設施農業科學與工程專業基礎課程《工程力學》教學改革探索

趙彩虹 任毛飛 李蒙 陳娟娟 朱贊彬 張燕 張祖成 龔守富

摘 要：設施農業科學與工程是傳統農業與工程建造創新融合的學科，《工程力學》作為設施農業科學與工程專業的必修課程，在以往僅學習農業種植管理的基礎上，引入該課程能夠使學生具備從事設施農業的規劃與設計、建設與生產、經營與管理的能力，從而培養應用型、復合型高級園藝人才。《工程力學》是一門理論性、系統性的課程，具有課程理論多、計算難、公式多、剛體變形抽象、不易理解等特點。為此，調整課程結構、創新教學工具、借助“互聯網+”的優勢、融入實踐案例分析等措施，對《工程力學》的教學進行了改革探索。

關鍵詞：工程力學;設施農業科學與工程;教學探索

中圖分類號 G642.0文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）14-0160-02

《工程力學》以物理學、高等數學為基礎，整合《理論力學》《材料力學》的知識，主要培養學生解決工程中常見力學問題的分析能力、對力學問題的計算能力、基本計算工具使用能力、對力的抽象想象能力、力學圖形的繪制能力、處理能力和簡單實際應用能力。該課程任務重，課時有限，要達到人才培養的要求，需對《工程力學》課程整個教學體系進行梳理和改善，教師應該根據教學大綱的要求，對教學內容進行精簡[1]。孫雙雙[2]基于教學模式的實施方案，探索了課堂教學的實踐步驟。季維英等[3-4]在教學中運用CAE仿真、ADINA等技術將課程理論知識變“活”。馬建青等[5-6]充分互聯網+的優勢，對課程知識加強上發揮有利作用。楊少紅等[7-8]將實際發生的工程案例融入教學中，通過實踐來檢視理論。通過借鑒最新的《工程力學》教學方式，結合對課程教學的思考，本文對《工程力學》課程系統性教學進行了探索，進一步完善《工程力學》的整體教學體系，以期滿足專業人才培養方案的要求。

1 調整課程結構，優化教學模式

《工程力學》工程力學涉及眾多的力學學科分支與廣泛的工程技術領域，包含靜力學和材料力學，本課程的任務是使學生能夠對物體及簡單的物體系統進行正確的受力分析、畫出受力圖并進行相關計算，掌握受力構件變形及其變形過程中構件內部應力的分析和計算方法，掌握構件的強度、剛度和穩定性分析理論在工程設計、事故分析等方面的應用，為經濟合理地設計構件提供必要的理論基礎和計算方法，內容豐富，涉及面廣。但作為設施農業專業的學生，與土木工程、工業工程等專業的學習上會有很大的不同，設施農業課時設置相對較少，每周僅2個課時，因而需要對《工程力學》的授課內容上進行精簡，并做好章節內容課時分配。

設施農業科學與工程專業用《工程力學》教材選用上，滿足學校教材征訂要求上，適用于非力學專業的簡易教材。一般教材《工程力學》總體設置在10～14章，教學章節上靜力學部分講述基本公理和基本概念，能夠進行受力分析、畫出受力圖并進行相關計算，掌握物體在力系作用下的平衡問題即可。教學章節上材料力學講述軸向拉伸和壓縮、剪切、扭轉和彎曲4種基本變形問題的內力、應力，以及影響結構安全的強度、剛度、壓桿穩定3個指標。

在《工程力學》教學內容方面，先從宏觀講解整個知識架構體系，以分支圖形式進行逐步分散，并在每個分支點用通俗易懂的文字、舉例作為說明，便于很快的掌握課程結構。在具體每章節講述時，所有定理、理論、公式的推導過程不講解，只對結果的運用和含義進行解釋說明，讓學生從繁瑣的知識串聯，數字推理中解脫出來，并用例題形式對結論進行應用，增加學生獲得知識及解決問題的成就感，進一步增加學習興趣。

《工程力學》課程考核方式按照其課程內容及學習要求仍采用閉卷方式，但末考成績原則上50%及以下，將其余比例分攤到平時考勤、課堂討論、作業完成情況、試驗成績等方面，考核方式更利于應用型人才的培養。注重末考以外的考核一方面促進學生在平時教學過程中的參與度，一方面通過末考以外的考核情況能及時向教師反饋教學中的不足，及時調整教學內容、節奏等。這種考核方式更能凸顯學生實踐能力的培養，有利于培養學生的主動性、動手力、團隊協作能力，更為客觀、科學合理地評價學生的學習效果及教師的教學效果。

2 運用新技術、新方法，創新教學工具

《工程力學》教學內容上存在較多抽象概念、邏輯推導復雜、剛體形變過程不連續等問題，如何將課本中生硬的知識“活”起來，成為本課程教學的重要創新點。隨著計算機技術的發展，衍生出較多的仿真軟件，如ANSYS workbench有限元分析軟件、ADAMS仿真軟件等創新輔助《工程力學》教學，將枯燥的力學知識用云圖、動畫的方式進行可視化，豐富了教學資源。例如，講授桁架知識時，除了運用截面法或節點法求出各分支桿件的內力外，還需要判別出其受拉還是受壓狀態，對于較為復雜的桁架，手算分析就會很困難。而運用有限元軟件ADINA進行建模計算，只需按要求輸入桁架邊界條件、附加荷載等情況，運行軟件后就能很直觀看出哪些桿件產生的應力最大，哪些是零桿，以及桿件拉、壓形變。在材料力學研究形變時，對截面上的微小應力變化，無法直觀看出及測量，借助反正軟件均可以解決這些問題。

此外，設施農業科學與工程在工程設施方面投入的實驗設備有限，《工程力學》一般會有實驗課時的要求，可以嘗試將計算機技術應用作為實驗課時部分，使學生掌握軟件的操作使用，利用軟件來完成一些習題，提高理論計算能力和解決問題的能力。《工程力學》也是設施農業科學與工程核心課程《溫室結構與建筑》的基礎課，《溫室結構與建筑》中存在大量的結構內力計算，掌握學習數據處理軟件、仿真軟件有助于后續有關課程更好的學習。

3 充分借助“互聯網+”的優勢

隨著“互聯網+”共享資源的開放，很多優質資源都可以為教學所用，如MOOC。在互聯網平臺，針對同一個知識點會有很多版本的講解，學生通過多版本及精品課程的觀看，會更容易理解知識點，也能更好地鞏固知識點。從發布知識的角度，也可以利用“互聯網+”來調動學生主動學習的興趣。如每周指定1～2名同學錄制《工程力學》中的知識點，用微課形式進行錄制后共享到班級QQ群或者微信群眾播放，無形中就會促使錄制同學在某一知識點上的信息收集、梳理、拓展，一方面學生對該知識點的掌握更為熟練，另一方面通過學生角度的講解，也便于教師評價學生掌握知識的準確性，同時其余學生進行打分，可以作為最終成績的一部分。

改變以往學生與教師僅教學時間段互動的情況，任課教師建立課程QQ或微信群，及時了解學生的學習狀態，安排課程學習、實踐，共享課程教學計劃，分享與課程有關熱門話題等。同時，對每節課程講授后學生接收情況進行線上調查，使任課老師及時掌握班級學生整體學習情況，針對薄弱知識點下后續課程中加深講解。

4 融入典型案例，實踐檢驗理論

《工程力學》是典型的應用型學科，建筑業作為我國國民經濟支柱性產業，產生了大量工程案例，通過案例教學法能夠更有效地培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。案例教學法很早就被提出，通過具體的案例情景講解，讓學生從中對問題進行思考、討論和分析，在總結中進行提高和領悟力學知識，聯系生活實際，拉近與力學的距離，在理論與實踐中搭建橋梁。

設施農業科學與工程專業學生對很多工程力學知識有所了解即可，在案例選取上應盡量引入與本專業相關的工程案例，使案例更容易被理解。在案例中要有一定的理論基礎做鋪墊，通過案例分析后自然而然帶出理論，也是實踐檢驗理論的體現。結合最新的熱門事件，簡要分析和講解，使學生在熱鬧事件背后尋求折射出的深層次知識架構。例如，2019年江蘇無錫312國道高架橋坍塌事件，分析問題出現的多種原因，進一步細化支座約束方式、結構類型、荷載作用及建筑物穩定性等問題。同時也讓學生們認識到，一旦發生建筑結構安全，帶來的后果嚴重，培養學生耐心細致的工作作風，嚴謹認真的科學態度，以及精益求精、認真負責的工作作風。

此外，鼓勵學生對生活中遇到的不理解的力學問題提出，通過互聯網查詢、頭腦風暴探討、結合課程知識找尋答案;鼓勵有興趣的學生參加一些力學競賽，提升自身的動手實踐能力。

5 結語

《工程力學》作為設施農業科學與工程專業的基礎課，存在學生理工知識積累薄弱、課程章節多、課時分配少等問題，為解決這些問題，對《工程力學》整體知識體系講解內容進行合理刪減，明確教學重點，從教材選用、教學內容及考核方式上進行優化;改變課程中一味硬性灌輸，充分運用新技術、互聯網資源及典型案例，教學中的多樣化手段融入，更多有效的教學方法的綜合運用，將《工程力學》生澀難懂的內容變得更直觀，易于學生接收，從而提高了學生的主動性和積極性。

參考文獻

[1]朱盼盼.基于應用型人才培養的工程力學教學改革的思考[J].現代物業（中旬刊），2018（04）：275.

[2]孫雙雙，李紅艷.工程力學對分課堂探索與實踐[J].教育教學論壇，2020（07）：174-176.

[3]季維英，楚焱芳.CAE仿真技術在工程力學教學中的應用[J].內燃機與配件，2020（01）：270-272.

[4]華珍，王天錫，張緒貞，等.ADINA在工程力學課程教學中的應用[J].教育教學論壇，2020（15）：240-242.

[5]馬建青，張光偉.微課——行走于工程力學教學改革中的精靈[J].教育教學論壇，2019（49）：67-68.

[6]李茂輝.“慕課”平臺在工程力學教學中的應用[J].山東化工，2018，47（11）：149-150.

[7]楊少紅.案例教學法在工程力學教學中的應用[J].科技創新導報，2018，15（23）：220-221，223.

[8]趙秋玲，張君華，劉芳.《工程力學》案例教學的探索和實踐[J].教育教學論壇，2017（43）：144-145.

（責編：張宏民）