基于科教融合的机械类专业教学改革实践路径——以“工程力学”课程为例

陈蕊 李晔 王雪

黄河交通学院 机电工程学院 河南省焦作市 454950

1 引言

随着我国高等教育的发展，对高校所培养的人才质量的要求也越来越高。对于应用型本科院校来说，如何更好地将教学与科研相结合，使教研成果能够应用于科研领域，提高教师的教学能力与学生的动手操作能力，是目前急需探索解决的问题。大学的教研与科研是密不可分的[1]，通过科教融合不仅可以将课堂上的理论知识应用于实践，还可以将前沿的学术知识应用于教学过程中，完成知识到实际的转化，最终推动应用型人才的培养。

《工程力学》是高等院校机械专业必修的一门专业基础课程，主要研究物体机械运动的基本规律，以及构件的强度、刚度和稳定性的设计等内容。课程中含有大量概念与公式，学生学习兴趣不高，进行模型抽象比较困难，所以现在亟需给学生建立一个平台，让其有机会动手操作，将所学知识应用在实际中。

2 工程力学课程科教融合教学改革的意义

“科研要与教研相统一[2]”的思想最早应用于德国威廉·冯·洪堡创办的柏林大学，这是世界上第一所具有现代意义的大学，其将过去传统的以教学为主的教学模式，转化为教学与科研并重的模式[3-4]。在建设创新型国家的背景下，已经出台的多项重要文件集中提及科教融合的重要性。因此，教师在教育教学过程中，需要加大对科研平台的建设力度，加强对学生科研活动的指导，让其早进团队，提升学生的创新与科研能力。对于工程力学课程进行科教融合教学改革的意义具体如下：

（1）拓宽学生视野，激发学习热情。在工程力学课程授课过程中，积极融入国际先进地科研成果，拓宽学生视野，激发学生求知欲，提升其学习热情。

（2）培养学生创新意识，提高学生的科研创新能力。通过工程力学大赛，选拔优秀学生进课题、进科研团队，培养其分析与解决复杂工程问题的能力，不断提升学生的创新意识和实践能力。

（3）打造《工程力学》金课，完成一流课程建设。将学科研究的新进展融入到课程教学过程中，及时更新教学内容，开展实施探究式教学与混合式教学，提升学生的学习兴趣与积极性，努力打造《工程力学》金课，完成一流课程的建设与教学应用。

3 工程力学课程科教融合的现状及存在的问题

对于应用型本科院校来说，教学与科研的失衡是目前面临的首要问题，主要表现在两个方面：一方面，部分教师过于重视教学而忽略了科研，虽然进行了深入的理论教学，但没有将科研融入教学，即使融入也是生搬硬套的讲解给学生，课程缺少创造性，导致学生大都是纸上谈兵，实践能力非常不足；其二，部分教师为了获取学校提供的科研奖励，将自身工作重心全部放于科研，本末倒置，给教学工作带来了极大的负面效应，严重的降低了教学效能。

《工程力学》是一门专业基础课程，理论性较强，适用面较广，通过课程学习能够使学生掌握力学的基本理论和方法，并能够利用力学的知识解决实际工程问题。通过研究发现，教师纯讲授只有一成的知识量能够被学生吸收，研讨式教学会有三成的知识量被学生吸收，而科研实践类教学则有超过七成的知识能够被学生吸收。[5]培养学生的创新能力，除了提高其记忆、理解能力以外，还需要培养他们分析和解决问题的能力。对于应用型本科院校理论性较强的课程来说，如何将基础知识应用于实践，利用他解决实际工程问题，是目前面临的主要问题。

4 工程力学课程科教融合的具体措施

4.1 整理科技前沿资料，拓宽学生眼界

根据课程培养方案，结合课程实际特点和培养要求，指导学生对相关学科的论文和资料进行学习，结合已有的科研资源，开展课内教学与课外实践相结合的模式[6]，培养学生的创新和探究能力，提升学生的综合素质和能力，拓宽学生视野。

4.2 以学生为中心，创新课堂模式

在课程教学过程中不断融入教师的科研成果，更新教学内容，通过现代信息技术创新课堂内容，同时积极在超星平台上创建资源，然后进行翻转课堂实践。在教学过程中，逐步形成课堂、实践与信息技术相结合的“三维一体”教学模式。

结合教师已有的科研成果，针对工程力学课程的三大重要问题（强度、刚度和稳定性）的案例，逐步实现以学生为中心的创新课堂教学模式。在教学过程中，先在线上布置相关案例的分析任务，让学生自行进行分组；课上组织学生小组讨论与展示，提高学生的学习兴趣和学习热情，同时培养学生在获取知识的过程中解决复杂问题的能力，不断提升课程的挑战性和创造性；课下进行疑问解答，使其能够更好的获取知识。

4.3 通过科研项目驱动，引导学生进团队

基于课程重点内容的要求，以本学科科研经历丰富的教师为指导，开展课程研讨激发学生探寻的热情，进而开展针对性的科研活动，积极申报各类项目，引导学生进入课题、实验室和科研团队，参与科研活动，通过科研反哺教学[7]，更新课程实践教学内容，增设设计性实验，培养学生的创新能力与团队协作能力。根据科研团队的成果，优化思路，将相关内容引入课程，开展问题导向的深入研究，促进课程体系的不断发展完善。

4.4 优化现有实验设备，建设科研创新平台

调研、分析现有实验场地及设备，根据一流课程要求，以课程资源库建设为基础，以创新人才培育为目标，以科研平台承载实践教学，通过与校内校外研究人员与团队的交流，不断加深合作，激发创新思维，从而解决实际科研问题，完成科研平台的创新。

4.5 使用项目为依托，完成实验探究学习

传统的《工程力学》实验一般开设有拉伸与压缩实验，以及扭转实验两个相对独立的实验，学生很难将相关参数联系起来，很容易形成为了实验而实验的情况，导致实验报告参数相同，实验教学的效果不理想。在教学过程中，课程组相关教师依托纵向或横向课题，对实验进行分析整理，在实验过程中，让学生自主完成实验方案的设计，同时分小组使用实验仪器，实验过程中让学生自己分析实验现象，然后实验结束后统一在班级中讲解自己的实验过程，以及在此期间遇到的问题。通过实验，可以加深学生对工程力学课程和相关实验问题的认识，“寓教于乐、科教融合”。

4.6 以力学竞赛为抓手，促进专赛创一体化

为完成工程力学课程建设与教学改革，需要借助力学竞赛这一助力，激发学生的学习兴趣，提高学生的力学建模创新能力，探索专业课程教育和创新教育的融合，提高其影响力和辐射面。在《工程力学》教学过程中，引入相关的力学竞赛，开创专业和创新教育融合的教学形式。力学竞赛的相关内容是教学内容的补充，不仅能够提升学生的专业能力，还能培养学生的创造性，从而完成该教学理念的实践。

5 工程力学课程科教融合的教学改革实践

自从工程力学课程开展科教融合教学改革以来，学生在课程组教师的指导下取得了较大的进步。今后无论是参加工作或深造，创新意识的培养都将对他们的发展产生很大的影响。原来认为课程枯燥无味的学生，也在科教融合的过程中产生了极大的兴趣。

在本学期的教学中，课程组内教师不断强调实践的重要性，进一步加深科教融合的进程，提升学生的应用能力，从中获得的主要教改经验如下：

5.1 完成实验仪器的设计，指导学生在做中学

实验教学能够为理论教学提供实际支撑。根据课程实验大纲的要求，在2021-2022 学年第一学期，力学课程组的相关教师指导学生共同完成了扭转实验机的设计。随后在实验教学过程中，使用该扭转实验机完成了实验教学工作。扭转实验是工程力学课程中材料力学部分的重要验证性实验之一。通过扭转实验可以测定金属材料的剪切力学性能。对于机械专业的学生来说，在学习过程中经常会遇到“传动轴”等轴类零件，因此在工程力学课程的教学过程中需要通过扭转实验帮助学生深入理解轴类零件的受力特点。学生通过参与扭转实验机的设计，一方面可以加深自己对该部分知识的理解，另一方面能够提升自身的动手能力与学习兴趣，激发创新思维，解决实际的科研问题。后续计划带领学生设计其他课程所必须的实验器具，让学生能够更好的利用所学，不断提高学生的应用与创新能力。

5.2 开展工程力学实践竞赛，提升学生的综合素质

经过一年时间的筹备，黄河交通学院在2021-2022 学年的第一学期首次举办了“工程力学实践竞赛”，通过比赛能够培养学生的开拓、创新与协作精神，提高学生的力学应用能力，激发学习兴趣，发现创新人才，为学生提供一个展示自我的舞台。通过比赛选拔出的优秀学生将会代表学校参加全国“周培源大学生力学竞赛”，对他们来说也是一个提升自身综合素质及能力的良好契机。周培源大学生力学竞赛参赛人数众多，并且影响力和认可度都很高，参加竞赛可以扩展学生的知识面，提高学生的建模和计算能力，赛题的灵活性和创新性更有利于培养学生的创新能力[8]。教学以竞赛为支撑，构建模块化的教学体系[9]，可以反哺课程教学，让教师自主进行教学改革[10]，不断强化学生建模能力，最终提升课程的教学质量。

后续计划进一步提升工程力学课程的科教融合层次，与企业深度合作，不断整合学校与企业的优质资源，帮助企业解决实际生产中的遇到的力学难题，同时让学生参与其中，运用所学解决实际问题，使学校、企业与学生的三方均能受益，从而实现教学和科研的有机融合。

6 结语

本文结合学生专业发展要求，将前沿发展动态以及课程组教师的相关科研成果融入工程力学课程教学过程中。鼓励学生进课题，参加科研项目，培养学生的创新能力与合作精神，扩展现有实验设备与仪器，建设工程力学科研创新平台，推动科教融合，强化科研对教学的反哺作用，激发学生的学习积极性。今后课程组将一如既往的推动工程力学课程科教融合教学改革，使科研能够较好的服务于教学，同时计划培养一批适合国家建设需要的创新型人才梯队。