基于中法合作辦學《梁的線性理論》課程建設與改革

楊旭東

（中國民航大學中歐航空工程師學院，天津 300300）

摘 要：通過與法國工程師院校多年合作辦學，在學習理解法國工程教育模式的基礎上，文章以《梁的線性理論》課程為例，從教學目標、教學內容、教學方法、雙語化教學、實驗教學和評價體系幾方面總結課程建設與改革的一些措施。課程建設成果有助于促進教學質量和效果的提高，激發(fā)學生學習熱情，提升學生飛機結構的力學理論基礎和工程應用能力。

關鍵詞：法國工程教育；課程建設；力學理論

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）15-0117-03

Abstract： Based on the experience of co-schooling with French engineering colleges and the study of the French engineering education model， taking the theory of "Linear Theory of Beam" as an example， from the perspectives of the teaching objectives， teaching content， teaching methods， bilingual teaching， experimental teaching and evaluation system， this paper works out effective measures for curriculum construction and reforms. Those curriculum achievements contribute to raising teaching quality and results， stimulating students' enthusiasm for learning， improving students' knowledge on force theory of aircraft structure， and their ability for engineering application.

Keywords： french engineering education； course construction； mechanic theory

法國的工程師學院是以培養(yǎng)文憑工程師為目標的“大學?！保饧础按髮W中的大學”。這些學校位于法國高等教育象牙塔的頂端，始終保持著“少而精”的傳統(tǒng)，被稱為“工程師的搖籃”[1，2]。中歐航空工程師學院（簡稱中歐學院）是是國家教育部倡議創(chuàng)建、經教育部批準，我國航空業(yè)首次引進法國工程教育模式，由中國民航大學與法國航空航天大學校集團于2007年合作創(chuàng)辦的航空類精英工程師學院。在中歐學院同法方的教學團隊合作辦學授課的過程中，本人系統(tǒng)學習了法國航空工程師的教學理念和方法，并在歐洲航空航天領域著名的高等學府法國航空航空大學（ISAE）交流學習半年，進一步加深了對法國工程師教育的理解。

《梁的線性理論》是我院開設的本科生必修主干課程，教材內容主要對應國內課程《材料力學》，但是內容并不完全一致。《梁的線性理論》課程內容是研究桿、梁、以及薄壁結構在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩(wěn)定和導致各種材料破壞的極限。該門課程是我院飛機結構與材料方向的基礎課程，是學生后期學習飛機結構優(yōu)化設計與維修的重要知識基礎。在與法方合作教學的前期，該門課程由法國航空航天大學（ISAE）的Serge CREZE教授主講，本人負責助教工作；隨后我作為課程負責人承擔課程的主講工作，Serge CREZR教授轉為負責教學質量和效果的監(jiān)督。Serge CREZE教授為法國航天領域的資深教授，從事《梁的線性理論》課程授課30余年。同Serge CREZE教授共同合作授課多年，本人很榮幸得到了他的手把手指導，包括板書、PPT制作、授課進度控制、重點難點的生動講授等諸多細節(jié)，收獲頗豐。在這期間，也對課程存在的問題以及下一步的建設重點，逐步形成了自己的看法，以下為個人的一些認識和改進措施。

一、課程建設中存在的問題

（一）中法教學方式方法的差異

法國的工程師學院開設的課程靈活多樣，大綱和教學方法都是學校自己制定，教學課程的教學內容都是根據目前企業(yè)的需求不斷調整，并且針對航空工業(yè)的發(fā)展不斷更新。此外，授課明確區(qū)分理論與習題課，推薦采用小班（30人以內）教學，強調課堂與學生的互動，這些“精英式”教育模式都與國內教學方式有很大不同。因此，消化、吸收和掌握法國工程師教學的精髓，學習國際和國內的先進的工程教育理念方法，是課程建設面臨的首要問題。

（二）中法教學內容的差異

目前，在我國對于《梁的線性理論》教材大多采用高等教育出版社出版，劉鴻文、孫訓方等知名教授編撰的《材料力學》教材[3，4]。這些經典教材內容豐富、理論系統(tǒng)，在國內影響力大。而法國的力學課程體系具有自己獨特的一面，在力學概念的提出，符號和公式的表達，解釋問題的思路上，中法教學內容均有所區(qū)別。此外，法方提供的教材和課堂授課均采用法語，對其內容的準確理解與把握也很重要。因此，如何在準確掌握法國教材和理念的同時，學習國內的優(yōu)秀教材，整合吸收中法教學資源，優(yōu)化教學內容，使學生能夠順利與后續(xù)法方模式下的工程師課程銜接，并且滿足工程技術人才走向未來工作崗位的需要，這是課程建設面臨的另一個難題。

二、課程建設的改進方案

（一）教學目標的明確

課程的教學目標為：基于法國的教學教材和授課模式，結合我國的優(yōu)秀教材，建設面向“卓越工程師”培養(yǎng)的《梁的線性理論》課程，優(yōu)化教學內容，改進教學方法，加強實驗教學，完善評價體系，并積極推進課程的雙語化建設。課程的教學旨在使學生能夠熟練地解決力學方向的問題，培養(yǎng)獨立分析思考、團隊協(xié)作的能力。

（二）教學內容的優(yōu)化

基于法國合作院校的教材以及經典的中文教材，在與法方外教以及教研室內部充分討論的基礎上，對教學的內容進行進一步的補充與優(yōu)化，增加與民航工程應用背景緊密結合的力學實例，使教學內容飽滿充實（如圖1所示）。具體內容如下：

1. 強化彈性力學基礎：在課程第一章回顧并強化彈性力學知識，這樣使學生能夠站在彈性力學的高度，重新審視材料力學中梁的拉、壓、剪、扭、彎的應力與變形問題，對力學問題的認識將更為深刻。

2. 以自然坐標系為框架統(tǒng)一定義內力與應力符號：面向民航專業(yè)背景，授課過程中分析的飛機部件如機身蒙皮、機翼前緣等均為曲面結構，而目前教材中常用的直角坐標系在飛機結構力學分析時具有局限性。因此，基于自然坐標系定義內力和應力符號，具有明顯的優(yōu)越性，同時也避免了不同教材之間符號混亂的問題。

3. 貫穿以應力、應變分析為主線的教學體系：該思路目前在法方教材一直有體現，但是還不夠突出，將在每章開始以應力和應變的關系推導出軸力、剪力、彎矩、扭矩的各個章節(jié)內容，并且將應力-應變關系以矩陣形式呈現，目的是易于同計算機應用編程對接，為學院后續(xù)課程《有限元方法》做好知識鋪墊，同時符合課程的國際化發(fā)展趨勢。

4. 貼近民航背景：《梁的線性理論》教材作為工科的基礎主干課程，在國內高校一般需要同時面向機械、材料、土木、建筑等多個專業(yè)授課，因此教材中考慮更多是工程結構件的一般形式，然而并未著重考慮民航院校學生未來主要面對的飛機結構的特殊性。例如，針對民航客機中存在的大量薄壁結構，如何進行薄壁件截面的剪力和扭轉分析？我們增加飛機結構密切相關的生動實例，激發(fā)學生結構力學分析的興趣，培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力。

（三）推動雙語化課程建設

隨著全球經濟一體化、教育國際化的迅猛發(fā)展和素質教育的深入實施，雙語教學越來越受到社會的關注。教育部《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中，“雙語教學”被列為主要觀測點之一，可見雙語教學水平已經成為衡量高等學校辦學水平的一項重要指標。另一方面，英語作為民航領域的標準用語，學生在未來工作中的日常溝通、維修手冊的使用和技術資料的學習都需要具備一定的專業(yè)英語基礎，特別是近些年我國民航業(yè)的快速發(fā)展迫切的需求大量能夠精通外語同時兼具良好航空專業(yè)素質的人才，這就對我校學生的雙語教學培養(yǎng)提出了較高的要求。目前基于法方外教的授課大綱與內容，以及參考國際經典英文教材[5]，該門課程采用的PPT課件、習題教學和結課考試均為英文，并且也已編寫了課程的全英文講義，在授課過程中嘗試采用中文結合少量英文口語授課的形式，初步積累了中英文雙語授課經驗。因此，針對課程準備進一步推動雙語化教學實踐，擬采取的措施如下：

1. 成立雙語教學研究小組：為確保雙語教學的順利開展，成立《梁的線性理論》課程雙語教學方案研究小組，團隊成員來自全校范圍內飛機結構與材料方向的優(yōu)秀教師。雙語教學小組著重進行雙語教學的改革研究，便于及時有效的解決雙語教學實施過程中遇到的實際問題。

2. 定期召開雙語教學研討會：為確保雙語教學小組溝通的及時性和有效性，將每月定期召開雙語教學研討會，主要討論內容包括：課程雙語教學內容的改革與優(yōu)化，考察雙語教學的實施進展，制定雙語教學效果考核方式，對教師授課方式方法提出建設性意見。

（四）教學方法改革

在學習和借鑒法方工程師教學培養(yǎng)的基礎上，結合中歐學院學生的特點，主要從以下幾個方面開展工作：

1. 案例教學：目前國內力學課程授課一般是將基本概念和練習題在一堂課同時穿插講授，這樣做的優(yōu)點是課程內容緊湊、豐富，缺點是課堂完全由教師引導，學生缺乏自主思考和理解的機會與時間。本課程在教學過程中明確區(qū)分理論課和習題課，理論課集中講授定義、概念和公式，而在習題課圍繞1～3個貼合民航背景的力學案例，引導學生利用理論知識進行案例的自主分析解答。該教學模式的優(yōu)點是：以案例為驅動模塊化教學，授課層次和內容清晰，容易調動學生學習的積極性，使學生快速搭建基本理論框架，教師也能在課堂及時掌握學生的理解程度。

2. 小組合作：在全部理論和習題課程授課結束后，提供給學生一些復雜的飛機結構部件受力問題，讓學生以2～3人的小組為單位，運用課堂學到的知識，自己思考、自己組織、互相合作解決民航工程背景下遇到的實際問題，最終上交英文的研究分析報告，在報告中需要注明每人在小組中的分工和作用。通過這一過程，將極大增強學生對知識的實際運用和團隊合作能力。

（五）課程實驗教學的加強

工程師培養(yǎng)體系的基本理念是教會學生如何學習，使學生的創(chuàng)新能力、獨立分析和解決問題能力在實踐工程訓練中得以提高。特別是針對《梁的線性理論》課程的高水平的基礎理論教育應該與具體的實踐經驗結合，而這種經驗又有賴于學生在學習階段的各種實踐活動。因此，應該使專業(yè)理論知識和實際操縱技能在內容和培養(yǎng)中保持協(xié)調一致。目前，已開設了與課程配套的“材料扭轉實驗”，實驗中采用了鑄鐵、低碳鋼和鋁合金三種板材，通過理論講解、實驗演示與學生動手操作，形象生動的向學生解釋了等軸圓柱截面剪力分布這一抽象問題，取得了良好的教學反饋。此外，進一步開展“飛機結構應變與強度實驗”，對于飛機典型簡化結構件進行加載，讓學生親自動手操作儀器，測試和記錄結構不同位置的應力-應變關系，并同理論計算結果進行對比。這些實驗課程的陸續(xù)開發(fā)，有利于加深學生對于相關理論知識的理解。

（六）評價體系的完善

由于課程授課材料均為英文，存在大量專業(yè)英語詞匯，同時授課對象學生的英語水平參差不齊，難免會存在部分學生由于語言的障礙不能完全領會和理解課程精要，學習吃力，出現成績掉隊的情況。因此，進程性考察學生對知識理解程度，可以更加合理的控制授課進度。此外，及時考核學生所學知識的運用程度也是課程建設效果的重要反饋。在實際操作過程中，避免了對學生采用傳統(tǒng)的單一試卷考核，而采用課堂考察、分階段考試、團隊考察、結課考試等多種考核方式，綜合評定學生的成績。通過在課堂習題授課時的過程性評價，能夠及時獲得學生學習過程中的需要，激發(fā)學生學習積極性和主動性，鞏固教學效果。此外，讓學生以2～3人的小組為單位，運用課堂學到的知識，互相合作解決民航工程背景下遇到的實際問題，最終上交英文的研究分析報告，在報告中需要注明每人在小組中的分工和作用。通過這一過程，將極大增強學生對知識的實際運用和團隊合作能力。在結課閉卷考試中，采用全部為綜合應用題的形式，循循誘導學生解決實際工程結構件問題，這避免了選擇、判斷等題型學生存在僥幸得分的情況，能夠更真實的反應學生的實際水平。未來將進一步引入問卷調查的形式，讓學生評價教師的教學效果，提出存在問題及改進建議，這些調查結果將有利于課程的持續(xù)改進。

四、結束語

通過上述針對《梁的線性理論》課程建設的改進措施，有助于促進教學質量和效果的提高，激發(fā)學生學習熱情，提升學生飛機結構的力學理論基礎和工程應用能力，目前已經取得初步成效。此外，在教學實踐過程中，本人將根據課程的授課效果和反饋，不斷的對教學方式和方法進行持續(xù)改進，目標將《梁的線性理論》建設成為精品課程，也能夠為我國中外合作辦學下力學課程的建設和改革提供一些經驗和借鑒。

參考文獻：

[1]陳家慶，韓占生，郭亨平.法國的高等工程教育及其發(fā)展趨勢[J].高等工程教育研究，2008（4）：27-32.

[2]黃春香.法國近代高等工程教育發(fā)展研究[J].教育研究，2007（3）：37-39.

[3]劉鴻文.材料力學（I和II，第五版）[M].北京：高等教育出版社， 2011.

[4]孫訓方，方孝淑，關來泰.材料力學（I和II，第五版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]Ferdinand P B， Johnston E R， Dewolf J T， et al. Mechanics of Materials（Sixth Edition）[M].New York - United States： McGraw-Hill，2012.