工程力学模块递进化教学在应用型本科院校的教改与研究

王芸 吐尔迪·吾买尔 王宏 尚志勇 王春耀

【摘要】在当前工程力学教学存在的课时少内容多的情况下，怎么能高效地完成教学任务，模块化递进教学的探索与研究是一个很好的解决办法。模块化递进教学是指依据应用型本科旨在注重实践应用办学特点，从企业需求、就业岗位能力和学生全面持续发展出发，以解决实际工程问题为导向，对以往工程力学课程体系经过从易到难的知识结构进行整合，递进式知识提炼，形成若干项目子模块，设置出知识、能力和素质三大教学模块和实践训练任务，使其教学过程按照知识—能力—素质这一顺序开展由低到高的教育教学实践活动。

【关键词】模块递进  教学改革  子模块  实践教学

【Abstract】 In the current situation of engineering mechanics teaching with less class time and more content， how to efficiently complete the teaching task， modular progressive teaching exploration and research is a good solution. Modular progressive teaching means according to the speciality of practical application of school⁃running characteristics， from the enterprise requirements， students employment ability and the comprehensive sustainable development， in order to solve the problem as the guidance， the previous engineering mechanics course system through integration， from easy to difficult knowledge structure progressive type knowledge abstraction， forming a number of projects， three teaching modules and training tasks of knowledge， ability and quality are set up. The teaching process is carried out in the order of knowledge， ability and quality from low to high.

【Keywords】the module of progressive; the teaching reform; the child module; the practice teaching

【基金项目】新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（编号：2019D01A29）;新疆维吾尔自治区教育厅新能源材料研究实验室（新疆工程学院科研平台项目支持）。

【中图分类号】D130   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）35-0151-02

本文采用项目模块递进法，项目递进设置体现应用型本科教育专业基础理论知识够用，重在实践的实际要求，模块递进主要考虑应用型本科教育性质、学生知识水平和素质教育理念，这样设计符合学生学习认知规律和应用型本科教育人才培养规律，有利于学生实践创新能力培植和个性素质教育的发展，尤其是突破传统教学重课堂知识传授，轻实践创新的局面，真正实现以学生为主体，以学生为教育基础，教师为主导的创新教育模式改革，从而提高课时相对较少的课堂教学效率，充分挖掘学生课外点状式时间的应用，全面推进人才培养质量，使学生整体综合素质以及综合知识结构大幅提高，更适合应用型人才的需求。

以新疆工程学院为例，应用型本科工程力学教材共 14章内容，学院机械类、土木类、能动类、建筑类、采矿类等相关专业课程设置仅48学时，再加之学生数理基础薄弱，14章课程内容概念公式繁多，理论思维及逻辑性强，与工程实践又紧密贴合，故教好学好的挑战性都很大。经过一线教学经验及充分调研和深入分析研究之后，围绕工程力学专业基础课程性质，总结出工程构件受力分析、平衡问题计算以及工程当中四种基本变形、组合变形内力分析等核心基础结构递进内容，设计出精简却又实用的两大教学项目，即：静力学（侧重外力分析及计算——力系类型），材料力学（侧重内力及应力分析 ——变形类型）。再依据解决工程实际应用问题所需要的必备专业基础知识，培植能力提升和拓展素质要求，将每个教学模块分解成知识结构模块、能力提升模块和素质拓展模块等三大模块，共计10个素质拓展子模块（如表 1）。

上述两大模块中的第一模块静力学，需要18学时，主要以力的受力分析和平面一般力系为重点，旨在外力分析及外力计算，外力计算主要指计算构件约束力。平面力系约束力的计算千篇一律，只要知道模块结构、力系类型，即可顺利掌握和拓展相关知识结构，需要1/5左右学时。其中，空间力系平衡的相关计算，上述平面力系计算模块也可使用，而且学时数少，只有在讲授空间力对点之矩和空间力对轴之矩的相关内容时，所需课时稍多，需要2学时。这主要是为后续工科类学生很好的学习工程零件运动分析打下基础。

针对材料力学这一教学模块，需要的学时为30学时，其中包括8学时的实践教学，即材料在拉伸时的力学性能、圆轴扭转实验、电测实验、材料弯曲变形时的正應力测定实验。实践教学重在学生参与，以及学生动手操作能力提升。课堂教学旨在学生基础知识够用，拓展知识、专业知识顺利衔接。具体内容讲授材料的轴向拉压、剪切、扭转和弯曲几种基本变形。四种变形都是分析内力，可以看成一个子模块，分层递进讲清楚，需要2学时。强度计算主要针对正应力或切应力计算，基本变形不同，应力不同，在讲授这个子模块时，可以结合工程实例，比如圆轴扭转可以用齿轮轴作为实例，拉压杆可以举例桁架，扭转变形可以举例键连接、剪刀、销轴等，弯曲变形可以举例桥梁、阳台、电线杆、大树等，因常见故容易理解，思路也清晰，所产生的应力也就随之理解，这一子模块需要10学时。对应力状态和强度理论以及组合变形这个子模块，只要讲清楚一点处的应力状态，拓展都平面应力状态分析，把解析法和图解法（莫尔圆）连贯起来，问题就简单明了了。根据强度理论建立组合变形强度条件。这个子模块需要8学时。压杆稳定这一子模块纯粹为理论讲解和课题练习，按照常规方法即可完成教育教学目标。这样，学生的素质能力在实践和理论教学中提高，由量变到质变，达到预期的效果。

综上，在新一轮高等教育教改以及新疆工程学院争创一流应用型本科转型之际，传统的工程力学教学方法已经不能满足或者说是不能适应应用型人才的需求。但是，就知识框架而言，应用型本科工程力学课程根本任务是为设计受载杆件遵循安全经济性准则提供理论依据、计算方法和试验研究，从而应用于实践。这个大的教学目标不能变。在表1设计过程中，我们采用系统论递进创新法，将整个课程视为由刚体静力学和变形体材料力学二个子系统组成的一个系统，静力学主要研究刚体在力系作用下的平衡规律，研究的理论依据是静力学公理和等效力系的简化，主要解决杆件受力分析和平衡计算问题，是学习材料力学和整个课程的理论基础。材料力学主要研究杆件变形体在外力作用下的力学响应和材料的力学性能，借助构件系统平衡条件建立数学模型进行分析计算，主要解决构件受力变形破坏规律，即：强度、 刚度和稳定性问题，其核心要素内容就是内力、应力分析，强度、刚度计算应用于工程实例。依次达到应用型本科工程力学教育教学改革的目的。

模块化递进教学是指依据应用型本科注重实践应用办学特点，从企业需求、就业岗位能力和学生全面持续发展出发，以解决问题为导向，对以往工程力学课程体系经过从易到难的知识结构进行整合，递进式知识提炼，形成若干项目子模块，设置出知识、能力和素质三大教学模块和实践训练任务，使其教学过程按照知识—能力—素质这一顺序开展的由低到高的教育教学实践活动。

参考文献：

[1]陈玉骥.“比较教学法”在力学课程教学中的运用实践 [J].大学教育，2014（7）：121-123.

[2]赵卫兵，刘玲，王霞.工程力学[M].成都：电子科技大学出版社，2016（4）.

[3]陈俊，朱街禄.高职院校建筑力学课程教学的探索与实践[J].山西建筑2008，34（24）：31-32.

[4]吕相艳，王开宝，王向东等.机械类专业工程力学课程的教学改革[J].陕西科技，2009（6）：64-65.

作者简介：

王芸（1980年-），女，硕士，副教授，研究方向：机械动力学，力学。

王宏（1981年-），男，硕士，副教授，研究方向：机械工程。