聚焦綜合能力發展的力學課程群探索與實踐

紀冬梅，劉建峰，李敏，袁斌霞，王化更

（上海電力大學能源與機械工程學院，上海 200090）

創新型國家建設為本科院校的創新創業教育提供了條件和契機，地方應用型本科院校應積極探索適應社會發展的教育方式[1]。應用型本科院校的任務就是培養國家和地方需要的應用型人才，而在應用型人才培養方面，存在以下難點與重點[2]：（1）傳統教學觀念定式——培養“學”還是“做”；（2）大學價值觀定式——大學層次是高還是低；（3）學科專業課程設置——是取消還是保留；（4）產學研平臺——是虛還是實。面對這些難點與重點，探索解決問題的方式方法，是應用型本科高校面對的新課題。

北華航天工業學院將課程思政融入應用型本科人才培養方案，提出注重實踐，提高學生動手能力以及多元育人，向國際化和復合型發展的培養思路[3]。重慶工程學院提出精準辦學定位，明確人才培養目標，優化人才培養方案，加強實踐教學條件的建設思路，同時加強師資隊伍建設和教學質量監控，以培養區域經濟和社會發展需要的應用型人才為建設目標[4]。

力學作為高校工科類專業的基礎學科，對學生工程課程的學習以及邏輯思維能力的培養起到重要的作用。上海電力大學力學教學組針對本校“立足電力、立足應用、立足一線”的辦學特色，力學課程教育以培養學生的“三化”能力為目的，即“工程問題力學化”(力學建模)、“力學問題數值化”(有限元軟件建模)以及“數值問題應用化”(工程應用能力)。

針對工程力學教育的“三化”目的，優化教學內容和體系，做到教學任務系統性、問題驅動導向性、實踐能力培養綜合性。教學任務系統性是指教學內容要涵蓋從概念到方法再到應用的整個知識體系，建立一個從基礎理論到工程應用的良好階梯。問題驅動是指依據具體的工程案例，分析具體的工程問題，啟發學生應用力學知識思考問題，培養學生的研究意識。實踐綜合是指在具體工程應用中形成學生工程力學的綜合知識結構，培養解決實際工程問題的能力。

同時，上海電力大學力學教學組教師們一直以做“頂天立地”[5-6]的教師為標準。“頂天”即為重視教育教學觀念的指導，“立地”即為踏踏實實從事教學。教師要做到“頂天立地”需要觀念上的升華，并以此帶動教學質量的提高。基于這一標準，結合應用型本科教育的人才培養需求，力學教學組在教學過程中，把教學理念與教學內容、現代學習方式和現代工程問題聯系起來，采用啟發、開放與互動、案例、研究性和實踐性教學模式，最大限度地調動學生學習的積極主動性，增強學生分析問題、解決問題的工程能力，提升學生的實踐和就業適應能力。

1 課程群建設思路

課題組以為企業和社會培養應用型高級工程師為目標，基于《理論力學》《材料力學》及《有限元法》三門課程的學習，通過精品和重點課程建設，優化課程內容；以教材編寫為途徑，凸顯電力特色，同時以力學競賽為抓手，提升學生學習興趣，廣泛推動學生參加CAE（Computer Aided Engineering）工程師、力學分析工程師和Ansys 有限元分析工程師的資格考試，切實培養學生分析問題、解決問題的工程能力。課程群的建設構思見圖1。

圖1 力學課程群的建設思路

目前力學教學組建設了上海市精品課程1 門、上海市重點課程2 門、校級精品課程1 門、校級力學群課程1 門、校級核心課程2 門；主編教材2 本、參編教材1 本；指導學生獲得上海大學生力學競賽團隊賽特等獎1 項；2014 級機械設計制造及其自動化專業（簡稱機械專業）67.27%的學生獲得了CAE 職業資格證書，2015 級機械專業88.88%的學生獲得了力學分析工程師職業資格證書，2016 級機械專業47.22%及2017 級機械專業45%的學生獲得了Ansys 有限元分析工程師職業資格證書。

2 課程群建設的實踐探索

圍繞培養應用型專業人才的工程應用能力和創新能力這一目標，在力學群課程的教學過程中，力學教學組實現了從單純的課堂教學到兼顧課前、課中、課后的完整課程教學邊界的轉變，提高學生學習的主動性和創造性。

2.1 理論創新——教學觀念的改變，以提高學生自主學習能力為中心

從提高學生的學習興趣和學習參與度出發，依托豐富的線上課程學習平臺，構建了以培養學生自主學習能力為中心，完整的課前+課中+課后有機結合的線上線下混合課程教學內容實施體系。學生在課前根據學習任務和目標，利用線上教學資源進行預先自主學習，提高學生自主學習能力；利用線上教學，開展直播討論、答疑、課堂測試、作業提交等，提高學生的學習參與度，檢查學生的自主學習情況；利用線下教學，解決較難理解的知識點和工程實例，提高學生對課程難點的學習和理解水平，同時培養學生的工程意識和創新性思維；采用過程化考核評價方法，科學評價學生在各個環節的學習情況和知識掌握情況，有效提高課程的教學效果。

同時，在知識的傳授與接收兩個方面，注重做到以下兩點。

2.1.1 注重程序性知識的傳遞

力學教學組創新教學理念，將教學方式從傳統的陳述型教學升級為程序型教學，注重陳述型知識傳播的同時，培養學生對工程實際問題的解決能力。通過練習，學生可以在頭腦中形成知識和任務的聯結，熟練應用在相關情景任務中，實現從“知識傳遞”到“能力培養”的梯次遞進，確立“知識傳遞—融通應用—拓展創造”的梯度教學目標。

2.1.2 知識的傳授是一種互動引導

知識的傳授不是簡單的機械灌輸過程，力學教學組注重與學生的互動，使學生在接受知識的同時，將知識與現實生活中的事物聯系起來，教師傳輸的知識既包括長期教學過程中積累的經驗，也包括實踐教學活動中積累的經驗。

2.2 實踐創新——強化學生的工程意識，培養學生的力學思維方式

在本課程的教學內容中，以面向工程應用為目標，注重基本理論與工程實際問題的有機結合，在強調工程背景和工程應用的前提下，重組教學內容，將工程實例貫穿課程始終，著力培養學生的工程意識；在課堂教學中，綜合采用引導式教學、類比法教學等各種教學方法，使學生掌握工程力學的理論研究方法和解決工程實際問題的應用方法，增強學生的求知欲和探索精神，著力培養學生的力學思維方式。

2.2.1 將理論力學、材料力學和彈性力學的內容進行聯系、融合

開展課程群建設，面向學校的辦學定位，凸顯電力特色，緊扣電力系統中的力學問題，進行典型案例分析，將程序性知識傳播方式貫穿到力學課程群的教學過程。

2.2.2 以競賽促教改，進行力學課程建設

以競賽考試范圍作為課程教學目標，提煉教學內容，對基本知識精講細講，深化延伸競賽試題中的典型案例分析，啟發學生對知識的融合理解，提升學生的綜合素質、創新精神和實踐能力。

2.2.3 突破課堂教學方式，培養實踐型人才

高等教育與工程技術認證相融合，獲得全國計算機輔助技術認證項目（CAXC）考試點資質，鼓勵學生參加“全國應用型人才培養工程體系”內的CAE 工程師、力學分析工程師和Ansys 有限元分析工程師的職業資格考試。

3 課程群建設的后續發展思路

3.1 加強課程思政建設和教學

力學課程群從三個維度進行課程思政建設：引起學生共鳴；激勵學生產生學習內動力；能夠促進學生對課程知識的理解、掌握、拓展以及深化。以力學課程為基礎，在教學內容和教學方法中融入思政元素，達到“1+1>2”的效果，以調動學生學習的積極性，激發學生的學習興趣和愛國情懷。

3.2 促進教師教學創新和學生創新相結合

采用教師教學創新和學生創新相結合的新型教學模式。鼓勵教師在啟發式教學上下功夫，旨在啟迪學生創新思維。通過教師的啟發教學，鼓勵學生利用所學知識，去發現和解決身邊的力學問題，促進學生創新，指導學生申報發明專利；同時，學生的創新學習反過來可促進教師的教學創新，兩者相輔相成。

3.3 強化以學促賽、以賽促學

在教學過程中，以上海電力大學力學競賽、上海市力學大賽和全國大學生周培源力學大賽的個人賽和團體賽為重要載體，培養學生利用力學知識綜合解決問題的能力，強化以學促賽、以賽促學的人才培養模式。

3.4 提高學生解決實際問題的能力

在教學過程中，采用案例教學方式，啟發學生思考；對重大工程力學問題，采用國家和學校現有的虛擬仿真平臺，進行仿真模擬；同時引導學生使用軟件搭建力學模型，并對其進行靜力學、運動學和動力學分析，從而加深學生對工程力學課程的理解，提高學生解決實際問題的能力。

4 結語

傳統力學課程以理論知識為主，存在知識點比較固定、理論性強、難度較高等問題。在教學過程中，學生認為內容比較枯燥、學習難度大，導致上課效果不佳。為了解決這一問題，也讓學生感受理論力學在工程實際中的重要性，在教學改革中，我校教研組教師緊跟時代，加入現代機械的工程問題，學生以有限元分析為手段，通過將工程中的問題轉化為抽象的理論知識，反饋到其他工程問題中，形成“工程—理論—工程”閉環學習，提高學生學習興趣和學習能力。同時，要持續更新工程實踐模型，教師和學生同步學習，確保教學內容的先進性。