工程教育認證背景下工程力學課程教學改革研究

劉 楊，姚 征，夏冬生，孫先念，朱公志

（大連海事大學交通運輸工程學院 遼寧 大連 116026）

“工程力學”涵蓋理論力學和材料力學，是輪機工程、航海技術、交通運輸、能源動力等工科專業(yè)本科學生的一門專業(yè)基礎課程，也是與工程實際密切相關的主要課程之一。工程力學課程的建設，密切關系到學生的專業(yè)素質培養(yǎng)以及學科的建設與發(fā)展。

近年來，學界已經出現圍繞工程教育認證探究工程力學課程教學改革的分析。例如，顧永強等[1]以作者所在單位為例，探索了工程力學課程的教學改革方案。王磊等[2]首先明確了工程力學實驗教學改革的意義，其次以材料力學實驗為例，提出并介紹了通過設計與實施在線教育與線下教育相結合的混合實驗教學模式。張靖華[3]重點從專業(yè)認證理念、教學方法、師資隊伍、教學內容等方面，研究建設面向工程教育的課程體系的整體思路。趙靜等[4]以工程認證要求的12 項指標為基礎，指出了“工程力學”課程教學的問題和不足之處，進而建立了以“技術需求”為主線、以“課程思政”為依托的課程主體內容。崔揚和李萍[5]則提出要“以學生為本”、以“達成度目標”為教學成果指標，面向工程教育認證進行工程力學課程改革。

雖然近年來國內關于工程教育認證與工程力學課程教學改革的討論不斷增多，但截至目前研究仍然有限，在“新工科”和工程教育認證背景下，探究工程力學課程教學改革與創(chuàng)新路徑具有重要的現實意義。本文在上述現實背景下，以現有研究為基礎，結合工程力學及相關課程教學實踐中遇到的問題，進一步探究工程力學教學創(chuàng)新設計及其實踐路徑。本研究將有助于豐富現有文獻，力爭為提高工程力學課程教學質量、提高學生實踐素養(yǎng)和能力，提供可能的教學創(chuàng)新方案和思路。

1 工程力學課程教學的關鍵問題與解決方案分析

1.1 關鍵問題

第一，如何以培養(yǎng)學生實踐能力為目的，有機結合理論與實際。無論是在課程設置上還是教學實踐過程中，如果只重視理論教學、輕視實驗環(huán)節(jié)，便難以讓學生了解工程實際結構，難以培養(yǎng)學生的工程實踐能力，這也與新工科人才培養(yǎng)目標相悖。因此如何改變重理論、輕實驗的思維習慣，使理論教學部分與實驗部分緊密結合，便十分重要。

第二，如何選取合適的工程案例，激發(fā)學生學習熱情，以期加深學生對知識點的理解和掌握，提升學習效果。具體來說，教師課前如何提出問題、引發(fā)學生思考，從而激發(fā)學生的學習熱情；在授課過程中如何引導學生自主分析工程案例、進行小組討論，從而提高學生對課程內容的關注度，而不是用手機進行與課程無關的其他操作，這都是亟待解決的重要問題。因此，選取合適的工程案例、結合研討式教學方法引導學生的分析與思考，也是十分重要的問題。

第三，如何在授課過程中有機融合課程思政元素，激發(fā)學生科技報國的家國情懷。從理論上說，思政元素在工程力學教學中的融入，是在工程技術領域具體實踐中體現自然科學、社會科學與哲學的相互滲透以及支撐作用[6]。因此，如何進行課程思政，既達到增強學生學習動力、促進學生對工程力學課程知識點理解和掌握的效果，又能使學生深入理解社會主義核心價值觀和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的內涵，便是一個值得思考的問題。

第四，如何促進線上（例如“慕課”“雨課堂”等智慧教學工具）與線下課堂的融合、開展混合式教學?；ヂ摼W已經融入社會經濟生活的方方面面，亦促進了教育行業(yè)的深刻變革。具體來說，近年來依托于線上教學平臺，線上與線下混合教學模式不斷發(fā)展，有效彌補了以往傳統(tǒng)單純線下教學的不足之處。與此同時，如何促進線上線下教學活動的有機結合，開展教學設計，最大程度提高教學效果成為十分重要的議題。

1.2 解決方案

第一，加強實驗室軟件和硬件環(huán)境建設，以期促進理論與實踐的良好結合，充分提高學生的工程實踐能力。這一方案主要是為了克服前文所述第一個教學關鍵問題。具體來說，一方面是軟件環(huán)境建設。包括在實驗室配備電子屏幕和投影機，應用多媒體進行實驗教學；構建工程力學局域網；依托于有限元等計算機軟件，組織學生進行工程實踐的模擬與仿真等。此外可以通過局域網開通工程力學課程教學實驗應用系統(tǒng)，師生通過該系統(tǒng)可以實現及時的線上溝通與交流，圍繞實驗方案設計展開討論。另一方面是硬件環(huán)境建設。例如完善工程力學實驗室的環(huán)境和管理制度，以期最大程度配合教學理論知識點內容、培養(yǎng)學生的實踐與操作能力。

第二，引入案例教學方法，以問題為導向組織案例討論，同時注重與思政元素相融合，以期激發(fā)學生的積極性、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學生的愛國情懷、工匠精神和實事求是的科學素養(yǎng)等。這主要為了解決前文所述第二個和第三個教學關鍵問題。特別地，從工程力學課程學期內整個課程案例教學和課程思政的角度出發(fā)，采用“進階式案例”開展混合式教學能夠取得良好的教學效果，這在大連海事大學“雙一流”建設交通運輸工程專業(yè)的“材料力學”課程實踐中已得以體現。

第三，為了提高學生在課堂上的學習效率、提高學生在課堂上對課程內容的關注度，一方面可以通過前文所述案例分析，激發(fā)學生學習熱情，通過一些身邊的、與課程知識點緊密聯系的案例，吸引學生對課程的關注。另一方面可以適當設置平時分的“加分項”，例如在平時成績考核中，在學期內適當給予學生若干次在課堂中隨機回答難度較高問題的機會，以期提高學生課堂上的注意力和參與感。

第四，采用多樣化教學工具和手段提高教學效率、提升教學效果。以數字科技為主要驅動力的第四輪工業(yè)革命中，人工智能技術正在推動我國經濟轉型升級，也在推進教育高質量發(fā)展。具體來說，可以采用“互聯網+”混合教學模式，依托于“雨課堂”“慕課”等智慧教學工具和互聯網平臺，進行課前問題的布置、課堂隨機簽到和回答問題、線上平臺討論區(qū)探討實踐案例等教學活動。通過這種線上線下的混合教學模式，改變傳統(tǒng)教學模式，從而提高教學效率、提升教學效果。以大連海事大學交通運輸工程學院工程力學教研室為例，目前多位老師在線上教學平臺開設課程，包括夏冬生等老師在中國大學慕課平臺上開設的“工程力學”課程，朱公志等老師在中國大學慕課平臺上開設的“航海力學”課程，金蓉、鄭長良老師在智慧樹平臺開設的“工程力學”課程等，這些線上課程已運行多輪，自開課以來受到師生的廣泛關注，依托于該線上課程、通過線上線下混合式教學，已取得不錯的教學效果。

2 工程力學課程教學創(chuàng)新模式探究

在前文分析的基礎上，本文以“新工科”工程教育高質量發(fā)展為背景，面向“工程力學”課程工程教育認證，嘗試提出“一二三四”創(chuàng)新教學模式，力爭服務于工程力學課程的建設和發(fā)展，培養(yǎng)學生自主學習的能力，培養(yǎng)學生發(fā)現、分析與解決問題的能力，特別是增強學生的工程實踐能力。

“一”即“一條主線”，體現為教學內容、教學過程、教學方法與手段以及教學考核等方面，充分體現“以學生為中心”這一條主線。例如，在講授知識點時，強調教師的引導和協(xié)調作用，啟發(fā)學生自主思考、激發(fā)學生學習的積極性。對學生成績的評定方面，兼顧期末試卷成績考核、實踐報告成績與學生的平時表現，包括學生在課堂上回答問題時與教師和其他學生的互動，分析問題的邏輯性和辯證性思考的能力，以及理論聯系實際的能力等。

“二”即“兩個平臺”，體現為軟件環(huán)境和實驗室硬件的教學環(huán)境支撐。一方面建設軟件環(huán)境平臺，重視有限元軟件（如Ansys、Abaqus 等）、Matlab 等軟件在分析力學時的模擬仿真和工具作用。另一方面完善實驗室硬件條件，為方便學生實驗操作服務，促進提高學生的實踐操作能力。

“三”即“三個能力”，體現為教學過程中注重培養(yǎng)學生的自主學習能力、分析問題能力與工程實踐能力。例如，教學過程中避免灌輸式授課，而是通過拋出問題、結合案例引發(fā)學生思考和對知識的渴求，增強學生獨立思考的意識和能力。

“四”即“思辨思創(chuàng)”，體現為在學習掌握工程力學知識點體系的基礎上，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新應用能力，促進學生靈活地將理論所學應用到工程實踐中去創(chuàng)新思維，強調培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新精神。例如在學生實驗操作中，不僅涉及驗證性實驗，而且注意設計和引入扭轉、彎曲、組合變形的實驗，由此在增強學生對知識點理解和掌握的同時，促進學生自主探索、創(chuàng)新且靈活應用理論的能力，以及團隊協(xié)作的精神。

3 結論

面向工程教育認證探索“工程力學”課程教學改革創(chuàng)新模式，有助于推進新工科建設、高等工程教育發(fā)展，從而培養(yǎng)大批創(chuàng)新型、多樣化的卓越工程科技人才，為我國參與國際競爭提供智力和人才支撐。本文在分析工程力學課程教學過程中容易出現的關鍵難題的基礎上，提出相應的解決措施，并嘗試提出“一二三四”教學創(chuàng)新模式及其主要實踐設計，力爭為“新工科”和工程教育認證現實背景下工程力學課程的教學創(chuàng)新模式探究提供一點新思路。在今后的教學工作中，作者將繼續(xù)向前輩教師學習，不斷總結反思、摸索前進，為增強學生工程實踐和創(chuàng)新能力以及力學學科的建設與發(fā)展不斷努力。