聚焦综合能力发展的力学课程群探索与实践

纪冬梅，刘建峰，李敏，袁斌霞，王化更

（上海电力大学能源与机械工程学院，上海 200090）

创新型国家建设为本科院校的创新创业教育提供了条件和契机，地方应用型本科院校应积极探索适应社会发展的教育方式[1]。应用型本科院校的任务就是培养国家和地方需要的应用型人才，而在应用型人才培养方面，存在以下难点与重点[2]：（1）传统教学观念定式——培养“学”还是“做”；（2）大学价值观定式——大学层次是高还是低；（3）学科专业课程设置——是取消还是保留；（4）产学研平台——是虚还是实。面对这些难点与重点，探索解决问题的方式方法，是应用型本科高校面对的新课题。

北华航天工业学院将课程思政融入应用型本科人才培养方案，提出注重实践，提高学生动手能力以及多元育人，向国际化和复合型发展的培养思路[3]。重庆工程学院提出精准办学定位，明确人才培养目标，优化人才培养方案，加强实践教学条件的建设思路，同时加强师资队伍建设和教学质量监控，以培养区域经济和社会发展需要的应用型人才为建设目标[4]。

力学作为高校工科类专业的基础学科，对学生工程课程的学习以及逻辑思维能力的培养起到重要的作用。上海电力大学力学教学组针对本校“立足电力、立足应用、立足一线”的办学特色，力学课程教育以培养学生的“三化”能力为目的，即“工程问题力学化”(力学建模)、“力学问题数值化”(有限元软件建模)以及“数值问题应用化”(工程应用能力)。

针对工程力学教育的“三化”目的，优化教学内容和体系，做到教学任务系统性、问题驱动导向性、实践能力培养综合性。教学任务系统性是指教学内容要涵盖从概念到方法再到应用的整个知识体系，建立一个从基础理论到工程应用的良好阶梯。问题驱动是指依据具体的工程案例，分析具体的工程问题，启发学生应用力学知识思考问题，培养学生的研究意识。实践综合是指在具体工程应用中形成学生工程力学的综合知识结构，培养解决实际工程问题的能力。

同时，上海电力大学力学教学组教师们一直以做“顶天立地”[5-6]的教师为标准。“顶天”即为重视教育教学观念的指导，“立地”即为踏踏实实从事教学。教师要做到“顶天立地”需要观念上的升华，并以此带动教学质量的提高。基于这一标准，结合应用型本科教育的人才培养需求，力学教学组在教学过程中，把教学理念与教学内容、现代学习方式和现代工程问题联系起来，采用启发、开放与互动、案例、研究性和实践性教学模式，最大限度地调动学生学习的积极主动性，增强学生分析问题、解决问题的工程能力，提升学生的实践和就业适应能力。

1 课程群建设思路

课题组以为企业和社会培养应用型高级工程师为目标，基于《理论力学》《材料力学》及《有限元法》三门课程的学习，通过精品和重点课程建设，优化课程内容；以教材编写为途径，凸显电力特色，同时以力学竞赛为抓手，提升学生学习兴趣，广泛推动学生参加CAE（Computer Aided Engineering）工程师、力学分析工程师和Ansys 有限元分析工程师的资格考试，切实培养学生分析问题、解决问题的工程能力。课程群的建设构思见图1。

图1 力学课程群的建设思路

目前力学教学组建设了上海市精品课程1 门、上海市重点课程2 门、校级精品课程1 门、校级力学群课程1 门、校级核心课程2 门；主编教材2 本、参编教材1 本；指导学生获得上海大学生力学竞赛团队赛特等奖1 项；2014 级机械设计制造及其自动化专业（简称机械专业）67.27%的学生获得了CAE 职业资格证书，2015 级机械专业88.88%的学生获得了力学分析工程师职业资格证书，2016 级机械专业47.22%及2017 级机械专业45%的学生获得了Ansys 有限元分析工程师职业资格证书。

2 课程群建设的实践探索

围绕培养应用型专业人才的工程应用能力和创新能力这一目标，在力学群课程的教学过程中，力学教学组实现了从单纯的课堂教学到兼顾课前、课中、课后的完整课程教学边界的转变，提高学生学习的主动性和创造性。

2.1 理论创新——教学观念的改变，以提高学生自主学习能力为中心

从提高学生的学习兴趣和学习参与度出发，依托丰富的线上课程学习平台，构建了以培养学生自主学习能力为中心，完整的课前+课中+课后有机结合的线上线下混合课程教学内容实施体系。学生在课前根据学习任务和目标，利用线上教学资源进行预先自主学习，提高学生自主学习能力；利用线上教学，开展直播讨论、答疑、课堂测试、作业提交等，提高学生的学习参与度，检查学生的自主学习情况；利用线下教学，解决较难理解的知识点和工程实例，提高学生对课程难点的学习和理解水平，同时培养学生的工程意识和创新性思维；采用过程化考核评价方法，科学评价学生在各个环节的学习情况和知识掌握情况，有效提高课程的教学效果。

同时，在知识的传授与接收两个方面，注重做到以下两点。

2.1.1 注重程序性知识的传递

力学教学组创新教学理念，将教学方式从传统的陈述型教学升级为程序型教学，注重陈述型知识传播的同时，培养学生对工程实际问题的解决能力。通过练习，学生可以在头脑中形成知识和任务的联结，熟练应用在相关情景任务中，实现从“知识传递”到“能力培养”的梯次递进，确立“知识传递—融通应用—拓展创造”的梯度教学目标。

2.1.2 知识的传授是一种互动引导

知识的传授不是简单的机械灌输过程，力学教学组注重与学生的互动，使学生在接受知识的同时，将知识与现实生活中的事物联系起来，教师传输的知识既包括长期教学过程中积累的经验，也包括实践教学活动中积累的经验。

2.2 实践创新——强化学生的工程意识，培养学生的力学思维方式

在本课程的教学内容中，以面向工程应用为目标，注重基本理论与工程实际问题的有机结合，在强调工程背景和工程应用的前提下，重组教学内容，将工程实例贯穿课程始终，着力培养学生的工程意识；在课堂教学中，综合采用引导式教学、类比法教学等各种教学方法，使学生掌握工程力学的理论研究方法和解决工程实际问题的应用方法，增强学生的求知欲和探索精神，着力培养学生的力学思维方式。

2.2.1 将理论力学、材料力学和弹性力学的内容进行联系、融合

开展课程群建设，面向学校的办学定位，凸显电力特色，紧扣电力系统中的力学问题，进行典型案例分析，将程序性知识传播方式贯穿到力学课程群的教学过程。

2.2.2 以竞赛促教改，进行力学课程建设

以竞赛考试范围作为课程教学目标，提炼教学内容，对基本知识精讲细讲，深化延伸竞赛试题中的典型案例分析，启发学生对知识的融合理解，提升学生的综合素质、创新精神和实践能力。

2.2.3 突破课堂教学方式，培养实践型人才

高等教育与工程技术认证相融合，获得全国计算机辅助技术认证项目（CAXC）考试点资质，鼓励学生参加“全国应用型人才培养工程体系”内的CAE 工程师、力学分析工程师和Ansys 有限元分析工程师的职业资格考试。

3 课程群建设的后续发展思路

3.1 加强课程思政建设和教学

力学课程群从三个维度进行课程思政建设：引起学生共鸣；激励学生产生学习内动力；能够促进学生对课程知识的理解、掌握、拓展以及深化。以力学课程为基础，在教学内容和教学方法中融入思政元素，达到“1+1>2”的效果，以调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣和爱国情怀。

3.2 促进教师教学创新和学生创新相结合

采用教师教学创新和学生创新相结合的新型教学模式。鼓励教师在启发式教学上下功夫，旨在启迪学生创新思维。通过教师的启发教学，鼓励学生利用所学知识，去发现和解决身边的力学问题，促进学生创新，指导学生申报发明专利；同时，学生的创新学习反过来可促进教师的教学创新，两者相辅相成。

3.3 强化以学促赛、以赛促学

在教学过程中，以上海电力大学力学竞赛、上海市力学大赛和全国大学生周培源力学大赛的个人赛和团体赛为重要载体，培养学生利用力学知识综合解决问题的能力，强化以学促赛、以赛促学的人才培养模式。

3.4 提高学生解决实际问题的能力

在教学过程中，采用案例教学方式，启发学生思考；对重大工程力学问题，采用国家和学校现有的虚拟仿真平台，进行仿真模拟；同时引导学生使用软件搭建力学模型，并对其进行静力学、运动学和动力学分析，从而加深学生对工程力学课程的理解，提高学生解决实际问题的能力。

4 结语

传统力学课程以理论知识为主，存在知识点比较固定、理论性强、难度较高等问题。在教学过程中，学生认为内容比较枯燥、学习难度大，导致上课效果不佳。为了解决这一问题，也让学生感受理论力学在工程实际中的重要性，在教学改革中，我校教研组教师紧跟时代，加入现代机械的工程问题，学生以有限元分析为手段，通过将工程中的问题转化为抽象的理论知识，反馈到其他工程问题中，形成“工程—理论—工程”闭环学习，提高学生学习兴趣和学习能力。同时，要持续更新工程实践模型，教师和学生同步学习，确保教学内容的先进性。