新工科背景下基于“卓越工程师”培养材料类《工程力学》教学改革探索

田海霞

【摘要】“新工科”建设背景下，为加强学生的思政教育及培养具有创新创业能力的“卓越工程师”，有必要对材料成型与控制专业《工程力学》课程进行有效的教学改革。文章主要从德育素养、教学内容、教学方法、考核方式等多方面融入思政教育及“新工科”人才的创新创业能力，以激发学生的专业兴趣、拓展课程深度，提升本课程的教学质量、培养出高素质、创新性的卓越工程师。

【关键词】工程力学  教学改革  工程师

【中图分类号】G642.0;TB12-4  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）24-0193-02

面对新一轮的科技和产业革命，需要对传统工科教育进行升级改造形成新的工科教育形态——新工科;与此同时，教育部联合多部门启动了“卓越工程师教育培养计划”，以培养、造就一批工程实践能力强、创新能力强及具备国际竞争力的高素质复合型人才[1]。在“新工科”背景下，为培养“卓越工程师”，各专业课程都要进行改革创新。工程力学课程教学在传授学生专业基础知识的过程，有必要培养学生创新能力、团队合作能力和爱国主义精神;因此，任课教师需要深挖知识点中的思想政治素材，将课程思政内容与专业课教学有机结合，从而实现知识传授、能力培养和价值塑造三位一体的教学目标。

一、目前《工程力学》教学中存在的问题

“工程力学”与数学联系紧密，定理多、公式多，学生在学习过程中即吃力又枯燥，使得学生一般较难完全理解和接受;并且教材中的力学模型未与工程实际结合起来，导致学生在学习中缺乏明确的工程目标，难以理解学习的目的和意义。另外，作者在教学实践中还发现了其他一些代表性的问题：（1）“课程思政”与专业知识教育相对独立，没能实现融会贯通，授课过程中往往重视知识点的讲授，忽略知识点的工程意义和思政渗透。（2）工程力学主要分静力学和材料力学，其中材料力学部分中的拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲变形比较抽象，没有直观图片或者动画可以观察变形过程中的应力变化及分布，使得学生只能根据自身的想象力构建变形模型，造成学生似懂非懂的，等到自己独立思考时就发现一头雾水，从而大大降低学生的自信心和积极性。（3）工程力学课程最终考查方式基本都是结课后的考试，并且试题通常是生搬硬套，无法了解学生是否真正掌握课程内容，导致在后续其他课程中需要运用工程力学的知识点时甚至出现一问三不知的情况，从而影响到其他课程的教学进度及效果。

直面这些问题，探索解决之途径是新工科背景下基于“卓越工程师”培养在“工程力学”教学方面亟待开展的工作。

二、《工程力学》教学内容的改革措施

（一）课程思政教学设计

表1  《工程力学》教学内容与思政元素的对应关系

寻求工程力学课程专业知识与思想政治教育内容之间的关联性，并在课程开展过程中，将思想政治教育的相关内容嵌入到学科教育当中，通过学科渗透的方式达到思想政治教育的目的[2]。结合社会主义核心价值观和中华优秀传统文化教育，深挖课程所蕴含的思政内涵，在知识传授和能力培养过程中“无痕”地融入思政教育，凸显课程价值引导功能，从而实现知识传授、能力培养和价值塑造三位一体的教学目标。结合《工程力学》教学内容特点，对工程力学课程的专业知识点与思政元素的关联性进行了总结（如表1所示）。

（二）课程教学内容及教学方法改革措施

按照新工科背景下“卓越工程师”培养的要求和目的，以及工程力学教学过程中存在的问题，再结合个人教学经验及现有的教学改革成果，现对材料成型与控制专业的工程力学教学内容及教学方法提出以下几点建议：

1.工程力学教学内容改革措施

工程力学主要是材料成型与控制专业后续专业课程的基础，因此在教学内容的改革，主要是在理清基本概念和定理的基础上，在内容上结合工程实际并找出与其他专业课程的关联性。

（1）静力学部分。

静力学主要研究两个基本问题：①力学的简化;②物体在力学作用下的平衡条件。在研究物体的平衡条件或计算工程实际问题时，须将一些比较复杂的力学进行简化为一个简单的力学，使其作用效果相同，简化的结果也是建立平衡条件的依据。因此，在静力学部分物系的受力分析是關键，也是材料力学的基础。物系的受力图主要是根据静力学公理和约束类型，在讲解公理和约束力可借助图片或视频来帮助理解。物系平衡条件的建立关键是要准确判断力系类型，因此需要掌握不同力系的受力特点及性质，正确选择平衡方程。为了帮助理解不同力系受力特征可运用机械构件和装置与工程实际相联系，并鼓励学生在课后建一些简单的力学模型，这不但可以让学生清楚学习这门课程的意义，而且还能培养其解决工程实际问题的能力。

（2）材料力学部分。

材料力学研究的问题是构件（主要是杆件）的强度、刚度和稳定性，杆件的几种基本变形形式是拉伸（或压缩），剪切、扭转和弯曲。这四种基本变形的内力计算采用的都是截面法，平衡求解得到内力的大小，方向的正负按照规定进行判断，这导致很多学生在学习过程中既抽象又容易混淆。为了把这些抽象的力学模型直观化，可以借助一些仿真软件模拟四种基本变形的变化过程，比如有限元软件ABAQUS，这个软件不但可以把工程实际的力学模型原位还原，而且可以通过云图直观地看出构件内部应力的分布情况。采用这个方法，可以提升材料力学课程的教学效果，也能在有限的学时内开阔学生的视野、提高学生的自主学习意识、培养学生的创新能力。

2.工程力学教学方法改革措施

随着互联网速度的提升和网络工具的普及，传统的教与学的模式已经满足不了信息化的学习需求。目前慕课已在国内各大高校逐步发展起来，并且采用线上教学、交流及辅导的教学方式也获得在校师生的认可，因为通过这个方式学生可以自行安排学习及交流讨论，并且也可以获得更多的资源。材料成型与控制专业教师都承担了科学研究或工程项目，研究内容中基本都涉及材料力学的知识。授课老师可以选择一些科研及工程实例，引导学生进行讨论或者参与实践活动，再结合在线课程建设，建立知识专题库并积累下来，为学生提供丰富的工程实例的素材库。通过结合信息化与工程实践的教学方式，让枯燥难懂的理论变得趣味横生又不失其严谨，这不但有利于拓展工程力学课程的深度，还能强化学生解决实际问题的综合能力。

3.工程力学考核方式改革措施

课程传统的考核方式是平时成绩（30%）和期末考试成绩（70%）组成，这只对理论知识掌握程度进行了考查，未对工程实践方面的能力考查。为了提升学生的工程素养、培养学生的工程实践能力、设计能力和创新能力，对工程力学课程的考核方式提出新要求：丰富考核方式，注重实践方面考查，减小期末成绩比例，最终成绩分配比例是期末考试成绩（50%），平时课堂成绩（20%）和实践考查成绩（30%）。实践考查成绩主要是实验和工程实践中操作及知识运用能力，这部分成绩的设置一方面是考查学生动手及解决实际问题的能力，有助于构建学生的综合知识结构和锻炼学生的组织协调能力;另一方面也是对教师课程设计提出了更高的要求，有利于工程力学的课程建设。

三、总结

工程力学课程不仅要为后续课程作铺垫，而且要直接应用于工程实践。基于新工科背景下“卓越工程师”培养，任课教师需要积极探索工程力学课程结构和教学实践的改革，不断优化教学模式从而提升工程力学的教学质量，以达到培养和训练学生综合能力，特别是增强其工程应用能力和创新能力的目的。

参考文献：

[1]汤强.应用型人才培养模式下“工程力学”教学改革实践探讨[J].江苏科技信息，2021（21）：63-65.

[2]袁军亭，宋秋红，张俊，等.《工程力学》课程思政的实施与思考[J].教育教学论坛，2019（45）：41-42.