應用型本科院校《工程力學》教學案例庫的建設策略

趙廣臣 張永生 李建國

山西工程技術學院

1 前言

《工程力學》是很多工科專業都開設的一門專業基礎課，一般包括《理論力學》和《材料力學》兩部分。《工程力學》教學對后續專業課教學和培養學生解決工程問題能力都有很大影響。力學教育工作者意識到了《工程力學》傳統教學的問題并在教學內容和教學方法方面做了有益的改進。[1]、[2]一部分教師在《工程力學》教學實踐中發現案例教學法可以產生很好的教學效果[3]、[4]、[5]、[6]。

案例教學的關鍵是案例庫的建設和選擇，主講教師需要根據教學目標教學內容以及面向學生對案例進行差異化選擇[6]。所以如何結合《工程力學》教學目標、教學內容、學生特點、教學手段等實際情況建設一個實用有效地案倒庫是有意義的，但是這方面較為詳細深入的探討尚不多。

應用型本科高校的培養目標是培養高素質應用型技術人才，這樣的培養目標決定了目前的應用型本科院校《工程力學》教學重視知識的學習，更重視知識的應用。應用型本科院校《工程力學》的教學要求可分為三個層次：掌握針對本專業的工程力學基本知識；具有應用工程力學基本知識解釋解決生產問題的能力；初步具有應用力學原理創新解決問題的意識和素質。在建設《工程力學》教學案例庫時，應該充分考慮應用型本科院校《工程力學》教學的這些特點，針對不同的專業，在教學、生產、科研領域選擇素材，精心編寫形成案例。案例應該指向適當的力學知識點，能夠逐步提高學生的綜合應用能力和思想道德水平。現將筆者《工程力學》教學案例庫建設策略作較詳細介紹。

2 教學案例庫的選材

應用型本科院校《工程力學》教學應該更加體現“應用型”這個特點，所以案例素材應該在面向專業相關的應用領域選取。本文分別在核心專業課、企業生產、科研三個領域中選取素材，旨在促進完成基本知識的應用性學習、應用基本知識解釋解決生產問題、應用力學原理創新解決問題三個層次的應用型教學目標。

2.1 在核心專業課中選擇素材

《工程力學》教學首先是服務各專業后續核心專業課的教學的，力學知識在各專業的后續核心專業課的具體應用場景是不同的，所以不同專業對工程力學知識的需求在內容和掌握程度上都有所區別。把力學知識在核心專業課中的應用場景作為案例素材，把具體的應用場景進行合理編寫形成案例，做到案例涉及的廣度和深度都符合相應專業的教學要求，就可以形成適合相應專業《工程力學》教學的案例。將核心專業課的學習和《工程力學》的學習結合起來，強化應用，節省學時。如我校工程管理和工程造價專業開設《工程力學》是非常必要的，應用場景主要是認知結構構件的受力和構造特點，而不對結構構件進行計算和設計，所以需要學習靜力學、四種基本變形、幾何組成分析及位移計算，并且重概念，輕計算。相比而言，《工程力學》在土木工程的專業核心課中有廣泛深入的應用，比如《混凝土結構》、《鋼結構》和《地基與基礎》。應用場景包括各種結構構件的強度、剛度和穩定性設計計算，所以需要學習靜力學、四種基本變形、應力狀態及強度理解、穩定性理論和疲勞強度，不僅要求概念清晰深刻，而且要求有較強的分析計算能力。

表1 土木工程《工程力學》教學案例舉例

2.2 在企業生產過程中選擇素材

《工程力學》不僅僅是一門專業基礎課，也是一門應用性很強的課程。在校企合作的過程中，教師可以通過觀察或向一線生產人員采訪，得到力學在生產中的具體應用作為案例素材。這樣的案例在把實際生產展現給學生的同時，也讓學生明白了力學原理在生產中的應用。學生通過思考并應用力學原理解釋或解決了實際生產問題，可以極大地調動學生應用所學力學知識思考和解決實際問題的積極性，增強學生應用力學原理解釋或解決生產實際問題的能力，這樣的教育教學效果對于應用型本科院校《工程力學》教學是非常有意義的。

2.3 在科研中選擇素材

在科研中選取素材編寫成教學案例應用于教學，可以拓展學生的學術視野，培養嚴謹的態度和科學的思想方法。案例可以是科研活動中涉及《工程力學》知識點的儀器原理、實驗方案等，如硬度計的原理及操作和萬能試驗機測彈性模量的實驗方案，這種案例在鍛煉學生科研技能的同時，也培養學生刨根問底的科學精神。案例也可以是一個沒有答案的問題，這種案例可以引導學生廣泛查閱資料、抽取主要矛盾、建立力學模型，初步培養學生的科學素養和科學精神。簡單地應用《工程力學》知識僅僅是較低層次應用型人才具備的能力，擁有科學素養和科學精神，主動查閱力學原理力學思想并且創新性的應用其解決現有問題才是較高層次應用型人才應具備的素質。在科研中選擇素材編寫教學案例，是非常有利于培養高層次應用型人才的。

3 教學案例庫的建設方式

各領域的發展決定了《工程力學》在該領域的具體應用場景是動態的，可以通過一種開放互助平臺整合相應領域的專業人員持續參與案例庫建設。

3.1 專業課教師和一線生產人員提供案例素材

核心專業課和企業生產中涉及哪些力學知識，力學知識在核心專業課和企業生產中有哪些重要的應用場景，專業課教師和一線生產人員是比較熟悉的，所以專業課教師和一線生產人員可以提供核心專業課和企業生產中涉及力學的案例素材。科研人員可以將一些涉及力學的科研資料作為科研類案例素材提供。

3.2 力學教師根據教學實際情況編寫案例

力學教師對《工程力學》的教學重點難點、學生的基礎、教學模式、教學手段等教學中的實際情況是比較熟悉的，在編寫案例時要結合教學實際情況，并為素材配置合理的知識點和學時編寫成便于教學應用的案例。另外，專業課教師和一線生產人員不一定能把所有的涉及力學的應用場景都提供，而力學教師卻擅長針對一個具體工程或生產問題識別并提出其中的力學本質，所以力學教師要盡量熟悉相關工科專業的核心專業課，要定期到企業從事生產實踐，才能找到更多更好地教學案例素材。

3.3 網上平臺整合各方面人員參與建設

在互聯網上建立一個案例庫建設平臺，通過設立“建議”和“答復”功能建立專業課教師和力學教師之間的互助教學聯系，當專業課教師發現核心專業課中有力學的具體應用場景，但是學生對相應地力學知識及其應用達不到要求時，就可以把這個情況通過“建議”反饋給力學教師，這樣其實是把案例素材提供給了力學教師，力學教師在熟悉素材的情況下寫出教學案例通過“答復”功能告知專業課教師并在以后的教學中實施及請專業課教師檢驗。這樣的結果就是《工程力學》的教學體現了明確的應用性，核心專業課的教學也會大大節省課時。類似地，用“咨詢”和“答復”功能可建立起力學教師與企業生產人員或科研人員之間的互相性聯系。通過這樣一個互助性平臺長期運行，可以做到案例素材與時俱進，可以保證《工程力學》教學的應用特征。

4 教學案例庫的應用特征

為了便于在教學中使用，編寫的教學案例應該具備以下特點

4.1 有明確的知識點指向性

要求一個教學案例是可以用幾個明確的知識點完成的，學生才可能通過對案例的分析解決達到對目標知識點的掌握，案例教學法的教學目標才可能達到。為了便于教師挑選教學案例，每個教學案例中可以明確提示要用到哪些知識點，這樣也可以對學生完成案例有提示作用，使學生有的放矢，提高學生的學習效率。

4.2 有階梯性和遞進性

案例完成具有由易到難的階梯性，指向知識點應該具有先后銜接的遞進性，便于教學內容的層層遞進。由易到難是符合學生學習心理的，案例教學法也要遵循這個規律，才能取得好的教學效果。《工程力學》內容環環相扣，由易到難、前后銜接尤為重要。比如各個案例指向的知識點數量由少到多，案例的完成難度就逐漸增加；先基本變形的強度校核后組合變形的強度校核，也體現了由易到難。

4.3 動畫演示

因為《工程力學》是開設在專業課之前的，很多學生反映讀不懂工程中的平面圖，搞不清楚案例的內容和要求，所以有必要把案例用立體的示意圖或者是動畫的方式來展示出來，便于學生快速理解。

5 教學案例庫要體現課程思政

課程思政是當前高校教書育人功能的重要體現，就是要把“育人”這個重要任務和“教書”結合起來。

5.1 加強職業道德和素養的培養

可以參照全國大學生結構競賽設置模型制作實踐案例，在設計環節可以鍛煉學生分析計算能力，制作環節考驗了學生嚴謹和耐心，更重要的是加載環節模型的倒塌或通過讓學生深刻體會到了缺乏良好職業道德和職業素養會造成嚴重的后果。鼓勵學生不要滿足于僅僅完成案例，不要滿足于六十分，要深入思考，多次改進方案，做到更好。通過正向激勵逐漸培養學生堅忍不拔精益求精的優秀品質。這樣的實踐案例對培養學生愛崗敬業和開拓創新的職業品格和行為習慣有非常明顯地效果。

5.2 弘揚愛國主義精神

可以定期布置學生閱讀力學家的主要成就、主要事跡，通過力學家事跡發揚愛國主義精神。引導學生了解力學史，使學生在強化民族自豪感同時增強發展緊迫感和民族責任感。

6 結束語

我校力學教研室采用上述策略針對土木工程專業建設了《工程力學》教學案例庫并用于2017 級、2018 級土木工程專業《工程力學》教學，學生學習積極性和成績明顯提高，后續專業課教學和頂崗實習對《工程力學》教學效果反饋良好，學生在專業課學習和頂崗實習中，應用《工程力學》的意識和能力比上幾屆學生明顯增強。但是由于學時少，科研類教學案例教學難以充分開展，如何編寫適合少學時教學的科研類教學案例需要繼續探索實踐。