基于“5yu”的《工程力學》創新設計

張艷華 張功學 李建軍 高羨明

（陜西科技大學機電工程學院 陜西·西安 710021）

0 引言

“教無定法、教必有法、貴在得法。”課有常而教法無常，良好的教學方法，可以發揮教學智慧、教學相長。我校基礎力學教學團隊為省級基礎力學教學團隊，團隊教師在多年的教學改革和實踐過程中，秉承著“傳—幫—帶”和“老—中—青”結合的教學傳統，在“守好一段渠，種好責任田”的同時，也取得了豐碩的教學成果，并逐漸形成了基于5“yu”的創新教學設計。

1 5“yu”的緣起

在我校，《工程力學》是面向輕化工大類本科生二年級上學期開設的一門學科基礎課。對輕化工大類的定位和培養目標是培養能夠從事輕化工程及相關領域的寬口徑、復合型高級應用技術人才。為實現上述目標，分析了學習過程中存在的有利學情和不利學情。其中不利學情中，學時少，學生多，學生專業復雜多樣不容忽視。古人有云“授人以魚不如授人以漁”，但是對于當代大學生，僅有“魚、漁”已經不能滿足他們的需求，尤其是情感和精神層面。所以在魚、漁的基礎上，結合課程思政，形成了現在的5“yu”，即：破“愚”，有“魚”，授“漁”，身“欲”和心“愉”創新教學設計，如圖1所示。下面以少學時《工程力學》為例進行詳細闡述。

圖1：5“yu”簡介

2 5“yu”的探索與實踐

2.1 破“愚”

基于力學兩大特征：（1）向深度挖掘的探索性，它不斷尋找形形色色的交互作用機制；（2）力學的凝聚性連接性，作為一座橫跨理工的橋梁，它不斷地再出發，去連接基礎與應用之間的道道鴻溝。此外，力學發展本身就是一個辯證思維的過程，力學在工程中的作用和地位可概括為：力學退后一步是數學，前進一步機械，左顧是物理，右盼是材料，綜合應用是工程，應用到極致是藝術。圖2所示為梁彎曲正應力分析示例。

圖2：力學的橋梁作用示例

學生需要學習，作為師者的我們也不例外，基礎力學團隊注重教師培養，老中青結合，互幫互學互助，一直踐行著“傳幫帶”的優秀教學傳統。其中，年輕教師在助學，信息技術支持和服務方面做了大量工作。

2.2 有“魚”

基于破“愚”的鋪墊，使學習者看到“宇宙之大，粒子之小，力學無處不在”，并同時堅信自己的專業中，課程中均有“肥魚”“大魚”可抓。通過學習本課程，學生不僅可以掌握本課程的專業基礎知識，學會一定的計算能力，對機構運動進行分析、設計，幫助學生提升創新能力。

2.3 授“漁”

在授“漁”層面上主要是針對教學內容、課程建設、研究方法和教、學法上。

2.3.1 整合教學內容

根據現行學生的特點，結合各種新型媒體和手段，將知識點進行分類重組，基礎部分的積累性學習以師授為主，同類問題的反思性認知以生學為主，綜合性的探索性整合以師生共商為主，如圖3所示。該過程體現了學習中的三個不同層面，即知識理解、應用分析和綜合評鑒。其中后兩者屬于較高層次的思考。

圖3：教學內容的整合

2.3.2 完善課程建設

在先前建設力學實驗教學示范中心、精品課程建設、精品資源共享課和通識課的基礎上，進一步加強在線課程建設，其中工程力學在線課程已于去年在中國大學MOOC上線。

2.3.3 注重研究方法

對于基礎課程的學習，除知識點外，還應注重研究方法。比如，在靜力學篇，世界是立體的，而我們學習的主題卻基于平面，那是因為，我們發現不管是工程界還是生活中，很多東西都具有對稱性，因此，我們就能找到他的對稱面，對其進行簡化分析。此外，對于材料力學部分，我們研究對象是基于桿件，小到住行，大到國之重器，哪怕是落月成功的嫦娥5號身上，都能發現桿件纖瘦的身影。這就是我們提煉出的力學模型，外表簡單，內心卻豐富多彩，它是我們結構的骨架，主要承受拉、壓、剪、扭、彎等變形。上述也恰恰說明了我們力學源于生活、源于實踐的特性。

2.3.4 注重教、學法

在教法和學法上，結合現代信息技術，信息技術融入到課堂后，不管是教師教學方式，學生的學習方式，還是課堂形態都有了很大的變化。具體創新點結合案例進行說明。

（1）在學習提高梁彎曲強度時，利用分組實踐進行探究性學習，通過一張A4紙和兩盒粉筆的故事，演繹提高梁承載能力的主要措施整個過程，如圖4(a)所示。學生是臺前，發現現象，老師為幕后，揭示本質。運用明辨性思維+追問的形式啟發學生發現問題，分析問題、解決問題以及評價問題。

圖4：實踐操作

（2）在學習軸向拉壓桿的強度條件時，利用項目教學法，通過設計一個簡易的小型起重機為例，由實物引發，到結構簡圖，到力學模型，并結合數據，引導學生從不同角度出發進行計算分析，從而引出利用強度條件主要解決的三大類工程問題，如圖5所示。

（3）在學習壓桿穩定部分，通過自制教具進行課堂實踐，在理論推導前，先進行科學的猜測，該過程更加注重研究問題的思路和方法。此外，除實驗課外，我們還加強實踐操作，而實踐結果往往超乎學生的想象。最讓同學們驚訝的是一張薄薄A4紙卷的紙筒，竟然可以承受20余瓶礦泉水的重量，如圖4(b)所示

此外，授課過程中深挖案例，古今中外結合，從魁北克橋梁的垮塌到中國大跨度橋梁的代表港珠澳大橋，說明偶然中的必然性，揭示事物的認知規律和發展規律等。

2.4 身“欲”

在身“欲”層面，在學生還未養成良好的主動學習學習習慣之前，我們利用信息技術等多種手段，讓學生先動起來，忙起來，這主要體現在課前、課中和課后。（1）課前，學生通過完成線上任務進行預習；（2）課中，主要是互動交流，利用在線答題、投稿、彈幕等鞏固重點，學練結合并及時檢測和掌握學生的學習動態；（3）課后，主要是進行交流和答疑等，提供服務支持，包括學生課程學習結束后有進一步的需要。

2.5 心“愉”

心“愉”層面，可以說體現的是過程性的評價。不同階段，心愉的感受是不一樣的，按時間關系遠近可以分成這樣的五個層次，即立刻、馬上、后續、將來、未來。立刻是反饋是在學習進行中，比如今天我在課堂上小露了一手，成功又自信，又或者，不知所措時，老師的會心一笑。馬上是順利完成課程考核。我們主要用的是學習通和雨課堂兩者結合的方式。但是課程考核的結束不是學習的終結，往往新一篇章的開啟。基于前述的學習和扎實功底，在后續設計，專業課程中乃至各大賽事中，因為根基深固，不斷取得傲人的成績，以至于乃至不久的將來，畢業時收到心儀的offer或是遙遠的未來，成為行業的精英，服務社會，都與今天的努力分不開。

3 結束語

總的來說，基于5“yu”創新緊緊圍繞這三點，人、文、術。人是育人，文是內容，術是技術等，在以學生為中心的情況下，融入課程思政，牢記教書育人，力爭德才兼備；融合當下信息技術，重組課程內容，線上線下結合，多種手段并用，實現學生學為主，教師導為主，注重學習過程。該創新設計雖以《工程力學》為例，但對其它學科亦具有借鑒意義。