編寫系列教材，創建工程力學精品課程

章向明　楊少紅　胡明勇　黃方

[摘 要]教材建設是課程建設的核心和關鍵，是深化教學改革，全面推進素質教育，培養創新人才的有力保證。教材是人才培養中傳授知識和技能的重要工具， 是提高教學質量、培養合格人才的重要支柱和手段。教材質量主要體現在思想性、針對性、先進性、邏輯性、系統性和特色等幾個方面。創新內容理論體系和編寫系列教材能培養學員思維能力和工程意識。重視教材建設，編寫和出版具有海軍特色的高質量系列教材是創建精品課程的有力措施。

[關鍵詞]工程力學；教學改革；教材；素質教育；精品課程

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）05-0069-03

一、教材建設的重要性

教材是根據培養目標和學科任務，所編寫的具有一定范圍和深度的知識和技能體系的教科書，也可寬泛地理解為一切教學材料，包括教科書、講義、講授提綱、參考書刊、輔導材料以及教學輔導材料（如圖表、教學影片、唱片、錄音、錄像磁帶等）。教科書、講義和講授提綱是教材的主體。教材是體現教學內容和教學方法的知識載體，是進行教學的基本工具，也是深化教育教學改革，全面推進素質教育，培養創新人才的重要保證。一本教材的讀者可能是一萬、二萬甚至幾十萬，可以對人的一生產生重要影響，也可能影響幾代人的知識結構和思維方式。教材是教學內容和課程標準的進一步展開與具體化，它在一定程度體現了教育理念和方法。對教員而言，教材是教學的主要依據，是表達思想觀點、傳播專業實踐和理論知識的主要窗口；對學員而言，教材是系統地獲取知識、培養能力的重要工具，是了解和掌握專業知識的重要平臺。教材建設受教育思想、教育技術、教育方法和教育評價的諸多因素影響，其中最重要的是教育思想。教材是人才培養過程中傳授知識和技能的重要工具，搞好教材建設不僅是穩定教學秩序的重要環節，也是提高教學質量和培養合格人才的重要保證。教材建設的水平直接關系到學習的水平、知識的構建、能力的培養，關系到教學改革的成敗。[1][2][3]

二、我校工程力學課程特點及教材改革面臨的任務

1998年，為適應全國基礎力學教學改革的形勢，配合我校三大動力合訓的要求，我院首次將材料力學與理論力學合并，開設工程力學課程。工程力學是一門重要的技術基礎課，是理工科專業的必修課程。其研究物體機械運動一般規律及構件的承載能力，是后續課程和現代工程技術的理論基礎，還可直接應用于工程實際問題；對培養學員的基本能力、綜合素質、科學思維、創新能力和解決工程問題的能力都具有重要作用；為學員從事武器裝備一線工作，奠定必要的理論基礎和實踐能力。工程力學面向全校絕大部分專業開設，是軍、兵種核心課程，大多數專業開設80學時，少部分專業開設40學時。課程開設之初，教材采用《理論力學》和《材料力學》這兩本教材，但其內容繁雜，結構不甚合理，部分內容、公式、符號前后不一致，不能滿足課程教學的新要求，國內也找不到與我校課程相對應的教材。隨著我校教學改革的深入和我校培養任務的轉型，特別是兩級院校會議精神的深入貫徹，原來所選用的教材已不能適應培養海軍初級指揮軍官新的教學需要，必須對傳統的教學內容和課程體系進行改革，應該編寫有較強的系統性，內容和難度適中且能適應當前培養海軍新型人才需要的《工程力學》教材。教材中應增加一些創新性內容，增加一些與海軍高科技設備有關的問題和習題，教材應創新內容體系，緊密聯系海軍部隊實際，解決課程起點提高、學時短與相關專業對內容要求高的矛盾。只有將新的體系組織精選過的內容付諸教學，才能做到學時少、內容新、水平高、效果好；才能適應培養學員的創新能力，提高學員分析問題和解決問題的能力的需要，滿足我校學科特色和人才培養的教學需要。

三、編寫高質量基本教材，為課程建設提供基礎

教材建設是課程建設的基礎，是保證教學質量，提高教學水平的重要手段。為適應我校培養任務的轉型，適應培養海軍初級指揮軍官教學的需要，緊密結合海軍部隊建設實際，針對我校的辦學特色、層次和教學對象的學科特點，工程力學課程組編寫了具有海軍特色，融科學性、知識性、趣味性于一體的《工程力學教程》教材， 2007年2月由科學出版社公開出版并投入使用。2010年2月出版第2版，進一步加大了教材改革力度，以適應海軍工科專業要求，初步解決了海軍工科院校80學時工程力學的教學需要。在新的培養方案中，工程力學課程被列為軍兵種核心課程，擴大了教材的受益面。2014年12月在第1版和第2版的基礎上，為解決課程學時短、相關專業對內容要求高的矛盾，編寫組完成了《工程力學教程》第3版的修訂工作。教材第1版完成了有無問題，第2版修訂了使用過程中發現的錯誤，第3版解決了提質量、上檔次的問題。

《工程力學教程》是普通高等教育“十三五”規劃教材卓越工程師教育培養計劃-現代力學精品教材。教材以工程力學的基本概念和原理為主線，優化課程體系，重組教學內容，適應學時減少和提高起點的要求；層次分明，培養目標明確，完全符合我校80學時工程力學的教學需要，具有很強的針對性。教材多處內容屬于全新概念，體系完整，并具有以下特點：1.力求力學與數學的緊密結合，充分體現數學思想，深化力學問題的本質，引導和啟發學員運用數學工具分析力學問題的思維過程，做到啟發思維、誘導探索、學以致用，培養學員的科學思維能力，訓練學員的創造性思維。作者在多年教學理論研究的基礎上，獨創彎矩圖中彎矩極值大小及彎矩極值位置的確定方法，并給出數學上的嚴格證明。[4]同時，總結出剪力圖、彎矩圖畫法全新體系。[6]增強學員應用數學工具分析解決力學問題的能力，為后續課程的學習打下良好的基礎。引導和啟發學員運用數學工具分析力學問題的思維過程，使學員理解數學在力學體系中的真正作用。2.用數學原理認識力學問題的本質，創新工程力學理論新體系。靜力學是在4個靜力學公理的基礎上建立起來的。雖然這4個公理是人類長期生產和生活經驗積累的總結和結晶，但在引入靜力學的過程中，似乎有些突兀，特別是其中關鍵的“二力合力公理”過于牽強。編者從力的作用效果、力系等效和平衡的本質出發，給出了力和力系的作用效果的具體描述。并在此基礎上，證明了二力合力定理，二力平衡定理，還給出了力系等效定理，構建了靜力平衡體系的新框架[5]，把建立靜力學基礎的不加證明的、略顯牽強的4個靜力學公理變成經過嚴格證明的4個定理，力圖使靜力平衡體系的描述更完美、更合理。新體系將靜力學由3章內容改為2章，節約了2個學時的時間，適應減少學時和提高起點的要求。

四、編寫針對性強的學習指導書，培養學員的科學思維

工程力學課程介紹了大量的力學原理、基本理論和計算公式，只有經過大量的習題訓練才能鞏固和加深對這些知識的理解。為了幫助學員全面透徹地理解和掌握工程力學課程的基本概念、基本理論和基本方法，提高學員分析問題和解決問題的能力，我們組織編寫了《工程力學學習指導》，由科學出版社出版，有利于學員學習掌握基本教材的內容，幫助學員準確理解教學內容，靈活應用所學理論，提高解題技巧。[7]每章都由基本要求、知識要點、解題指導和習題解答這四部分組成。基本要求是簡要描述需要掌握的內容和對學習的要求。知識要點是以力學的基本概念和原理為主線，描繪課程的理論體系和教學內容的整體脈絡，使讀者理解和掌握工程力學的基本理論、基本原理和基本算法。解題指導給出了精選典型例題的詳細求解過程，演示運用課程基本原理解題的方法、技巧，分析歸納解題所應用的理論，解題的重點、難點、技巧和不同解法的優缺點和容易出現的錯誤等；力求清晰簡練，注意問題的分類和工程背景及分析問題的基本思路和方法。注重學員分析、解決問題能力的培養，特別是應用數學工具解決力學問題的能力。習題解答給出教材習題的最佳解答。解題指導和習題解答都給出了學員解題時需要遵循的規范步驟，通過演算過程及步驟體現解題的思路，每個等式都體現了一個思維過程，或是對概念、原理、方法理解的提示，通過解題過程強化對基本概念、公式和方法的理解，培養正確利用基本概念、基本理論和基本方法進行邏輯思維的能力和計算能力。

五、編寫難度適中的試卷庫，規范考試內容

考試命題是考試的核心內容，是檢驗和評判學員知識掌握情況的客觀尺度。因此，要根據教學大綱的要求，緊扣教材內容確定考試內容。命題要切合學員實際，難易適中，涵蓋面要廣，不能隨意降低命題標準。試題份量要適當，章節比例要合理。題量過小，內容過于簡單，不利于全面把握學員的學習情況，容易造成部分學員學習動力不足，甚至導致其蒙混應付；題量過大偏難，脫離學員實際，則易導致其產生畏難情緒和厭學現象。只有采用試題庫命題才能做到規范考試內容，實行科學命題。為落實高等教育實用性人才的培養目標，優化課程結構，提高技術基礎課的針對性、實用性，建設工程力學精品課程，提高教學質量，結合工程力學課程教學改革的實際情況，在我校工程力學教學改革和教學實踐的基礎上，結合多年的教學經驗，我們編寫了《工程力學考試題典》，由湖北科學技術出版社出版[8]，供我校工程力學課程結業考試使用。為規范課程考試內容和考核方式，課程結束后，我們會從試卷庫中隨機抽取一份試卷進行課程考核。試卷集共有30套試卷，每份試卷都由1道概念題和5道計算題組成。計算題涉及工程力學需要掌握的重點章節，概念題涉及工程力學全部章節。每份試卷都給出標準解答，需要遵循的步驟和應得的分數；通過演算過程和解題步驟體現解題思路，通過解題過程強化對基本概念、公式和方法的理解，培養學員正確利用基本概念、基本理論和基本方法進行邏輯思維的能力和計算能力。每份試卷難度基本相同，回避難題、怪題，大部分屬于基本題，重點考核必須掌握的知識而回避不必要的細節，突出工程力學的基本概念和基本內容，引導學員注重基本內容和重點內容的掌握，也有少量的技巧題，增加考核內容的梯度。貫徹“實用為主，夠用為度”的原則，重點考核學員對工程力學基本原理和方法的掌握，強化學員的工程意識。

六、編寫系列教材的實踐和效果

精品課程建設包括建設一流教員隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等內容，是高等學校教學質量與教學改革工程的重要組成部分。我們結合學科特點，提出了以教材建設為抓手，創建精品課程的思路，編寫了系列教材。在教學實踐中，我們貫徹課程標準的要求，以系列教材為基礎，完成了相應的電子教案、多媒體課件和網絡課程及網上交互練習系統，極大地提高了課程教學的軟硬實力。主教材《工程力學教程》獲海軍優秀教材二等獎，軍隊級教學成果三等獎；工程力學課程相繼獲大學優秀課程、海軍優秀課程一等獎和海軍重點建設課程立項；在培養方案調整中被列為軍兵種核心課程，進一步擴大了系列教材的應用范圍。2013年力學教學團隊獲大學優秀教學團隊建設立項。系列教材的應用對提高教員的業務能力發揮了較大的作用，迅速提高教員的授課水平和授課效果。近3年來，課程組的大學督導組聽課優秀率達到近70%。連續3年，青年教員以教材內容為基礎參加大學青年教員基本功競賽分獲十佳第1名、第7名和第9名，1名教員獲海軍課堂授課質量獎，1名教員獲全國徐芝綸力學優秀教師獎。系列教材的應用訓練了學員的科學思維，極大地提高了其綜合分析和解決工程實際問題的能力。2010年學校組織學員參加首屆全國大學生基礎力學實驗競賽決賽，在理論超出我校課程標準的情況下，我校學生獲得了團體二等獎的好成績。2011年組織學員參加第8屆全國大學生力學競賽，獲1個三等獎和4個優秀獎。

七、結論

教材是教學的主要依據，是教學改革和教學研究的重要成果，教學改革要通過教材建設具體體現，反過來，教材建設又推動和促進了教學改革的發展。通過教學改革實踐，我們深深體會到，教材建設和實踐是深化教學改革，提高教學質量的重要支柱和基礎。教學內容的更新絕不只是簡單的更新陳舊的知識，更重要的是要更新本門課程，特別是教材的體系、結構，以及蘊含在教學中的教學方法。教材建設必須在內容和體系上有所創新，以提高學員的綜合素質，培養創新意識和創新能力。我們必須重視教材建設，編寫和出版具有海軍特色，并與綜合大學地位相稱的高質量教材，為創建精品課程提供重要支撐。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 方治華.以教材建設為抓手 創建工程力學精品課程[J]. 中國冶金教育，2010（13）：12-13.

[2] 王雪軍.高校教材建設改革之我談[J].經濟研究導刊，2001（13）：252-253.

[3] 高世杰.教材建設及編寫的實踐與體會[J].哈爾濱職業技術學院學報，2008（1）：53-54.

[4] 章向明.彎矩圖中彎矩極值的確定[A].第14屆全國結構工程學術會議論文集[C].2005：508-511.

[5] 章向明. Superficial discussion on new framework of static e？鄄quilibrium [J]. Applied Mechanics and Materials Vols. 670-671，2014：691-695.

[6] 章向明，王安穩，施華民主編.工程力學教程[M].北京：科學出版社，2016.

[7] 章向明，王安穩，施華民主編. 工程力學學習指導[M].北京：科學出版社，2015.

[8] 胡明勇，章向明，施華民主編.工程力學考試題典[M].武漢：湖北科學技術出版社，2014.

[責任編輯：劉鳳華]