学生进行打分，可以作为最终成绩的一部分。

改变以往学生与教师仅教学时间段互动的情况，任课教师建立课程QQ或微信群，及时了解学生的学习状态，安排课程学习、实践，共享课程教学计划，分享与课程有关热门话题等。同时，对每节课程讲授后学生接收情况进行线上调查，使任课老师及时掌握班级学生整体学习情况，针对薄弱知识点下后续课程中加深讲解。

4 融入典型案例，实践检验理论

《工程力学》是典型的应用型学科，建筑业作为我国国民经济支柱性产业，产生了大量工程案例，通过案例教学法能够更有效地培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。案例教学法很早就被提出，通过具体的案例情景讲解，让学生从中对问题进行思考、讨论和分析，在总结中进行提高和领悟力学知识，联系生活实际，拉近与力学的距离，在理论与实践中搭建桥梁。

设施农业科学与工程专业学生对很多工程力学知识有所了解即可，在案例选取上应尽量引入与本专业相关的工程案例，使案例更容易被理解。在案例中要有一定的理论基础做铺垫，通过案例分析后自然而然带出理论，也是实践检验理论的体现。结合最新的热门事件，简要分析和讲解，使学生在热闹事件背后寻求折射出的深层次知识架构。例如，2019年江苏无锡312国道高架桥坍塌事件，分析问题出现的多种原因，进一步细化支座约束方式、结构类型、荷载作用及建筑物稳定性等问题。同时也让学生们认识到，一旦发生建筑结构安全，带来的后果严重，培养学生耐心细致的工作作风，严谨认真的科学态度，以及精益求精、认真负责的工作作风。

此外，鼓励学生对生活中遇到的不理解的力学问题提出，通过互联网查询、头脑风暴探讨、结合课程知识找寻答案;鼓励有兴趣的学生参加一些力学竞赛，提升自身的动手实践能力。

5 结语

《工程力学》作为设施农业科学与工程专业的基础课，存在学生理工知识积累薄弱、课程章节多、课时分配少等问题，为解决这些问题，对《工程力学》整体知识体系讲解内容进行合理删减，明确教学重点，从教材选用、教学内容及考核方式上进行优化;改变课程中一味硬性灌输，充分运用新技术、互联网资源及典型案例，教学中的多样化手段融入，更多有效的教学方法的综合运用，将《工程力学》生涩难懂的内容变得更直观，易于学生接收，从而提高了学生的主动性和积极性。

参考文献

[1]朱盼盼.基于应用型人才培养的工程力学教学改革的思考[J].现代物业（中旬刊），2018（04）：275.

[2]孙双双，李红艳.工程力学对分课堂探索与实践[J].教育教学论坛，2020（07）：174-176.

[3]季维英，楚焱芳.CAE仿真技术在工程力学教学中的应用[J].内燃机与配件，2020（01）：270-272.

[4]华珍，王天锡，张绪贞，等.ADINA在工程力学课程教学中的应用[J].教育教学论坛，2020（15）：240-242.

[5]马建青，张光伟.微课——行走于工程力学教学改革中的精灵[J].教育教学论坛，2019（49）：67-68.

[6]李茂辉.“慕课”平台在工程力学教学中的應用[J].山东化工，2018，47（11）：149-150.

[7]杨少红.案例教学法在工程力学教学中的应用[J].科技创新导报，2018，15（23）：220-221，223.

[8]赵秋玲，张君华，刘芳.《工程力学》案例教学的探索和实践[J].教育教学论坛，2017（43）：144-145.

（责编：张宏民）