基于學生視角對工程力學教學改革的思考

金曉清　龔詩雨　方周玉　陳楠　蔣志楨

［摘 要］隨著高校教學改革的不斷深入，探索適用于新工科教育背景下的教學內容、教學方式、教學手段等已成為工程力學教學改革的熱點。文章基于學生視角，以重慶大學航空航天學院為例，首先介紹已實施的工程力學教學改革措施及其成效，包括優化課程結構設置、深化專業理論知識與工程實際領域的結合、引入信息化教學手段、采用多元化的成績評定方式；接著探討目前工程力學教學中存在的問題；最后提出了優化教學方法與模式、搭建導師與學生間溝通的橋梁、深化雙語教學等工程力學教學改革建議。

［關鍵詞］學生視角；工程力學；教學改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）04-0127-03

一、問題的提出

工程力學是一門研究物體機械運動以及物體承載能力的基礎科學，為工科類院校重要的技術基礎課之一，其理論性與系統性強、邏輯嚴密、比較抽象，但與工程實際具有密切的聯系[1]。工程力學對于學生對力學及數理相關專業知識的掌握與實驗技能等都有非常高的要求，也給院校的課程設置以及教學方法提出了不少挑戰。讓學生更好地掌握工程力學專業的基礎知識并能將其熟練地運用在工程實際領域中，成為工程力學教學改革的目標。馬萬征等基于宏觀角度，在新工科背景下，提出了一系列符合專業認證標準的工程力學教學改革舉措[2]。劉新柱等以大學生創新能力培養為主要目標，通過對工程力學教學質量的分析探討，從多個方面提出了工程力學教學改革的新路徑[3]。夏平等從直接面向工科人才市場和生產一線的高級工程應用型技術人才這一視角出發，對工程力學與工程實踐相結合方面進行了深入的研究，并提出了應用型本科院校工程力學課程教學改革的方案[4]。然而，隨著信息技術的高速發展，信息化逐漸成為各行業改革的重點目標，信息技術更是成為現代化教學中不可或缺的工具，尤其被廣泛應用于工程力學教學，為工程力學教學帶來了全新的教學內容和形式，這樣的教學方式不僅可以更好地提高學生對工程力學的學習興趣，還可以取得更好的教學效果[5]。

綜上，已有文獻對工程力學教學改革的探討大多是基于教師或管理者視角進行，而本文將從學生這一受教育者的視角，基于重慶大學航空航天學院工程力學專業的教學模式和已實施的教改方法，對工程力學教學改革這一問題進行分析與探討，為工程力學教學改革的實施提供一定建議。學生作為教學改革的直接作用對象，能夠直觀地體會到教學改革帶來的影響并對其做出相應的反應與思考，以此角度對工程力學教學改革進行剖析與展望具有真實性與及時性，對工程力學教學改革工作具有重要意義。

二、已實施的工程力學教學改革措施及其成效

重慶大學航空航天學院（以下簡稱學院）對工程力學教學改革做出不斷努力與嘗試，以探索出更易于學生接受的教學模式。

（一）優化課程結構設置

教育改革到深處是教學，到難處是課程。課程結構設置的合理性對學生構建系統化的知識體系有著顯著影響。多年以來，學院相關負責人不斷地對工程力學專業的教學大綱進行調整并優化課程結構設置，使專業課程與相關數理知識在整個學習過程中銜接得更為緊密自然，促進教學更加規范化、更加系統化，這樣可以盡量避免某一門課程所需的知識在后面的課程中才能學到的情況。工程力學專業的課程量整體較多，并且難度較大，學院在此基礎上盡量優化每一學期的課程分配，進而減輕學生的學習壓力，以達到更好的學習效果。工程力學專業要求學生具有一定的編程能力以及Abaqus等商業軟件的應用能力，因此學院為學生設置了相應的通識課程與培訓課程，以供學生根據個人興趣與能力來選擇與學習，這樣不僅能達到讓學生在基礎知識與專業技能方面同步發展的目的，還能激發學生的學習興趣。

（二）深化專業理論知識與工程實際領域的結合

工程力學專業不僅注重專業知識在工程實際領域中的應用，還強調運用相關力學知識解決在各工程應用領域中遇到的力學相關問題。學院為了更好地達到這一目標，在課程教學過程中除了注重培養學生運用力學知識解決實際問題的能力，還加入了許多實踐導向性的任務考核。例如，在結構力學課程中，教師指導學生搭建張拉整體，讓他們切實感受其中的力學原理，進而深化他們對結構力學等相關知識的認識與理解；在結構分析軟件應用課程中，教師讓學生選擇生活中感興趣的力學現象或所學知識中的力學問題并利用有限元軟件進行分析討論，一方面鍛煉學生使用相關商業軟件的技能，另一方面使學生對力學問題中的力學原理有更直觀更深入的理解。特別是大四年級的力學綜合實驗課程，要求學生自行購買或制造材料，利用所學的力學知識搭建一座橋梁，在盡量減重的要求下滿足橋梁尺寸、強度等要求，這樣做實際上是對學生綜合運用專業知識解決實際問題的能力進行系統性的考核。這些不同形式的考核都體現了學院對于深化專業理論知識與實踐相結合這一教學改革目標的不斷嘗試與努力。學生不僅在課堂上通過聽教師講授的方式學習到了理論知識，還通過自主動手實踐的方式更好地吸收了相關知識并掌握了一定的應用方法，這為未來學生投身科研或進行相關工作打下了堅實的基礎。

（三）引入信息化教學手段

根據教育部相關文件精神，高校應適應信息化條件下知識獲取方式和傳授方式、教和學關系等發生革命性變化的要求，深化信息技術與教育教學的深度融合。為此，學院投入建設了虛擬仿真實驗教學平臺，使學生可以隨時隨地在線訪問虛擬仿真實驗教學平臺進行機翼裝配、載荷配置的相關實驗與計算，同時學院也在不斷開發新的虛擬仿真實驗供學生采用。現代信息技術融入實驗教學項目后，不僅拓展了實驗教學內容的廣度和深度，延伸了實驗教學的時間和空間，還提升了實驗教學的質量和水平[6]。除此之外，學院的部分教師還將Sakai 等學習平臺融入教學中，在線發布作業并提前告知學生學習的內容，使學生可以方便快捷地獲取教師提供的PPT、課程拓展資料等進行線下自主學習。在這些平臺上，學生不受時間與地點的限制，可以在平臺討論區就教學內容等方面與同學、老師進行交流討論，同時教師也能及時收集到學生對課堂教學的反饋信息，以便及時做出相應的調整。

（四）采用多元化的成績評定方式

改革教學方法需要同步改進傳統的考核方式，輔以工程教育專業認證標準導向的綜合性考核方法。學院采取多層次多維度的考核與成績評定方式，對學生專業基本概念、基本知識掌握情況通過書面考試的形式進行考核，而學生的基礎力學實驗能力則通過實驗過程與實驗報告來體現。然而，對于運用工程力學知識解決實際工程領域問題的能力，很難采用考試的形式進行考核，只能通過與工程實際領域相關的課程設計項目進行考核。期末成績評定采取平時成績與考核成績相結合的方式，一方面實現了對學生不同專業能力的針對性考核，另一方面通過多樣化的考核方式不僅激發了學生的學習興趣與創新探索能力，還強調了學生對所學知識的熟練掌握與應用。

三、學生視角下目前工程力學教學中存在的問題

（一）部分課程課時設置較少

工程力學是一門理論性相對較強的基礎學科，同時要求學生有較高的綜合素質能力和實驗基礎知識水平，然而在實際教學過程中，往往存在教學內容較多而課時較少的問題。比如彈性力學、流體力學等課程，這些課程教學內容概念抽象，推導過程繁雜，容易導致學生對課程內容產生抵觸心理，這對教師的教學能力與學生的接受能力都是較大的考驗。而這些課程的課時卻在逐漸縮減，這使得教師不得不在一定程度上壓縮與減少教學內容，有時在教學過程中需要為完成既定的教學內容而匆忙趕課，很難顧及學生對教學內容與教學方式的反饋情況，部分學生也會在這種較快的教學進度中承擔較大的學習壓力，容易產生抵觸等負面情緒，這為學生后續的專業知識學習帶來了一定的阻礙。據學生反饋，過少的課時與較快的教學進度使得他們對流體力學、振動力學等課程中的部分內容并沒有完全理解，還需要教師做進一步的講解。這也表明對于難度較大的專業課程知識，僅僅依靠學生自學會造成學習效率不高的現象，需要教師進行一定程度的指導與點撥。

（二）課堂教學模式單一化

工程力學專業課程涉及較多專業基礎概念與復雜的推導過程，內容比較枯燥。而對于這些課程的教學，教師大多利用多媒體設備對課件進行演示，或采用傳統的板書講解方式，教學內容比較枯燥乏味，對信息化技術的應用方式也比較單一，學生大多數時候是被動地接受知識，較少主動地去思考。如果教師的授課內容缺乏吸引力，學生不能主動參與課堂，就會導致課堂氣氛沉悶，教學效率不高，教學質量也無法得到提高。部分學生認為只要記住了主要知識就可以通過考核，不需要再進行深入的理解運用，導致學習之后無法結合工程實際進行應用，無法靈活地應用專業理論知識進行實踐。

（三）學生創新實踐能力不足

創新實踐能力是學生參與科研或投身相關工作必不可少的能力素質，而培養學生創新實踐能力的有效方式之一是讓學生在掌握一定的專業基礎知識的同時盡早地去了解相關科研工作并運用已有的知識進行探索與研究，如參加相關的技能競賽或科研訓練等。學院為此在大一年級便為學生配備了一對多的學業導師，一方面對學生進行學業方面的指導，另一方面給學生提供了解科研、參與科研的渠道。但由于前兩學年學生在學院新校區學習與生活，導師也有較重的科研任務，并且學業導師與學生間的聯系缺乏具體活動或任務作為支撐，導致部分學生缺乏與學業導師的及時溝通交流，學業導師的配備并沒有取得預期的成效。此外，部分學生對于相關技能競賽或科研訓練缺乏一定了解，參與積極性不高，導致他們的理論學習與實踐應用出現一定程度的脫節，這需要學院對學生進行一定的宣傳與指導。

四、學生視角下工程力學教學改革建議

（一）優化教學方法與模式

由于課時限制，對于彈性力學、流體力學等教學任務量大、學習難度大的課程，為了更好地達到教學目標，使學生更好地吸收教學內容，建議采用分段式的教學方法，即將課程教學分為課前布置、課中設計、課后鞏固、實踐運用四個環節。

教師可以在課前充分利用信息化教學平臺，給學生安排一些開放性的課前預習任務，讓學生在探索過程中自行了解一些教學相關內容。通過課前預習，可以讓學生主動提前學習，提高學生學習興趣，使學生不再覺得課堂教學枯燥乏味。課中階段進行一定的設計，如采用互動式、設問式及歸納總結式的方法，增加學生的參與感。在具體的教學過程中可以加入帶有實驗特征的仿真模擬系統操作，讓學生將抽象的問題通過具體方式呈現出來，提高學生的學習興趣。在課后，教師通過布置課程作業的形式，讓學生對所學的知識進行及時消化與鞏固，同時利用信息化教學平臺提前告知學生課程內容，并將上課時使用的課件與資料上傳到教學平臺。另外，還可以充分利用MOOC等信息化教學平臺，讓學生能夠隨時隨地在線學習，對自己還沒有掌握的知識點進行重點復習。在實踐應用環節，教師可以通過布置一些具有實踐意義的課題或任務，鍛煉學生熟練運用所學理論知識的能力。總的來說，通過這樣的教學模式可以使教師充分利用課上與課下的時間，在有限的課時內更好地完成教學任務與目標。

（二）搭建學業導師與學生間溝通的橋梁

為使學生更好地了解專業情況與科研方法，學院應充分發揮學業導師的積極作用。第一，堅持為學生分配學業導師，為學生搭建與學業導師溝通交流的橋梁。如定期讓不同的學業導師為學生舉辦專業講座與交流會，通過這樣的活動使學生對導師的科研情況有一定了解、對科研方法有一定認識，同時增加學業導師與學生的交流機會，在交流分享中培養學生對科研的興趣。第二，可以要求學生每學年在學業導師的指導下完成一項合理的探索研究任務，并讓導師針對學生的研究情況給出評價與建議，加強學生與導師之間的聯系。總的來說，通過這樣的方式可以培養學生的創新實踐能力，充分利用現有資源發揮學業導師制度的教學優勢，增強學生對專業的學習興趣，讓他們不僅僅追求通過考試。

（三）適應社會需求，深化雙語教學

為適應經濟全球化和科技革命的挑戰，高等學校本科教育應適當引用國外好的英語教材并適當使用英語進行公共課和專業課教學[7]。學院為大四年級學生開設了專業英語相關課程，旨在讓學生具備一定的專業英語素養。在教學活動中，學生有時需要檢索和閱讀專業英文文獻，如果專業英語教學缺失，就會使學生在這一方面較為被動。如果將專業英語的授課學期向前調整，就能讓學生盡早地學習專業英語。此外，學生在大一大二年級通過大學英語課程的學習，具備了一定的英語素養，而且工程力學專業課程涉及的專業詞匯重復率較高，學生較易接受，因此在教學中比較容易引用雙語教材和開展雙語教學。同時，在工程力學專業課程教學中開展雙語教學，還可以起到從基礎英語到專業英語的橋梁紐帶作用。

五、總結

基于教育者視角思考教學改革具有宏觀性的指導意義，而基于學生視角對教學改革進行反饋與建議同樣具有重要意義。優化課程結構設置、深化理論結合實際、引入信息化教學手段、拓展成績評定方式等舉措在人才培養方面的成效十分顯著，但同時也仍然存在有待解決的問題。未來筆者將繼續在優化課堂教學模式、培養學生創新實踐能力、拓展學生國際化視野等方面做出努力，探索出更優更高效的人才培養方案。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 郎風超，劉佳偉，姜愛峰.工程力學教學改革探討[J].科技風，2021（1）：65-66.

[2］ 馬萬征，李忠芳，馬月芹.新工科背景下符合專業認證標準的《工程力學》教學改革的研究[J].教育現代化，2018，5（46）：91-93.

[3］ 劉新柱，王冬，潘佳卉.基于創新能力培養目標的工程力學教學改革與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2014（1）：39-40.

[4］ 夏平，毛文貴，卿上樂.應用型本科工程力學課程教學改革研究[J].湖南工程學院學報（社會科學版），2010，20（1）：101-103.

[5］ 郭勇.信息化背景下的工程力學教學改革措施[J].高教學刊，2019（14）：124-126.

[6］ 時連君，時慧喆.一流學科建設背景下的實驗教學改革探索[J].實驗室科學，2019，22（6）：113-115.

[7］ 陳建國，王秀敏，向琳，等.信息安全技術課程雙語教學的探索與研究[J].計算機教育，2016（3）：81-84.

［責任編輯：周侯辰］