面向新工科的力学类课程教学改革与实践研究

王小蔚 王敏容 陈孔亮 颜少荣

摘 要：面向新工科，力学类课程教学改革重在对学生力学思维的培养。从专业层面优化力学类课程体系，本专业的人才培养方案中体现对力学思维有层次递进式的培养：力学思维养成→力学思维提升→力学思维深化;从课程层面以三段式教学为主，辅以课程思政进课堂、项目式教学等教学方式进行改革，注重思维教学;对应完善了教学评价方法，实现了多样化考核环节及多元化教学评价方案。

关键词：新工科;力学思维培养;思维教学;教学评价多元化

1 绪论

自2016年“新工科”被正式提出以来[1]，“知识产权设计+自主研發能力”是新经济形势下新工科建设的需要。新经济形势下新工科建设将目光聚集在工科从业者的基本素质上，要求工科从业者学识基础及专业知识宽厚扎实，不仅要具备独立自主知识产权的工业设计能力，而且还需要掌握扎实的力学计算和分析能力。由于在解决高技术领域发展中的突出问题上，力学发挥着关键性的作用，因此，力学课程被视为“新工科”的一门核心课程，以适应新经济形势下创新型应用型人才培养的新需求。

面向新工科的力学类课程教学改革，应通过力学课程学习培养学生的力学思维。

面向新工科的力学课程教学改革，应当将聚焦于力学思维的培养。故本力学类课程教学改革以力学思维培养为导向，为培养基础及专业知识宽厚扎实的创新型应用性“新工科”人才培养进行实践性探索。

2 现状分析

我国目前工科培养力学教学中存在以下问题：

2.1 力学课程体系不完整

2003年黄再兴[2]等人就对大学工科专业力学课程进行了调查分析，相比国外工科专业对力学课程的重视程度，国内则相差甚远：国内高校中力学课程学分占比毕业总学分仅为6.4%，欧美国家高校这一比例达到11.8%;我国在过去一段时期侧重于“拿来主义”，缺乏理论的深度研究，由此导致国内高校力学课程体系不完整，直接影响了工科从业人员的创新能力培养，无法满足新工科的发展对创新型应用性人才的需求。

2.2 传统的教学模式的局限性

传统力学教学无法适应新工科的发展需要。如今，学生普遍面临着科学理论与工程应用实际脱节的困境，缺乏将数学，力学原理及工程有机关联。再加之近年来教学改革的大背景影响下，力学类课程课时缩减，学生的学习兴趣在传统的教学模式在难以被激发，从而出现厌学现象，不及格率居高不下，让学生对力学课程望而生畏。[35]

2.3 课程考核方式单一

重期末考试，轻平时成绩的传统力学课程考核方式，必将导致学生平时不认真，考前集中突击;所谓应试教育的弊端显现无疑，出现部分学生高分低能现象，这与当今新工科人才力学素养的初衷背道而驰。

显而易见，在新工科建设的大背景下对工科从业人员的力学素养需求大大增加;而当下的教育改革现状却是工科教育中力学课程课时被压缩，由此导致力学课程体系不完整;传统的知识教学又难以激发学生的学习兴趣，甚至出现厌学现象，考试及格率令人担忧等。而这些则成了当前我国工科人才培养中的绊脚石，严重阻碍新工科发展。因此，力学课程的教学改革势在必行且迫在眉睫，这样才能确保“新工科”人才培养的大局。

3 力学类课程教学改革设计与实施

教学改革以力学思维培养为导向的培养体系展开，具体如下：面向新工科，故提出以培养学生的创新能力的培养与运用为教学目标，以力学思维培养为导向，结合我校土木工程专业办学定位和专业特色，通过优化现有的力学课程体系，实现力学思维有层次递进式的培养;思维教学贯穿力学类课程的教学，重在课程层面培养学生的力学思维;注重考查学生力学思维的运用，教学评价方法进行改革;培养具有扎实的力学计算和分析能力的创新型新工科人才进行实践性探索（如图2所示）。

3.1 优化现有的力学课程体系

力学思维的培养不是通过学习一两门力学课程就能实现，需要开设一系列的力学课程，有针对性开展培养。以力学思维的培养为基础，根据本院土木工程系现状，合理优化现有的力学课程体系。通过力学课程体系的优化，实现力学思维有层次递进式的培养（如图3所示）。

力学课程门类众多，即需要梳理力学课程之间的脉络关系;还需要结合本院土木工程专业现状，选择合适的力学课程。因力学课程的学习难度大，要做到既能实现力学思维有层次递进式的培养，又能适应我院土木工程专业的专业办学定位及专业特色。具体实施如下：

高数、线代、概率论及数理统计等数学基础课程，以及理力、材力、结力三大力学作为基础类力学课程，通过这类课程学习重在培养学生力学思维的养成;

弹性力学、水力学作为连续介质力学的基础课程，通过课程学习起到可提升学生力学思维的作用;

有限元通过商业软件来解决复杂的工程问题，可以贯穿上述力学课程，同时也是上述力学课程之间的连接纽带。通过该课程学习将双向、可逆的力学思维深入运用。

以此，实现力学思维有层次递进式的培养。

3.2 教学方法改革

如今，新工科建设对创新型应用性人才培养提出了更高的要求，其中之一就是快速学习的能力。代表着过去侧重于掌握科学知识已然无法适应新经济形势下创新型应用性人才培养的新需求，而如今新工科人才培养的核心将围绕如何让其更快速地学习、消化、吸收、应用各类科学知识及技巧的能力。因此，力学的教育应注重培养学生的力学思维。

力学思维三个落脚点是工程、力学、数学。对学生力学思维的培养，宜采用三段式教学方法，即对应知识点要求学生按工程背景、数学基础、力学原理三个方面进行解读，归纳总结，绘制每章节的思维导图;针对教师指定的知识点，从工程背景、数学基础、力学原理三个方面以小组的形式开展三段式讲课。教学方法涉及教与学，故需要从教的层面以及学的层面进行教学设计，从而达到培养学生力学思维的教学目标。