“工程力学”的教学现状与改革探索

张智聪，吴 丹

（文山学院 人工智能学院，云南 文山 663099）

“工程力学”是工程专业的专业基础课程，该门课程由静力学和材料力学两部分内容组成，目前文山学院共有五个专业开设该门课程。通过该门课程教学，使学生掌握基本理论知识，并与工程实践相结合，解决实践问题。但随着社会的快速发展，传统的“工程力学”教学方法已无法满足社会需求，为了培养应用型专业人才，课程的教学改革迫在眉睫。

1 “工程力学”教学的现状及存在问题

1.1 教学学时缩短，教学内容增加

随着我国高等教育的制度、模式、战略等多方面深入改革，旨在淡化专业、夯实基础，最大程度发挥学生的学习主观能动性，因此，高校普遍性大大减少学生课时总量和单门课程课时[1]；同时，无论是“卓越工程师计划”对工程专业学生的培养要求，还是“天大行动”“复旦行动”“北京指南”等对“新工科”建设提出的跨学科融合培养模式，都无形地增加了学生的学习内容和对基础知识的掌握程度。在这种改革创新的教育时代里，许多教师无法在缩短学时的情况下按质按量完成教学内容，结果造成课程讲授不是蜻蜓点水就是填鸭式教学，无法达到教育改革的目标，使学生产生畏学厌学的扭曲心态。

1.2 教学方法落后，实验设备不足

为了保证学生能够理解记忆“工程力学”中繁琐的公式，课程教学时以板书讲授为主，教学进度慢，工程案例展示和教学难点涉及较少；由于课程教学内容深度不足，学生和教师任务重，则课后作业数量少、难度低；此外，文山学院的教学经费与研究型高校的办学经费差距较大，目前校内仅有几台力学试验机，能够做一些简单的验证性实验，无法进行综合性实验和设计性实验。种种因素导致学生学习效能感低，教学质量不佳，无法达到教学目标，“一学就会，一做就错，考前突击，考后就忘”的情况严重。

1.3 学生底子较差，学习积极性低

文山学院与研究型高校在生源质量上也存在一定的差距，在制定教学目标时，学院往往会参照研究型高校，但很难取得相应的教学效果。主要原因在于我校学生的数学、物理等基础课程功底薄弱，且因中学教育差距影响，大部分学生的想象力和空间感较弱，难以理解“工程力学”中的结构受力状态和应力分布。尽管教师会适当增加图片、视频等教学素材，但无法将所学知识用于实践或生活中，导致大部分同学仅能就题解题，无法将工程案例与力学模型进行相互转化，从而对力学课程缺乏学习动力，积极性较低。

1.4 考核方式单一，缺乏实践考核

文山学院普遍存在教师队伍数量不足、结构不合理的现象，且教师队伍中绝大部分教师的工程实践较少或没有，很容易形成重理论而轻实践的教学思维。因此，“工程力学”课程考核方式主要以期末考试为主，虽能检验学生的基础理论知识的掌握，但无法检验学生是否具备将理论知识运用于工程实践中的能力。这样不仅有碍于培养应用型专业人才，而且不利于专业的建设和发展。

2 关于“工程力学”教学改革的思考

2.1 优化教学内容，合理分配学时

优化教学内容时，必须传承经典的理论知识，发展先进的工程技术，摒弃过时陈旧的工艺和重复的理论知识；分配学时时，必须综合考虑教学内容难度、重要性及学生的学习基础情况，合理分配，避免出现“失重”现象。

“工程力学”的教学内容大致分为工程静力学、材料力学、基础实验三部分。首先，工程静力学部分应占总学时的1/5，重点应为定理的理解和平衡方程求解约束力，难点应为实际工程结构简化为受力简图；其次，材料力学部分中的强度、刚度、稳定性和四个基本变形问题尤为重要，应该占据总学时的3/5。基础实验是学生了解材料基本属性的手段之一，根据实验可以验证教材中的结论，通过实践帮助学生理解记忆，并在教学过程中补充相应的工程应用，让实践与理论相结合，提高学生解决实际问题的能力，该部分应占总学时的1/5。

2.2 改革教学手段，引入智慧课堂

传统的教学方法以板书和讲授相结合，其优点在于讲解速度适中，推理过程详细，学生容易理解记忆，该方法始终应为主要方法。但应适当增加多媒体教学，将定理（律）、结论、模型及部分简单的公式推导通过多媒体进行展示，有效提高课堂效率。同时，可通过多媒体展示工程实例、三维静（动）态模型、动画视频等，提高教学过程中的可视性，让学生更容易通过感观的方式理解理论、记忆知识。

引入智慧教学平台进行教学和监控，培养学生良好的学习习惯，间接提高学生的学习主动性；另外，可将教学素材和录制成视频的作业解答，上传至智慧教学平台，学生可以反复进行学习解惑，并可通过教学平台的数据统计了解学生的学习状态。

2.3 增加工程实例，弥补实践缺口

针对我校的学生底子薄、眼界窄、空间感差和教师队伍缺乏实践经验的特点，教师可通过在授课过程中适当增加工程案例及工程实物图的方法弥补实践不足的缺口。根据调查发现，以工程约束为例，很多同学只知其名，不识其物，部分同学能够根据题意解答问题，但无法将工程实例中的结构转化为力学模型和受力简图，而且在转化过程中，如何确定荷载种类和形式对学生而言也是一个重难点。所以，在教学过程中，应注意理论知识与工程实例相结合，培养学生树立工程思维和空间思维。

2.4 将有限元技术与工程案例相结合

目前文山学院的实验教学条件有限，无法进行设计性和研究型实验；对结构和构件分析时，学生难以理解应力应变情况和稳定性失效情况，解答过程中经常表现出思维混乱。引入有限元技术进行数值分析，将有限元技术与工程案例相结合有如下优势：（1）能够弥补实验不足的缺陷，对工程案例进行模拟实验，了解案例中结构的力学情况；（2）可以提高学生对弹性模量、屈服强度等专业概念的深入理解，掌握各个参数在工程实践中的应用；（3）学生可以根据数值模拟结果观察结构中各个位置的应力情况，并通过动画的形式观察构件和结构在荷载作用下的整个变形过程，有利于学生的理解和思考，提高学习兴趣。

2.5 增加课程项目，实践检验理论

低年级学生因专业知识涉及较少，校内学习压力重，较难参加工程实践，为满足“卓越工程师计划”提出的要求，高等学校应重点培养学生的应用型能力，提高学生解决工程实际问题的能力和专业素养。因此，可根据“工程力学”课程性质适当增加课程项目实践内容，通过实际工程项目提出设计题目，并由教师根据学生情况搭配组队，利用课余时间根据设计要求进行理论设计，理论设计的刚度、强度及稳定性满足设计要求后方可制作结构模型，最终由任课教师对学生的结构模型进行质量检验。学生利用课余时间完成课程项目实践，不仅间接调动学生的学习主动性，锻炼其动手能力，而且能够检验学生对理论知识的运用情况，提高学生的专业素质和成就感。

2.6 改革考核方式，综合评价学生

考核方式的多元化不仅能体现出学生的基本理论是否扎实，还能够促进教师的教学改革水平。试卷考试是检验学生基本理论掌握情况的最好方法，但过度依赖试卷考试，则会造成应试教育下学生高分低能的情况。因此，对考核方式提出新的考核体系（见表1）。

表1 “工程力学”课程教改考核体系

通过该考核体系，一方面检验学生对基本理论知识的掌握情况，另一方面，体现了学生是否能够运用理论知识解决工程问题，同时也锻炼了学生的动手能力，激发其进行思考和创新，在实践中提高兴趣，并获得成就感。

3 结语

“工程力学”的教学改革正在分阶段落实，目前通过优化教学内容和合理分配学时，剔除部分占课时的细枝末节，留有空余时间对重难点进行详细讲解，有效提高了教学效率和效果；引入智慧教学平台和增加工程案例也取得了良好的效果，学生对课堂上不明白的内容进行反复学习，并将疑惑的地方截图请教老师，能够对简单的工程结构进行力学分析。将教学内容分段考核，不仅减轻了学生的复习压力，同时也及时有效地让学生掌握各阶段的知识点，避免知识“消化不良”而产生厌学心理。

教学改革是个持续改进过程，教师必须根据不同时期的不同社会需求调整教学方法，以培养学生理论知识和实践能力“双一流”为目标，激励学生进行工程创新，建立客观全面的评价体系，为社会培育高质量的应用型人才。