“互联网+”背景下“工程力学”教学改革的探索与实践

杨洁 张明月 杨兰

摘  要：工程力学是高校不同工程学科专业的一种关键的专业基础课，是后续课程学习的基础。本文分析了当前工程力学课程的实际状况和存在的问题，提出了使用自主研发的辅助教学软件，在教学过程中达到课堂和课后与学生的通畅沟通，引进工程案例，转变课堂教学方式，激励和引导学生参与力学竞赛以及改革考核模式等手段，开展工程力学课程综合改革。

关键词：互联网+；工程力学；教学改革

中图分类号：G420    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）17-0181-04

作者简介：杨洁（1981—），女，硕士，沈阳城市建设学院高级工程师，研究方向为建筑结构力学分析、结构体系的选型研究；张明月（1981—），女，硕士，沈阳城市建设学院土木工程专业教研室主任，副教授，研究方向为工程结构抗震研究；杨兰（1980—），女，硕士，沈阳城市建设学院高级工程师，研究方向为混凝土结构设计、高层建筑结构设计、BIM及智能建造技术。

“工程力学”是高校不同工程学科专业的一种关键的专业基础课，是后续课程学习的基础，是基础课与专业课连接的枢纽，是学生面对专业的引导课程。因此，本课程在不同工科院校中具有诸多开课的院系，学生涉及范围大，必须进一步深入分析本课程教学中存在的一些问题，并且提出部分有效改革手段。为了使学生在本课程学习过程中存在的一些常见问题得到解决，助力学生攻克难关，必须进一步掌握工程力学这门承上启下的课程的基本内容和精华，为后续课程专业学习奠定基础。

一、“工程力学”课程的现状及问题

“工程力学”课程关键涉及理论力学与材料力学两方面的内容，共计56学时，其中，40学时为讲授，16学时为实验课。理论力学仅包括静力学的内容，关键对刚体的简化和平衡规律进行分析，材料力学方面包括可变形固体的受力与变形间的关系，从最简单的拉（压）、扭转、平面弯曲这几个基本变形出发，一直到复杂的组合变形和压杆稳定，从简单到复杂，逻辑缜密。有效地学习本学科对于培养学生运用力学知识分析和解决具体技术问题的技能起着关键作用［1］。然而，目前国内多所高校“工程力学”领域的教学面临着教学课时数不断压缩，而教学内容和教学要求不断提高的局面。目前，在各高校开展工程力学课程通常存在以下问题：

1. 由于本课程自身理论性相对较强，具有诸多公式、定理，在学习时必须利用高等数学、大学物理等前导课程为基础。当学生在前导课程的学习过程中出现了不足，必定使“工程力学”的学习与掌握产生困惑，导致这部分根底差的学生出现畏难思想，从而出现自暴自弃的想法。教师怎样在教学过程中指导和帮助这些学生是一个非常关键的问题［2］。为了对本课程学生的学习难点和感受进行进一步的了解，本研究对往届学生进行了问卷调查。反馈回来的调查结果显示：有18%的人认为该课程的难度非常大，有44%的人认为难度很大，前两种加起来为62%，32%的人认为难度一般，只有6%的人认为这很容易。本次调查数据表明，“工程力学”课程在学生的学习过程中，大部分难以消化，需要任课教师与当前的技术措施相结合，依赖互联网普遍推广的适宜条件，使用多种措施帮助学生突破学习中的困难，尽量调动大部分学生的学习积极性，保证大部分学生跟上课程步伐不落伍［3］。

2. 由于课程教学大纲设置的内容诸多，教学课时受限，教师顾不及设置习题课，将学生组织起来进行诸多练习，对于学生对知识的消化吸收存在一定的影响。工程力学该门课程本身具有很强的实践性，必须辅以相应数量的练习方能进一步实现理解与熟练利用基本力学的概念和方式。所以需要改革的重点之一就是如何加强实践，如何与学生在课外进行答疑解惑 与交流。源于学生调查问卷当中显示的问题分析：在工程力学课程中，学生通常对课后作业不够注重，问卷呈现独立自主完成的比例不到50%。最大的问题源于学生在完成课后练习的过程中面对难以解决的问题，不能够利用自身能力使问题得到进一步解决时，无法实时得到进一步的帮助和引导［4］。许多学生要么复制东西，要么忽略它们，不予理会。如此这样，课后作业的效果就大大降低，不能实现其应有的助于学生理解基本定理和公式，并进一步熟练使用的效果。

3. 如今，该课程的考核模式依旧基于期末闭卷考试，一次考核成绩显然难以准确显示学生在学习过程中的表现。所以，必须对考核的方法进行相应的调整，提高过程性评估和学生实践能力权衡的准确性。教师应在常规教学过程中定期进行阶段性评估，这在一方面能够促使学生实时消化和理解课程内容，在另一方面能够进一步综合客观地评价学生的整体素质和学习效果，使得学生的评价更准确且科学［5］。

二、工程力学课程教学改革的具體举措

（一）教学资源的数字化与在线化

1. 教学课件和教材的数字化处理。将课程教材和教学课件转换为电子版，可以使用各种办公软件或电子出版工具进行制作和编辑。这样可以方便教师对教材内容进行更新和修订，也可以方便学生进行在线查阅和下载。

2. 视频讲解和实验模拟的制作与共享。教师可以将课程中的重点知识点和难点进行录制视频讲解，并上传到视频分享网站或在线教育平台上，方便学生随时随地进行学习。同时，可以开发虚拟实验平台或模拟软件，让学生进行在线实验模拟和操作实践，提高他们的实践能力和动手能力。

3. 建立课程网站或在线教育平台。通过建立专门的课程网站或在线教育平台，将教学资源进行整合和发布。可以在上面发布教学课件、视频讲解、实验模拟等教学资源，学生可以通过注册账号进行访问和下载。还可以在平台上开设讨论区或在线答疑，在线解答学生的疑问和困惑，促进教学互动和学术交流。

4. 开展在线课程和远程教育。利用互联网技术，可以开设基于互联网的在线课程，让学生通过网络进行学习和参与。可以采用直播课堂的形式，实时给学生进行讲解和答疑。还可以录制课程视频，让学生根据自己的空闲时间进行学习。此外，可以引入远程教育的方式，让不同地区的学生都能参与到课程学习中来。

将教学资源数字化和在线化，使其可以随时随地进行访问和使用。这样不仅方便学生进行学习和复习，也方便教师进行教学内容的更新和修改。同时，互联网平台的建立和使用，能够促进教学互动和学术交流，提升学生的学习效果和学习体验。

（二）创新教学模式的探索与应用

通过引入在线学习工具和虚拟实验平台，结合多媒体、动画和互动性强的教学内容，培养学生的自主学习能力和问题解决能力。可以组织在线讨论和团队合作活动，提高学生的互动交流和合作能力，激发学生的学习兴趣和积极性。

（三）考核方式的创新与改进

传统的课堂考试方式不再适应“互联网+”背景下的教学模式。可以采用开放式作业、实践项目报告、在线测验等形式，全面评估学生的学习成果和能力。同时，利用数据分析和学习管理系统，对学生的学习情况进行实时监测和个性化辅导，帮助他们更好地提升学习效果和水平。

（四）建立行业合作与实践平台

与相关企业或工程项目合作，开展实践教学活动，让学生亲身参与真实工程项目的设计与实施过程，加强理论与实践的结合。同时，通过与行业专业人士的交流和合作，向学生介绍最新的工程力学应用和发展趋势，提高他们的工程素养和职业能力。

以上举措旨在充分利用互联网和现代信息技术手段，优化“工程力学”课程的教学效果，提高学生的学习体验和专业能力，使其更好地适应和应对互联网时代的需求和挑战。

三、工程力学课程教学模式的发展趋势

（一）混合式教学模式

混合式教学模式是一种将传统课堂教学与在线教育相结合的教学方法。通过利用互联网技术和在线学习平台，学生可以方便地获取课程资料、观看教学视频以及参与在线答疑与讨论。传统课堂教学则更加注重培养学生的互动、实践和问题解决能力。

在混合式教学模式中，学生可以通过在线平台预习课程内容，并在课堂上与教师和其他学生进行互动交流。教师可以事先录制教学视频或提供在线教学材料，供学生在自己的节奏下进行学习。这种灵活的学习方式可以帮助学生根据自身的学习进度和学习风格进行学习，并提供更多学习的机会。传统课堂教学在混合式教学模式中仍然扮演重要角色。课堂上的教学重点更加注重学生的互动和实践。学生可以在课堂上与教师和其他学生进行讨论、合作解决问题，从而加深对知识的理解和应用能力的培养。

混合式教学模式的优势在于充分利用了在线教育的便利性和互联网技术的创新能力，同时保留了传统课堂教學的互动性和实践性。通过线上线下的教学资源共享和互动交流，混合式教学模式为学生提供了更加灵活、多样化的学习方式，同时提高了教学效果和学生的学习动力。

（二）开放式教学资源

开放式教学资源是指利用互联网技术和开放教育资源，为学生提供丰富、多样化的学习资源。教师可以通过网络共享课程教案、教学课件、实验数据等教学资源，学生可以根据自己的需求选择并使用这些资源进行学习。开放式教学资源的共享和利用能够打破传统课程的限制，给予学生更大的学习自主权和深度探索的机会。学生可以根据自己的学习进度和兴趣选择与之匹配的资源，并进行自主学习和深度探索。他们可以根据自己的学习风格和学习习惯，选择阅读、观看教学视频或进行相关实验等方式进行学习。

（三）实践导向的学习

在未来的工程力学课程中，学校将更加注重培养学生的实践能力。传统的课堂教学模式已经不能满足学生对实际操作、问题解决和创新实践的需求。为了提供更真实的实践环境，学校将引入虚拟实验室、仿真软件和实物实验等方式，让学生能够在课堂上进行实际操作和实践活动。

通过虚拟实验室，学生可以在计算机模拟环境中进行实验操作，探索不同场景下的力学现象和工程问题。这种虚拟实验的方式不仅能够降低实验成本和风险，还能让学生在错误中学习，提高问题解决能力。仿真软件的使用将提供更加复杂的工程力学模型和环境，帮助学生进行系统级的分析和设计。通过与虚拟实验室结合，学生能够在模拟环境下进行实践探索，调整参数、观察变化，达到更深入的理解和学习效果。除了虚拟实验和仿真软件，学校还将鼓励学生参与实物实验。实物实验将提供真实的工程场景和设备，让学生亲自进行实际操作和观察。这种方式可以帮助学生将理论知识与实际应用相结合，培养他们的实践能力和创新精神。并且通过实践导向的学习，学生将有机会在课堂上积累实际操作经验，提高解决实际问题的能力，培养创新思维和动手能力。这种学习方式能够更好地满足工程力学专业的需求，使学生更好地应对未来的工作挑战。

（四）异地协作与互动

随着互联网技术的发展，异地协作与互动已经成为现代教育的一个重要方面。在工程力学课程中，学校将利用互联网技术，将不同地区、不同高校的课程资源进行整合和共享。通过搭建跨校、跨地域的合作与交流平台，学生可以与其他学生进行线上协作，共同完成实验报告、项目设计等任务。

利用在线协作平台，学生可以不受时间和空间的限制，与其他学生进行实时交流和讨论。他们可以共同解决问题、分享心得体会，相互学习和提高。通过互动交流与合作学习，学生能够拓宽自己的视野，了解不同地区和学校的工程力学研究和实践应用。此外，在线平台还可以提供资源共享功能，学生们可以共享教材、学习资料和实验数据，充分利用各校的优势资源。这样的合作与交流平台将为学生提供更广阔的学习空间和合作机会，促进彼此之间的学习与成长。而且通过异地协作与互动，学生可以克服时间和空间的限制，拓展自己的学术圈子，与不同背景和经验的人进行合作，提高自己的思维能力、沟通能力和合作能力。这种跨校、跨地域的合作模式将培养学生的全球化意识和跨文化交流能力，为他们未来的工作和发展打下坚实基础。

（五）数据驱动的个性化学习

随着大数据和人工智能技术的发展，数据驱动的个性化学习已经成为教育领域的一个研究热点。在工程力学课程中，学校将通过数据分析和学习者建模技术，对学生的学习情况、兴趣爱好进行深度分析，推送个性化的学习资源和学习计划。

通过对学生学习情况的分析，系统可以根据学生的学习进度和表现，为其推荐适合的学习内容和学习资源。学生可以根据自己的学习需求和兴趣進行学习内容的选择和学习节奏的调整，更加高效地进行学习。此外，在学习者建模的基础上，系统还可以为学生提供个性化的学习计划。根据学生的学习目标和兴趣爱好，系统可以为其设计合适的学习路径和学习项目。这样的学习计划可以帮助学生更好地规划学习时间和资源，提高学习效果和效率。数据驱动的个性化学习将为学生提供个性化的学习体验和学习支持。学生可以根据自己的学习特点和需求进行学习调整，充分发挥自己的潜力和优势。这种学习模式不仅能够提高学生的学习兴趣和动力，还能够更好地满足学生的学习需求，提升学习效果和效率。

总之，未来工程力学课程将更加注重学生的实践能力培养，通过虚拟实验室、仿真软件、实物实验等方式提供真实的实践环境；利用互联网技术搭建跨校、跨地域的合作与交流平台，促进学生之间的异地协作与互动；通过数据驱动的个性化学习，根据学生的学习情况和兴趣爱好推送个性化的学习资源和学习计划。这些措施将有效提升学生的学习效果和能力，培养他们成为具有实践能力和创新精神的工程力学人才。

四、结语

“工程力学”是高等院校工程专业的一门重要课程，它对培养学生的逻辑思考能力、分析和解决问题的能力具有重要意义。“工程力学”在新时期进行课程改革，应抓住当今网络与智能手机的潮流，改变教学理念，不断优化教学手段、改进评估方法，注重培养学生自主学习和创新能力。这是一个长期的过程，教师、学生、学校要齐心协力、循序渐进地调整和改进，使“工程力学”成为学校优秀本科教学的样板，为学校的建设作出自己的贡献。

参考文献：

［1］ 张树翠，赵卫兵. 以工程教育认证为导向的工程力学教学改革研究［J］. 教育教学论坛，2020（03）：104-105.

［2］ 李新领，张世芳. 《工程力学》教学中存在的问题及教学改革的探讨［J］. 当代教育实践与教学研究，2016（03）：179-180.

［3］ 郭勇. 信息化背景下的工程力学教学改革措施［J］. 高教学刊，2019（14）：124-126.

［4］ 董茹，杜鹃，刘聪. 现代工程教育理念下工程力学课程教学改革［J］. 价值工程，2016，35（30）：175-176.

［5］ 刘燕，杨少红，胡明勇，等. 以力学竞赛促进工程力学课程教学改革探讨［J］. 高等建筑教育，2016，25（02）：57-60.

（责任编辑：胡甜甜）