面向新工科的力學類課程教學改革與實踐研究

王小蔚 王敏容 陳孔亮 顏少榮

摘?要：面向新工科，力學類課程教學改革重在對學生力學思維的培養。從專業層面優化力學類課程體系，本專業的人才培養方案中體現對力學思維有層次遞進式的培養：力學思維養成→力學思維提升→力學思維深化;從課程層面以三段式教學為主，輔以課程思政進課堂、項目式教學等教學方式進行改革，注重思維教學;對應完善了教學評價方法，實現了多樣化考核環節及多元化教學評價方案。

關鍵詞：新工科;力學思維培養;思維教學;教學評價多元化

1?緒論

自2016年“新工科”被正式提出以來[1]，“知識產權設計+自主研發能力”是新經濟形勢下新工科建設的需要。新經濟形勢下新工科建設將目光聚集在工科從業者的基本素質上，要求工科從業者學識基礎及專業知識寬厚扎實，不僅要具備獨立自主知識產權的工業設計能力，而且還需要掌握扎實的力學計算和分析能力。由于在解決高技術領域發展中的突出問題上，力學發揮著關鍵性的作用，因此，力學課程被視為“新工科”的一門核心課程，以適應新經濟形勢下創新型應用型人才培養的新需求。

面向新工科的力學類課程教學改革，應通過力學課程學習培養學生的力學思維。

面向新工科的力學課程教學改革，應當將聚焦于力學思維的培養。故本力學類課程教學改革以力學思維培養為導向，為培養基礎及專業知識寬厚扎實的創新型應用性“新工科”人才培養進行實踐性探索。

2?現狀分析

我國目前工科培養力學教學中存在以下問題：

2.1?力學課程體系不完整

2003年黃再興[2]等人就對大學工科專業力學課程進行了調查分析，相比國外工科專業對力學課程的重視程度，國內則相差甚遠：國內高校中力學課程學分占比畢業總學分僅為6.4%，歐美國家高校這一比例達到11.8%;我國在過去一段時期側重于“拿來主義”，缺乏理論的深度研究，由此導致國內高校力學課程體系不完整，直接影響了工科從業人員的創新能力培養，無法滿足新工科的發展對創新型應用性人才的需求。

2.2?傳統的教學模式的局限性

傳統力學教學無法適應新工科的發展需要。如今，學生普遍面臨著科學理論與工程應用實際脫節的困境，缺乏將數學，力學原理及工程有機關聯。再加之近年來教學改革的大背景影響下，力學類課程課時縮減，學生的學習興趣在傳統的教學模式在難以被激發，從而出現厭學現象，不及格率居高不下，讓學生對力學課程望而生畏。[35]

2.3?課程考核方式單一

重期末考試，輕平時成績的傳統力學課程考核方式，必將導致學生平時不認真，考前集中突擊;所謂應試教育的弊端顯現無疑，出現部分學生高分低能現象，這與當今新工科人才力學素養的初衷背道而馳。

顯而易見，在新工科建設的大背景下對工科從業人員的力學素養需求大大增加;而當下的教育改革現狀卻是工科教育中力學課程課時被壓縮，由此導致力學課程體系不完整;傳統的知識教學又難以激發學生的學習興趣，甚至出現厭學現象，考試及格率令人擔憂等。而這些則成了當前我國工科人才培養中的絆腳石，嚴重阻礙新工科發展。因此，力學課程的教學改革勢在必行且迫在眉睫，這樣才能確保“新工科”人才培養的大局。

3?力學類課程教學改革設計與實施

教學改革以力學思維培養為導向的培養體系展開，具體如下：面向新工科，故提出以培養學生的創新能力的培養與運用為教學目標，以力學思維培養為導向，結合我校土木工程專業辦學定位和專業特色，通過優化現有的力學課程體系，實現力學思維有層次遞進式的培養;思維教學貫穿力學類課程的教學，重在課程層面培養學生的力學思維;注重考查學生力學思維的運用，教學評價方法進行改革;培養具有扎實的力學計算和分析能力的創新型新工科人才進行實踐性探索（如圖2所示）。

3.1?優化現有的力學課程體系

力學思維的培養不是通過學習一兩門力學課程就能實現，需要開設一系列的力學課程，有針對性開展培養。以力學思維的培養為基礎，根據本院土木工程系現狀，合理優化現有的力學課程體系。通過力學課程體系的優化，實現力學思維有層次遞進式的培養（如圖3所示）。

力學課程門類眾多，即需要梳理力學課程之間的脈絡關系;還需要結合本院土木工程專業現狀，選擇合適的力學課程。因力學課程的學習難度大，要做到既能實現力學思維有層次遞進式的培養，又能適應我院土木工程專業的專業辦學定位及專業特色。具體實施如下：

高數、線代、概率論及數理統計等數學基礎課程，以及理力、材力、結力三大力學作為基礎類力學課程，通過這類課程學習重在培養學生力學思維的養成;

彈性力學、水力學作為連續介質力學的基礎課程，通過課程學習起到可提升學生力學思維的作用;

有限元通過商業軟件來解決復雜的工程問題，可以貫穿上述力學課程，同時也是上述力學課程之間的連接紐帶。通過該課程學習將雙向、可逆的力學思維深入運用。

以此，實現力學思維有層次遞進式的培養。

3.2?教學方法改革

如今，新工科建設對創新型應用性人才培養提出了更高的要求，其中之一就是快速學習的能力。代表著過去側重于掌握科學知識已然無法適應新經濟形勢下創新型應用性人才培養的新需求，而如今新工科人才培養的核心將圍繞如何讓其更快速地學習、消化、吸收、應用各類科學知識及技巧的能力。因此，力學的教育應注重培養學生的力學思維。

力學思維三個落腳點是工程、力學、數學。對學生力學思維的培養，宜采用三段式教學方法，即對應知識點要求學生按工程背景、數學基礎、力學原理三個方面進行解讀，歸納總結，繪制每章節的思維導圖;針對教師指定的知識點，從工程背景、數學基礎、力學原理三個方面以小組的形式開展三段式講課。教學方法涉及教與學，故需要從教的層面以及學的層面進行教學設計，從而達到培養學生力學思維的教學目標。