基于微信平台的“工程力学”课程教学改革探讨

丁俊 孙建强 汤历平 陶春达

［摘 要］ 随着网络技术及智能手机的普及，基于网络的课程教学方法也在不断改进，利用学生对新鲜事物的兴趣，提高学习动力和学习效率。“工程力学”是各高等学校工科专业的重要基础课程，就基于微信平台的“工程力学”课程教学改革进行讨论，从“工程力学”课程的教学现状、二维码教材、展示工程实例、结合工程研究热点，以及课后延伸和改进等几方面进行分析，从而锻炼学生的力学思维，提高学生解决工程实际问题的能力，培养合格的工程力学人才。

［关键词］ 工程力学；二维码教材；微信；网络；教学改革

［基金项目］ 2022年度西南石油大学校级教改项目“工程力学课程思政融入课堂教学全过程的方法途径探索与实践”（X2021JGYB019）

［作者简介］ 丁 俊（1983—），女，浙江东阳人，博士，西南石油大学机电工程学院讲师，主要从事固体力学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）12-0085-04［收稿日期］ 2022-04-20

引言

微信（WeChat）是腾讯公司于2011年推出的一个为智能终端提供即时通信服务的免费应用程序。随着信息技术的不断成熟及智能化手机的逐渐普及，以及腾讯公司10年来的不断推广与改进，微信已成为智能手机的标配。随着微信聊天、朋友圈及微信支付等功能的盛行，微信提供的公众平台及微信小程序也逐渐为广大用户所熟悉和使用。“工程力学”是高等学校机械、材料、环境和石油等专业的重要基础课程，具有内容多、学时相对较少的特点。如果仅依靠课堂教学，讲解内容非常有限，学生知识面比较窄，对力学问题的理解不够深刻。本文借助微信平台以手机为终端的网络教学，探讨“工程力学”课程的教学改革。基于微信平台的网络辅助教学方式不受时间和地点的约束，只要学生有意愿学习，随时随地都可以进行学习，使得学习更为灵活，学生也可以利用一些碎片时间进行学习。利用这一平台，可以提高学生学习兴趣和学习效率，优化学生学习目标，可以拓宽学生的知识面，建立完整的工程力学知识体系，培养力学思维，提高学生利用力学方法解决工程实际问题的能力。

一、“工程力学”课程现状

一直以来，“工程力学”是石油工程、油气储运、材料成型与控制工程等专业学生必修专业基础课程之一，是各高校的经典课程。“工程力学”主要包含静力学和材料力学两个部分的内容，是研究物體在外力作用下的机械运动以及变形与破坏规律的学科，是应用力学的入门课程，“工程力学”课程的教学目的和任务是向学生介绍固体力学的基本理论和力学分析的研究方法，使学生了解构件强度、刚度和稳定性等基本概念，培养学生的分析计算能力、动手能力和设计研究能力，培养学生力学思维和素养以及工程意识，使学生具备一定的解决工程实际问题的能力，也为后续其他课程的学习提供坚实的基础。

“工程力学”是一门理论和实践性较强的课程，传统的教学方法是教师课堂教授为主，以板书或者PPT的方式进行教学。随着现代教育技术的发展，我校入选国家“双一流”建设高校名单。为适应创新性人才培养的需要，要对传统的“工程力学”课程教学方法进行改革。“工程力学”课程网络教学平台很多，有中国大学MOOC、QQ腾讯课堂、QQ腾讯会议、超星直播、钉钉直播等，教师可根据各自班级的特点和实际条件选择合适的平台，虽然整体的网络教学取得了一定的效果［1］，但单一的网络教学仍存在一定的缺陷。网络教学是隔着屏幕上课，不是教师与学生之间的面对面教学，教师与学生之间的交流必然受到影响，而且受网络滞后等因素的影响，教师与学生之间的互动既费时效果又不佳。所以，我们深切地感受到“工程力学”课程采用单一的网络教学并不是一个理想的选择。综上所述，课堂授课与网络教学的结合是“工程力学”课程比较合理的教学方式。

二、工程力学教材应用二维码

传统的工程力学教材都是以文字和图片为基本元素进行编排，学生在预习或复习时遇到难点和重点问题，往往无法理解透彻，心中会产生很多疑问，此时学生往往会到图书馆查找其他参考书籍，或者查找相关网络视频寻求解决问题的方法，而这种方法最大的缺点就是耗费时间，使学生的学习兴趣大大降低，导致后续的学习效率不高。为解决该问题，可在传统教材的基础上设置二维码，学生通过微信扫描相应问题的二维码可直接进入网络课堂进行学习，观看相关内容的教学视频，而不必耗时查阅资料。根据具体内容，可以将每个专题录制成10～20分钟的短视频，有助于学生自主学习及课后巩固复习，让“工程力学”课程的学习变得更有趣、更高效。近些年，有不少新闻报道，越来越多的教学课本中应用了二维码。华中师范大学的军事理论课教材《普通高等院校大学生国防教育读本》就采用了二维码，使学生可以随时随地学习军事理论知识。马文蔚［2］的《物理学》第7版利用二维码，配合视频与动画，衔接主教材与教学辅助教材的相关内容，使学生身临其境地学习物理，满足不同学时、不同层次的学生的使用需求。在教材中应用二维码，可以让枯燥的学习变得有趣，提高学生的学习效率，是寓教于乐的教学方式。近几年，也有不少教师着手改版原有的传统的工程力学教材，相信在不久的将来，学生会大量使用附带二维码的工程力学教材。

三、教学内容的删减与拓展

（一）教学内容的删减

当今世界的科技研究与发展速度非常快，知识更新也很快。为了更好地为国家和社会培养科研型和应用型人才，必须在传统教材内容的基础上进行更改，删去一部分陈旧的或与其他学科交叉重复的内容。另外，要根据学生的专业适当调整教学内容。比如，针对土木专业的学生，其教材应为其详细介绍截面核心的内容，而面对机械专业的学生，此部分内容可以作为课后的自学内容，不必占用有限的课堂学时。

（二）教学内容的拓展

由于“工程力学”课程基本概念多，公式多，内容较为抽象，虽然大部分学生能顺利通过期末考试，但实际上许多学生对力学概念并不清晰，无法以工程中抽象的力学模型解决实际的力学问题，即缺乏用理论知识解决工程实际问题的能力。网络平台为学生提供了更多的学习方式，所以可以通过以下几个方面提高学生的学习动力与兴趣，增加学生对工程实际案例的了解，提高学生用理论知识分析解决实际问题的能力。

1.典型的工程案例展示。“工程力学”课程的授课过程通常是先进行理论推导，然后再借助具体的例题进行应用和分析；然而，由于学生缺乏工程的实际认知和经验，以原有的知识体系很难深刻理解推导过程中涉及的一些重要概念，容易导致学生认为力学理论枯燥、抽象，从而对学习失去兴趣和动力，产生抵触和排斥心理。传统的教学模式通常会在每一章节的开始介绍一些工程实例，引导学生了解工程实际在生活中的应用；但是由于课堂学时有限，且近些年课堂学时不断被压缩，所以课上无法深入分析工程的具体案例，导致学生无法体会理论学习与生活及工程的密切关联，也无法激发学生的学习兴趣和内驱力，难以培养学生独立思考问题和解决问题的能力。

通过微信公众号，可以精选一些工程案例，将每个案例做成5～10分钟左右的小视频，对其中的难点和重点讲透彻，引发学生对工程问题的深度分析与思考，鼓励学生用力学的思维与方法提出问题、解决问题，从而激发学生强烈的求知欲，充分调动学生的主观能动性。另外，可以借一些典型案例分析具体的力学失效原因，比如美国的塔科马大桥和加拿大魁北克大桥等，从材料力学篇章的强度、刚度和稳定性三方面来分析大桥倒塌的具体因素，同时进行思想政治教育，警示学生，作为未来的设计师和工程师，要学好专业知识，培养工程素质和应用能力的同时，也要有自己的道德底线，成为合格乃至优秀的工程从业人员。

2.基于工程软件的工程实例板块。随着科技的不断进步与发展，有限元软件在工程及科学研究中的作用也越来越明显，土木、机械、力学及石油等专业的许多本科毕业生需要应用有限元软件解决毕业论文中的关键问题。可在微信公众号中设置通过ANSYS、ABAQUS、ADAMS等工程常用软件解决工程问题的案例专题。譬如，用有限元软件模拟手机的跌落损伤、环形薄壁压力容器的应力分析、穿甲弹有限元分析等比较有趣的案例，使学生更真切地了解如何从实际的工程问题中提取并建立合理的力学模型，拓宽学生的知识面，提前了解工程软件的应用和功能，从而提高学生学习的主动性和兴趣。

3.工程研究热点的专题展示。针对当前实际工程的热点问题和学术前沿的研究内容，结合“工程力学”课程的具体教学内容和知识，引入最新的力学研究成果，在微信公众号中以专题形式向学生展示相关的研究成果。比如，设置棘轮行为的研究进展专题，罗列相关的参考文献及具体研究成果，引导学生关注目前的热点问题，提高学生检索资料的能力，引导学生思考棘轮行为与单向拉伸性能及疲劳性能的差异；设置新一代手机采用的柔性电子屏的研究进展专题，可以对研究中与本门课程相关的知识尤其是能量法进行梳理，使学生了解科学研究可以改变世界，对所学的工程力学知识产生敬畏、崇拜，而不是认为所学无用的态度和思想，促使学生产生主动学习课程的内驱力及好奇心。对工程中的研究热点和焦点进行专题展示，可以拓宽学生的视野，了解科研动向，提高学生的学习兴趣和能力，培养探索精神。

4.力学家的介绍。在“工程力学”课程的学习中，学到胡克定律时一般会介绍英国科学家胡克，在介绍拉压变形时会提到泊松，学习圣维南原理时介绍圣维南，涉及压杆稳定时介绍欧拉，但由于课时有限，无法深入介绍科学家，以及科学家对本门课程的具体贡献，只能简单概括，并不能深入讲解。借助网络，可以在微信公众号中设置力学家专题，收集力学科学家勇于探索的真实故事、科学名言及图文资料等，以及其对力学的具体贡献，制作5～10分钟短视频并配上音乐，让学生在崇拜科学家之余，深刻了解并学习科学家的求实精神、创立精神和奉献精神等，进而促进学生将学而不倦、敢于人先、不轻言放弃、迎难而上等科学精神运用于生活、学习和成长的过程，领悟工匠精神。

四、课后延伸的改进

（一）实施并完善网上作业

我校有比较成熟的工程力学网站，上传有教学录像及课件等教学资源，但是作业大多是书面作业，且以计算题为主。传统的作业方式存在三个问题：一是学生习惯计算题的解题思路，对一些基本概念和性质的理解不够透彻和精准；二是从教师布置作业，学生完成后集体上交，到教师批改完再下发，需要的时间较长，有时甚至长达一周，导致学生丧失了对原有知识点查漏补缺的兴趣，忽视作业更改的情况，无法及时更正作业中的错误；三是教师需要花费较长时间重复性地批改工作。随着科技的发展，教师可借助微信公众号发布作业，包括选择题和是非判断题。网络作业内容和形式的丰富化与多样化，使学生多角度地了解工程力学中的一些基本概念和原理，督促学生积极完成作业。通过无纸化作业，学生可以随时提交，教师也可以随时批改。除计算题和简答题需要教师直接批改，选择题和是非判断题可借助电脑自动批改，学生可以及时获得作业反馈，积极改正错误，查漏补缺，更加牢固和及时地掌握基本概念，同时也缩短了教师批改作业的时间，提高了教师的工作效率，教师可以将更多的精力用于提高教学效果。

（二）班级错题库的建立

错题库是对已学知识进行梳理，是重点和难点的集合，也是实现系统化学习的重要途径。针对不同学时不同专业及不同的班级建立与作业配套的错题库。教师在每次批改作业后，对习题中学生所犯的错误进行总结、歸纳和梳理，找出学生学习的薄弱环节和知识点。在微信公众号上分章节拍照上传学生易犯的典型错误，并备注错误原因和对该知识点的正确理解，附上正确的求解过程。在纠正错误的同时，强化学生对基本概念的理解。不同专业的学生基础不同，对工程力学中的知识点的理解也不同。每个班级应建立自己的错题库，更有针对性，学生可把握学习重点，大幅提高学习效率，使期末复习更加高效。此外，也可整理和归纳学生的不同解题方法，举一反三，供其他学生参考学习，鼓励学生比较各种求解方法的优缺点，活跃学生的思维，掌握和理解不同的知识点，使各知识点前后结合。

（三）平时成绩的改进

根据教学大纲要求，笔者所在学校的“工程力学”课程平时成绩占30%，期末成绩占70%。30%的平时成绩包含15%作业成绩、5%的考勤成绩以及10%的试验成绩。对比例进行适当调整，可适当降低期末成绩的占比，适当提高平时成绩。将学生在微信公众号中的专题学习、错题本的观看等作为平时成绩的一部分，更全面地反映学生平时的学习状况。依赖于微信平台的信息发布和学习，后台可以追踪学生扫描二维码的相关数据，例如，每个短视频的扫描时间、扫描人数、观看时长，这些数据可以作为学生平时成绩的依据。除此之外，还可以根据学生观看视频的跳出比例、拖拽起点、回看视频、观看时间分布等，充分了解学生对哪些视频感兴趣，对哪些内容不熟悉，使教师更好地了解学生对各种知识的兴趣和关注度，更有针对性地改善教学方法。教师还可利用微信扫描二维码进行课堂点名，节约教师检查学生出勤的时间，及时掌握每堂课中学生的缺席情况，同时也便于课堂考勤和成绩统计。

結语

随着科学研究的进步，为满足社会和国家对综合型设计师和工程师的需求，要改进工程力学教学。通过采用二维码教材，拓展教学内容，如通过增加工程实际案例分析、有限元分析、学术界研究热点与工程力学知识的联系、增加力学家专题等提高学生对工程力学的整体认知，更好地理解理论知识，加强用理论联系实际并解决实际问题的能力，做到活学活用，激发学生的学习兴趣和内驱力，培养工程素质和应用能力，为学生将来参加工作真正从事工程项目奠定坚实的基础。

参考文献

［1］陶春达，王丹丹.新冠肺炎疫情下的工程力学网络课程教学实践及思考［J］.黑龙江教育（理论与实践），2020（11）：17-19.

［2］马文蔚，周雨青，解希顺.物理学［M］.7版.北京：高等教育出版社，2020：56-126.

Discussion on Teaching Reform of Engineering Mechanics Course Based on Wechat Platform

DING Jun， SUN Jian-qiang， TANG Li-ping， TAO Chun-da

（School of Mechatronic Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu，

Sichuan 610500， China）

Abstract： With the popularization of network technology and smart phone， web-based course teaching method was proposed and improved. Learning motivation and learning efficiency were improved by students interest in new things. Engineering Mechanics is an important basic course for engineering majors in universities. Based on Wechat platform， the teaching reform of Engineering Mechanics course was discussed. The present situation of engineering mechanics teaching， two-dimensional code textbook， showing engineering examples， engineering research focus and the improvement of after-class extension were analyzed to improve students mechanical thinking and their ability to solve practical engineering problems.

Key words： Engineering Mechanics; two-dimensional code textbook; Wechat; network; teaching reform