教學與科研結合的力學課程的設計探索

余志紅

【摘 要】為適應科研促教學的目標，筆者結合中國勞動關系學院安全工程系的專業特點及學生的實際情況，提出了教學與科研結合的力學實踐課程的設計探索。利用工程力學實驗室的設備，引導學生積極開展自主創新實驗;與生活密切聯系，加強專業知識含量的課外活動的開展;積極倡導學生參與教師科研項目，加強科研能力的培養等實踐探索。實踐證明，效果不錯但仍需要在實踐中不斷探索，總結出符合專業特點和學生具體情況的一套教學體系，真正做到教學相長。

【關鍵詞】力學實踐課;教學改革;教學+科研;設計探索

中圖分類號： TG659-4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）06-0171-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.065

【Abstract】In order to achieve the goal of promoting teaching by scientific research，the author proposes a new basic mechanics teaching mode based on the combination of teaching and scientific research according to the special characteristics of the Department of Safety Engineering and the reality of the students.Specific measures include：（1） Using the equipment of engineering mechanics laboratory to guide students to actively carry out independent and innovative experiments.（2）Liaison with cooperative enterprises，strengthen the development of horizontal research project， lead students to visit front-line and study，carry out on-site teaching， support enterprises to carry out，inor technological transformation;（3）actively advocate students to participate in teachers'scientific research projects，act as research assistants， encourage teachers to establish small scientific research teams， and lead students to apply for new scientific research project. Practice has proved to be effective in some sense， but it still needs to be further explored through practice， summed up the basic mechanics teaching methods which suit the professional characteristics and the specific situation of students， and truly benifit both teaching and learning.

【Key words】Mechanics practice course;Teaching reform;Teaching + scientific;Research design

著名科學家錢偉長曾指出，“教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育”。高校教師除了認真教授課本知識之外，還應該關注前沿的學術成果，充實到自己的課堂，為學生架起課本理論知識與最新研究應用之間的橋梁。為實現這一目標，許多的高校從教學質量的評估、培養方案的修訂、教師考核標準等方面作出了很多的研究與實踐。工程力學課程的教改研究一直都是各個高校研究的熱點。一部分研究是將計算機軟件仿真技術引入課堂。例如有文獻將CAE技術引入力學課堂教學，引入數值仿真軟件作為輔助教學手段，能對教材的理論知識加以驗證和引深[1]。有文獻開展基于SPOC混合教學模式的設計[2]。有文獻對工程力學實踐教學改革做了研究，在實踐教學管理、教學內容、質量評定等方面提出了具體措施[3]。工程力學的實驗模型、分析方法及計算理論都是來源于工程實際，有很大的優勢開展創新和探索能力的培養。但現行的力學實踐課程多半是輔助理論課，驗證經典理論，增加感性認識。開展工程力學教學與科研相結合的力學實踐課程少之又少。課題組嘗試以教授的工程力學實踐課為例，探索教學與科研結合的力學實踐課程的設計。

1 當前基礎力學教學模式的現狀分析

《工程力學》是高校工科專業的一門專業基礎課。有較強的理論性，但又與工程實際和現代生活有著緊密的聯系。這門課程的重要任務之一是讓學生在學習力學知識的同時接受工程和科研意識的啟蒙和培養[4]目前現狀及不足如下：

（1）課程涉及各種變形的強度和剛度公式的推導計算，應力狀態的分布及復雜應力狀態的強度問題，邏輯性比較強而且抽象。對沒有經過任何專業訓練的大二學生來說是個挑戰，如何激發學生的興趣，使所傳授的力學知識更容易掌握和理解，離我們的學習生活更接近，是教師們面臨的難題。

（2）為解決學生的動手能力和創新能力，學院和系部鼓勵教師開展實踐教學。中國勞動關系學院工程力學實驗室建立于2009年，有液壓萬能試驗機、扭轉試驗機、純彎梁實驗裝置以及沖擊試驗臺，為我系學生完成工程力學實驗貢獻了力量。但目前實驗室主要服務于學生的課程驗證性實驗，創新性實驗很少。

（3）學時壓縮嚴重。在全國高校學分減少的氛圍下，我校工程力學課時也大大減少。其中實踐學時更是嚴重不足，沒有專職的實踐教學教師，基礎課程實驗內容的設置問題等等都造成了實踐環節的弱化。

2 教改措施

針對當前工程力學課程教學過程中的不足，筆者在教學過程中不斷摸索，對工程力學的教學進行了一系列改革，提出了一種以“教學與科研相結合”為導向的創新型教學模式。

2.1 利用工程力學實驗室的設備，引導學生積極開展自主性、創新型實驗

通過調研完成實驗室設備的采購和更新，設計實踐課的內容體系，增加綜合性實驗和創新性實驗的設置。在講授梁的彎曲變形時，之前我們配置的實驗僅僅是一個純彎梁的正應力電測法的驗證，知識點有靜態電阻應變儀測試系統的工作原理;電測應力分布的實驗方案等。

在實驗進行過程中完全照著實驗指導書，不需要思考細節問題，實驗本身也只是理論教學的一點皮毛。在力學實踐課的改革探索過程中，我嘗試做了如下改進：

（1）開展變支撐梁力學行為實驗，增加了懸臂靜定梁和固定端鉸支梁的變形分析;

（2）靜定結構和超靜定結構的力學特性變化分析。

內容較之前實驗難度有所增加，題材新穎，但工程背景清晰，力學模型也簡單。學生完成起來并不是特別費勁，但因增加了思考和設計的環節，不再是照著實驗大綱一步一步走，還是能明顯感覺到學生的這個興奮和完成后的成就感。

2.2 與生活密切聯系，加強專業知識含量的課外活動的開展

這也是我們課題組積極推動的一項工作。真正讓學生動起來，讓他們能把學到的理論知識應用到實踐中來。重視力學教育過程中的實踐教學，可以培養學生的動手能力和創新性思維，進而使學生在學習過程中勇于探索。我們先后與河北涿州三家企業簽訂了參觀實習基地，在系部開展各種滲透專業知識的課外活動。例如一年一度的“安全在我心中”知識競賽;紙質橋梁模型設計的科技創新活動等等。在課堂上給大家布置了橋梁模型要求及材料要求，并帶著學生對模型結構進行了力學性能分析和結構力學分析。

任務布置以后，學生小組上交不僅上交了作品還撰寫了實驗分析過程和承壓實驗分析，學生的創造力非常棒。他們在結構分析的基礎上還進行了設計方案分析。

學生還進行了加載實驗，記錄了逐級加載過程及各桿件破壞情況及橋梁變形撓度，進行了破壞形式分析。

學生反映通過此次活動不僅對課本的理論知識有了新的認識，而且鍛煉了他們的創新思維，提高了動手動腦能力和解決問題的能力，更懂得了團隊合作的重要性。

2.3 鼓勵學生申報科研項目，積極倡導學生參與教師科研項目

在教研教改和科研實踐中，課題組充分考慮與專業方向的融合性，考慮學生在大三和大四年級可能要參與的學生科研活動和本科畢業設計，讓課程具有延續性。在低年級的力學課程上，我有意識地給大家介紹了實驗室的設備及可開展的試驗項目及當前相關研究進展。讓部分學生能夠從低年級的學生科研到高年級的的畢業設計具有連貫性，即從調研論證、設計仿真到實施調試。所以在力學課程的設計中選擇相應的適合的素材，而不是將工程試驗或者專業的實驗簡單的搬到基礎課的實驗室中。通過畢業論文，學生相當于經歷了閱讀中外文獻、選題、創新、實驗、計算、結果分析整理等從事一個課題研究的全過程，其動手能力和創新精神有明顯的提高。

3 效果評價

通過連續兩屆學生的課程設計及實踐嘗試，還是很有效果的。首先在實驗課的過程中，學生有了挑戰自己的機會，也感受到了設計完成項目的喜悅，這對后期的開展真正的科研工作還是有影響力的。其次，在大三的學生科研活動中也有5位同學選擇在我們原來創新實驗的基礎上繼續前行的。在畢業設計過程中也有3位同學選擇工程力學與安全工程結合的選題。在之前的若干屆學生中是很少見的，工程力學僅僅是他們四年大學學習中的一門專業基礎課，學分拿到即可。

4 結語

盡管在我系力學實踐課程的探索實踐中取得了一定的成績，但在培養高素質、創新性人才過程中，還需系部各個層面的努力。就我們課題組而言，我們要不斷地向其他院校學習，堅持“知識-能力”，“教學-科研”和“基礎-專業”三個層面的改進和創新。

【參考文獻】

[1]李麗君，許英姿.CAE軟件在力學教學與實踐中的應用[J].《實驗技術與管理》.2010（10）：23-26.

[2]叢蕊，唐友福，陳淑艷，蕾娜，王晶.基于SPOC混合教學模式的“工程力學”教學改革研究.價值工程。2016（28）：177-178.

[3]徐飛鴻，陳浩軍，喻小明，李君.構建材料力學系列“三性”實驗，培養學生創新意識和綜合實踐能力[J].實驗技術與管理，2007，（10）：197-200.

[4]謝芝馨，錢颯颯.工程力學教學實施創新教育的研究.高等建筑教育，2013（12）1：38-40.