工程力学课程多元化教学模式的探索与实践

周晓敏 孙政

摘  要：工程力学内容抽象，公式繁多，是一门难度较大的基础课程，亟需丰富教学手段，提高教学效果。文章采用线上辅助线下模式，其中课前和课后，通过网络学习平台在线发布课前预习资料和布置课后作业;课堂中，通过手机客户端与学生进行互动，实时掌握学生们对知识点的理解情况，构建工程力学课程多元化教学模式。实践表明，该模式能增加学生课外学习的积极性和主动性，活跃课堂气氛，提升学生的课堂参与度，增强教学效果。

关键词：工程力学;多元化教学;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）14-0114-04

Abstract： Engineering Mechanics is one of the most difficult basic courses with many sophisticated and abstract equations. It is urgent to enrich the teaching means and improve the teaching effect. The diversified teaching mode in Engineering Mechanics is constructed in this paper associating with the network to assist classroom teachings， where preview materials and homework are released and assigned before and after class， respectively， and real-time interactions with students are developed with the APP during the class. The practice shows that the proposed teaching mode not only increases students' enthusiasm for extracurricular learning but also enhances students' participation in class which activates the classroom atmosphere and enhances the teaching effect.

Keywords： Engineering Mechanics; diversified teaching mode; teaching innovation

工程力学课程是一门理论性较强的工科基础课程，对学生前续数学类及制图类课程要求较高，同时也是各工科专业后期专业课学习的重要基础。目前，在专业改革的大环境之下，工程力学课程被纳入了更多专业的人才培养计划，教师的教学压力及学生的学习压力都在不断增加。然而，传统工程力学课程教学以课堂讲授为主，不仅学生学习积极性不高，而且教师难以及时了解学生的知识点掌握程度，无法实时优化教学内容和教学计划。同时，在大类招生改革的背景下，开设工程力学课程的专业越来越多，但各专业的前期基础和后期需求各不相同，而且，随着工程力学课程的授课学时的不断缩减，传统教学模式将难以在保证教学质量的前提下兼顾各专业的不同需求。特别是，即使对同一专业大类，不同专业方向对工程力学课程的需求也各不相同，如对土木大类，后续土木工程方向的学生对弯曲、压杆失稳等教学内容要求较高，而建筑环境工程方向的学生对相关内容没有特别要求。因此，亟需对工程力学课程的传统教学模式进行改革，对多元化教学方法进行探索，以更好地应对不同的教学要求，提高教学效果。

本文对工程力学课程进行多元化教学方式的探索和实践，课外通过在泛雅平台发布课前预习资料和布置课后作业，课堂教学中通过“学习通”与学生进行互动，并全方位地監控学习过程、分析教学效果;通过向学生发放问卷以及在线交流的方式，了解学生的学习效果以及对知识点的掌握情况，了解学生对多元化教学方式的适应程度;根据学生反馈情况，及时调整教学计划，以便学生更好地理解和掌握教学内容。

一、工程力学课程改革的必要性

工程力学课程是联系各理工科基础类课程与专业类课程的桥梁，涉及概念多而抽象，公式繁杂且计算量大。传统教学以课堂讲授为主，课程内容枯燥，学生学习兴趣不高，课堂气氛较沉闷;在有限的教学时间下，师生交流及互动较少，难以准确了解每位学生的学习情况，只能依靠课后作业反馈学习情况。而近年来，学生课后作业的抄袭情况也比较普遍，往往出现“作业几乎全对，考试放倒一片”的情况，难以在教学过程中及时发现问题。

与此同时，在我国大类招生人才培养模式改革的大背景下，越来越多的理工科专业需要修读工程力学课程。为提高教学效率，势必需要教师从学生所学专业出发，分析各专业缺少和所需的力学基础知识，进而制定相应的教学计划及教学方案，并且需要改变授课方式以帮助学生更好地理解。由于培养方案要求的不同，不仅前续课程的学习有所不同，同时后续课程对力学的要求也不同，如：对信息大类为例，在前期的学习过程中数学基础较好，但是一般不安排制图类课程，然而，在工程力学课程的学习中，要推导各类变形中的应力问题，又势必要涉及平视图与侧视图所观察的几何关系，因此，需要改变教学思路，将概念简化为横截面与外表面间的几何关系;然而，对于其他机械类专业的授课，便可省略此步骤。与此同时，教师还应了解工程力学课程在各专业学生后续学习及工作中的作用，将教学内容与专业需求相结合：如对土木大类，土木工程方向需加强弯曲的教学内容以应对结构力学的需求，而建筑环境工程方向只需掌握最基本的力学知识，无需对弯曲变形问题作特别要求;再如，扭转问题对于机械中轴的设计特别重要，因此针对机械大类的教学，扭转内容的设计需更为详细周全;弯曲问题对于土木工程专业尤为重要，是后期学习结构力学影响线问题的重要基础，因此，对于土木类教学弯曲变形的讲授应更为深入。

同时，工程力学课程的授课学期一般安排在学生的第三学期，即大二上学期，此时对大类招生学生尚未区分专业方向，但又处于择定专业方向的重要时期，由于大类招生方式对低年级基础课程重视程度加强，工程力学课程作为基础类课程，学习要求也必然会相应增加，但同一专业大类不同专业方向，对力学基础的需求也不尽相同。传统教学模式是以班级为单位，同一个班的课程讲授内容和难度是比较一致的，而难以有针对性地从不同学生的需求出发制定教学方案。以土木大类为例，土木工程方向需加强弯曲的教学内容以应对结构力学的需求，而建筑环境工程方向只需掌握最基本的力学知识，无需对弯曲变形问题作特别要求。

综上，传统的教学方式，不仅学生学习积极性不高，而且教师难以及时了解学生的知识点掌握程度;在大类招生改革的背景下，对教师授课要求提高的同时，由于学生需要修学的专业课和基础课都在增加，工程力学课程的授课学时在不断缩减，为提高教学效率，势必需要教师从学生所学专业出发，分析各专业缺少和所需的力学基础知识，进而制定相应的教学计划及教学方案，传统教学模式下教师将难以在保证教学质量的前提下兼顾以上问题，因而亟需对工程力学课程的传统教学模式进行改革，对多元化教学方法进行探索，以更好地应对不同的教学要求，提高教学效果。

二、工程力学课程多元化教学模式

工程力学课程作为最通用的力学课程，涉及专业面广，教学难度大，针对传统教学模式的不足，已从不同角度提出了各种教学改革方案，如：周晓敏等[1]在力学教学中引入ANSYS，增强了教学效果，加深了学生对知识点和相关问题的认识;马国军等[2]通过将现代力学及相关学科的最新研究成果引入到材料力学教学中，以力学为主，兼顾学科的交叉性，并与其他手段相配合，在与教材内容紧密联系的同时，又具有一定的新颖性和趣味性，提高了学生们的学习积极性。陈颖[3]和陈红迁[4]等将案例式教学与长期教学实践相结合，就案例式教学在工程力学课程课堂中的应用进行探讨和实践。李妍[5]在力学课程中构建了互动反馈教学模式，通过实践探寻多元互动反馈模式在力学课程中的实施策略和具体案例，表明多元互动反馈模式能有效提高教学效果。

工程力学课程作为所有工科以及部分理科专业的必修课，为帮助由于前续课程设置或其他原因导致前续基础较差的同学，在网络课程建设中对部分教学计划中不涉及的基础性内容进行补充。同一课程的授课专业不同，对力学要求不同，而同一自然班级每位同学由于后期专业方向的不同，对力学基础的需求也不同，而课堂教学计划虽然可以随专业要求进行微调，但效果有限，且作为大班课程针对性较差，因此，在网络教学部分，除将基础通识类内容设置任务点以外，在网络课程章节中添加了自学内容，教师将由于大类招生导致课时缩减后被删去的具有专业针对性的内容以教学视频的形式提前录制，或从超星资源库寻找专业性较强的教学视频添加进章节中，任学生根据兴趣及自身专业需求进行选择性学习。同时，添加与课程章节相关的纪录片、论文等，设置相关讨论，引导学生思考纪录片与论文中的工程实例或生活现象与课程的关系，增加课程知识的趣味性，帮助对课程有更深入学习要求的同学发散思维。

为了更好地优化传统教学方法及解决大类招生面临的教学新问题，作者在连续的两个学期采用“学习通”在课堂内外辅助了工程力学课程的教学工作，经过不断优化，总结了较为合理的实施方案。

（1）课前教师将课程教学课件、教学计划、教学重难点等资料上传至“学习通”在线教学平台，提前建立作业库、试题库、资料库，并在课程开始前通过任务点的形式对课程资料的重要程度进行区分。

（2）课堂教学中，采用APP点名，间或使用二维码及位置签到，可以杜绝代点名的问题。根据课堂需要在教学中添加投票、抢答、选人活动，活跃课堂，提高学生课堂参与度的同时，通过投票的正确率、抢答的参与情况、选人的答题情况即时进行数据分析，掌握学生对当次课程内容的掌握情况。

（3）课程结束后，课堂讨论可以延续，拉长学生的课程参与时间，通过APP发布课后作业及小测验，在泛雅教学平台上传课程教学视频，方便同学复习课程内容，设置选判重复率鉴定，解决学生作业抄袭问题，设置总结性章节，在课程重要结点设置测验，检验学生的阶段性學习情况。

三、多元化教学效果

网络教学平台自带的统计模块可以很好地帮助教师随时了解学生的学习情况。本课程的网络建设主要提供给学生的资料一般为教学视频及扩展性的纪录片视频，以文档和图书为辅助，间或添加测验，如图1所示。在课后作业模块，系统自动统计作业的发布数、提交数、批阅数，可以很好地掌握学生作业的提交情况及得分情况，分别如图2和图3所示。可以看出，通过多元化教学模式的引入，能够帮助教师及时了解学生课前课后学习状态，通过任务点及作业的设置增加学生的课外学习时间。

在教学过程中及课程结束后等不同阶段中，通过网络平台发布调查问卷，主要针对教师课堂教学方法、教学方式以及学生课程学习情况进行了解，及时掌握学生的学习进度，不断地改进多元化教学的教学方式，同时也发放了关于“学习通”教学模式适应情况的问卷，了解学生对于多元化教学的接受程度及预期教学效果的达成程度，问卷结果如图4所示，可以看出：大部分学生认为在网络教学平台所有资料中最有用的是教学PPT，其次是教学视频;大多数学生认为多元化教学方式增加了课程的趣味性，提高了参与课堂答题的主动性，对学习效果有提升作用，虽然有少数同学认为线上学习增加了他们的学习负担，但大部分同学认为有必要继续采用多元化教学模型。

四、结束语

本文基于线上辅助线下教学对工程力学课程传统的授课方式进行了改革，在课前、课中和课后等不同阶段，采用网络教学平台中的问卷、讨论等不同模块，针对教师课堂教学方法、教学方式以及学生课程学习情况进行了解，及时掌握学生的学习进度，不断地改进多元化教学的教学方式，同时发放关于多元化教学模式适应情况的问卷，了解学生对于多元化教学的接受程度及预期教学效果的达成程度。实践表明：网络教学资源，如教学课件和教学视频，可以为同学们的课前预习和课后复习提供丰富的参考资料，对课堂教学提供了很好的补充;线上和线下多元化教学模式增加了课程的趣味性，使学生们更方便快捷也更愿意参与课程互动，提高了他们参与课堂答题的主动性，提升了学生们的学习效果;尽管有少数同学认为多元化教学模式增加了他们的学习负担，但大多数同学认为有必要继续采用多元化教学模式进行课程教学。

本文通过将线上和线下混合式教学模式引入工程力学课程，改变了传统的课堂授课模式，实现了多元化教学，提高了学生的学习兴趣，生动和活跃了课堂气氛，为更多的学生提供了在课外扩展学习的机会。同时，线上和线下混合式教学方式强化了教与学之间的联系，教学效果反馈及时，便于教师实时优化调整教学计划和教学内容，着重对学生们理解和掌握不足的重点难点的知识点进行讲解，真正以学生为中心，拉近了教师和学生间的关系，增强了学生的参与度，提升了学习兴趣和学习质量，增强了课堂教学效果，提高了学生自主学习和主动学习的能力，大大改善了教学效果。

参考文献：

[1]周晓敏，孙政.将ANSYS引入材料力学课堂的教学实践[J].力学与实践，2019，41（2）：222-226.

[2]马国军，马红艳，季顺迎.力学相关成果引入材料力学教学的探索与实践[J].力学与实践，2017，39（5）：499-502.

[3]陈颖，陈红迁，潘晶雯.案例式教学在力学课程教学中的探索与实践[J].机械设计，2018，35（S2）：354-356.

[4]陈红迁，张少亮，王丹杰.导课为主的案例式研讨教学法在军事院校工程力学课程中的应用[J].机械设计，2018，35（S2）：363-365.

[5]李妍.力学课程多元互动反馈教学模式的实施[J].力学与实践，2017，39（4）：408-411.

基金项目：江西省教育厅科学技术研究一般项目“降雨型滑坡破坏机理的数值模拟及试验研究”（GJJ200831）;江西理工大学精品在线开放课程项目“《弹性力学》”（XZG-21-02-26）;江西理工大学教学改革研究课题“以立德树人和应用创新人才培养为导向的《弹性力学》混合式教学模式研究”（XJG-2021-28）;江西理工大学教改课题“大类招生背景下‘学习通’在《工程力学》课程中的应用研究”（XJG-2019-31、JXXJBS18042）

作者简介：周晓敏（1988-），女，汉族，江西吉安人，硕士，讲师，研究方向为工程力学教学改革。

通信作者：孙政（1986-），男，汉族，山东临朐人，博士，讲师，研究方向为工程力学教学改革。