基于微信平臺的“工程力學”課程教學改革探討

丁俊 孫建強 湯歷平 陶春達

［摘 要］ 隨著網絡技術及智能手機的普及，基于網絡的課程教學方法也在不斷改進，利用學生對新鮮事物的興趣，提高學習動力和學習效率。“工程力學”是各高等學校工科專業的重要基礎課程，就基于微信平臺的“工程力學”課程教學改革進行討論，從“工程力學”課程的教學現狀、二維碼教材、展示工程實例、結合工程研究熱點，以及課后延伸和改進等幾方面進行分析，從而鍛煉學生的力學思維，提高學生解決工程實際問題的能力，培養合格的工程力學人才。

［關鍵詞］ 工程力學；二維碼教材；微信；網絡；教學改革

［基金項目］ 2022年度西南石油大學校級教改項目“工程力學課程思政融入課堂教學全過程的方法途徑探索與實踐”（X2021JGYB019）

［作者簡介］ 丁 俊（1983—），女，浙江東陽人，博士，西南石油大學機電工程學院講師，主要從事固體力學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）12-0085-04［收稿日期］ 2022-04-20

引言

微信（WeChat）是騰訊公司于2011年推出的一個為智能終端提供即時通信服務的免費應用程序。隨著信息技術的不斷成熟及智能化手機的逐漸普及，以及騰訊公司10年來的不斷推廣與改進，微信已成為智能手機的標配。隨著微信聊天、朋友圈及微信支付等功能的盛行，微信提供的公眾平臺及微信小程序也逐漸為廣大用戶所熟悉和使用。“工程力學”是高等學校機械、材料、環境和石油等專業的重要基礎課程，具有內容多、學時相對較少的特點。如果僅依靠課堂教學，講解內容非常有限，學生知識面比較窄，對力學問題的理解不夠深刻。本文借助微信平臺以手機為終端的網絡教學，探討“工程力學”課程的教學改革。基于微信平臺的網絡輔助教學方式不受時間和地點的約束，只要學生有意愿學習，隨時隨地都可以進行學習，使得學習更為靈活，學生也可以利用一些碎片時間進行學習。利用這一平臺，可以提高學生學習興趣和學習效率，優化學生學習目標，可以拓寬學生的知識面，建立完整的工程力學知識體系，培養力學思維，提高學生利用力學方法解決工程實際問題的能力。

一、“工程力學”課程現狀

一直以來，“工程力學”是石油工程、油氣儲運、材料成型與控制工程等專業學生必修專業基礎課程之一，是各高校的經典課程。“工程力學”主要包含靜力學和材料力學兩個部分的內容，是研究物體在外力作用下的機械運動以及變形與破壞規律的學科，是應用力學的入門課程，“工程力學”課程的教學目的和任務是向學生介紹固體力學的基本理論和力學分析的研究方法，使學生了解構件強度、剛度和穩定性等基本概念，培養學生的分析計算能力、動手能力和設計研究能力，培養學生力學思維和素養以及工程意識，使學生具備一定的解決工程實際問題的能力，也為后續其他課程的學習提供堅實的基礎。

“工程力學”是一門理論和實踐性較強的課程，傳統的教學方法是教師課堂教授為主，以板書或者PPT的方式進行教學。隨著現代教育技術的發展，我校入選國家“雙一流”建設高校名單。為適應創新性人才培養的需要，要對傳統的“工程力學”課程教學方法進行改革。“工程力學”課程網絡教學平臺很多，有中國大學MOOC、QQ騰訊課堂、QQ騰訊會議、超星直播、釘釘直播等，教師可根據各自班級的特點和實際條件選擇合適的平臺，雖然整體的網絡教學取得了一定的效果［1］，但單一的網絡教學仍存在一定的缺陷。網絡教學是隔著屏幕上課，不是教師與學生之間的面對面教學，教師與學生之間的交流必然受到影響，而且受網絡滯后等因素的影響，教師與學生之間的互動既費時效果又不佳。所以，我們深切地感受到“工程力學”課程采用單一的網絡教學并不是一個理想的選擇。綜上所述，課堂授課與網絡教學的結合是“工程力學”課程比較合理的教學方式。

二、工程力學教材應用二維碼

傳統的工程力學教材都是以文字和圖片為基本元素進行編排，學生在預習或復習時遇到難點和重點問題，往往無法理解透徹，心中會產生很多疑問，此時學生往往會到圖書館查找其他參考書籍，或者查找相關網絡視頻尋求解決問題的方法，而這種方法最大的缺點就是耗費時間，使學生的學習興趣大大降低，導致后續的學習效率不高。為解決該問題，可在傳統教材的基礎上設置二維碼，學生通過微信掃描相應問題的二維碼可直接進入網絡課堂進行學習，觀看相關內容的教學視頻，而不必耗時查閱資料。根據具體內容，可以將每個專題錄制成10～20分鐘的短視頻，有助于學生自主學習及課后鞏固復習，讓“工程力學”課程的學習變得更有趣、更高效。近些年，有不少新聞報道，越來越多的教學課本中應用了二維碼。華中師范大學的軍事理論課教材《普通高等院校大學生國防教育讀本》就采用了二維碼，使學生可以隨時隨地學習軍事理論知識。馬文蔚［2］的《物理學》第7版利用二維碼，配合視頻與動畫，銜接主教材與教學輔助教材的相關內容，使學生身臨其境地學習物理，滿足不同學時、不同層次的學生的使用需求。在教材中應用二維碼，可以讓枯燥的學習變得有趣，提高學生的學習效率，是寓教于樂的教學方式。近幾年，也有不少教師著手改版原有的傳統的工程力學教材，相信在不久的將來，學生會大量使用附帶二維碼的工程力學教材。

三、教學內容的刪減與拓展

（一）教學內容的刪減

當今世界的科技研究與發展速度非常快，知識更新也很快。為了更好地為國家和社會培養科研型和應用型人才，必須在傳統教材內容的基礎上進行更改，刪去一部分陳舊的或與其他學科交叉重復的內容。另外，要根據學生的專業適當調整教學內容。比如，針對土木專業的學生，其教材應為其詳細介紹截面核心的內容，而面對機械專業的學生，此部分內容可以作為課后的自學內容，不必占用有限的課堂學時。

（二）教學內容的拓展

由于“工程力學”課程基本概念多，公式多，內容較為抽象，雖然大部分學生能順利通過期末考試，但實際上許多學生對力學概念并不清晰，無法以工程中抽象的力學模型解決實際的力學問題，即缺乏用理論知識解決工程實際問題的能力。網絡平臺為學生提供了更多的學習方式，所以可以通過以下幾個方面提高學生的學習動力與興趣，增加學生對工程實際案例的了解，提高學生用理論知識分析解決實際問題的能力。

1.典型的工程案例展示。“工程力學”課程的授課過程通常是先進行理論推導，然后再借助具體的例題進行應用和分析；然而，由于學生缺乏工程的實際認知和經驗，以原有的知識體系很難深刻理解推導過程中涉及的一些重要概念，容易導致學生認為力學理論枯燥、抽象，從而對學習失去興趣和動力，產生抵觸和排斥心理。傳統的教學模式通常會在每一章節的開始介紹一些工程實例，引導學生了解工程實際在生活中的應用；但是由于課堂學時有限，且近些年課堂學時不斷被壓縮，所以課上無法深入分析工程的具體案例，導致學生無法體會理論學習與生活及工程的密切關聯，也無法激發學生的學習興趣和內驅力，難以培養學生獨立思考問題和解決問題的能力。

通過微信公眾號，可以精選一些工程案例，將每個案例做成5～10分鐘左右的小視頻，對其中的難點和重點講透徹，引發學生對工程問題的深度分析與思考，鼓勵學生用力學的思維與方法提出問題、解決問題，從而激發學生強烈的求知欲，充分調動學生的主觀能動性。另外，可以借一些典型案例分析具體的力學失效原因，比如美國的塔科馬大橋和加拿大魁北克大橋等，從材料力學篇章的強度、剛度和穩定性三方面來分析大橋倒塌的具體因素，同時進行思想政治教育，警示學生，作為未來的設計師和工程師，要學好專業知識，培養工程素質和應用能力的同時，也要有自己的道德底線，成為合格乃至優秀的工程從業人員。

2.基于工程軟件的工程實例板塊。隨著科技的不斷進步與發展，有限元軟件在工程及科學研究中的作用也越來越明顯，土木、機械、力學及石油等專業的許多本科畢業生需要應用有限元軟件解決畢業論文中的關鍵問題。可在微信公眾號中設置通過ANSYS、ABAQUS、ADAMS等工程常用軟件解決工程問題的案例專題。譬如，用有限元軟件模擬手機的跌落損傷、環形薄壁壓力容器的應力分析、穿甲彈有限元分析等比較有趣的案例，使學生更真切地了解如何從實際的工程問題中提取并建立合理的力學模型，拓寬學生的知識面，提前了解工程軟件的應用和功能，從而提高學生學習的主動性和興趣。

3.工程研究熱點的專題展示。針對當前實際工程的熱點問題和學術前沿的研究內容，結合“工程力學”課程的具體教學內容和知識，引入最新的力學研究成果，在微信公眾號中以專題形式向學生展示相關的研究成果。比如，設置棘輪行為的研究進展專題，羅列相關的參考文獻及具體研究成果，引導學生關注目前的熱點問題，提高學生檢索資料的能力，引導學生思考棘輪行為與單向拉伸性能及疲勞性能的差異；設置新一代手機采用的柔性電子屏的研究進展專題，可以對研究中與本門課程相關的知識尤其是能量法進行梳理，使學生了解科學研究可以改變世界，對所學的工程力學知識產生敬畏、崇拜，而不是認為所學無用的態度和思想，促使學生產生主動學習課程的內驅力及好奇心。對工程中的研究熱點和焦點進行專題展示，可以拓寬學生的視野，了解科研動向，提高學生的學習興趣和能力，培養探索精神。

4.力學家的介紹。在“工程力學”課程的學習中，學到胡克定律時一般會介紹英國科學家胡克，在介紹拉壓變形時會提到泊松，學習圣維南原理時介紹圣維南，涉及壓桿穩定時介紹歐拉，但由于課時有限，無法深入介紹科學家，以及科學家對本門課程的具體貢獻，只能簡單概括，并不能深入講解。借助網絡，可以在微信公眾號中設置力學家專題，收集力學科學家勇于探索的真實故事、科學名言及圖文資料等，以及其對力學的具體貢獻，制作5～10分鐘短視頻并配上音樂，讓學生在崇拜科學家之余，深刻了解并學習科學家的求實精神、創立精神和奉獻精神等，進而促進學生將學而不倦、敢于人先、不輕言放棄、迎難而上等科學精神運用于生活、學習和成長的過程，領悟工匠精神。

四、課后延伸的改進

（一）實施并完善網上作業

我校有比較成熟的工程力學網站，上傳有教學錄像及課件等教學資源，但是作業大多是書面作業，且以計算題為主。傳統的作業方式存在三個問題：一是學生習慣計算題的解題思路，對一些基本概念和性質的理解不夠透徹和精準；二是從教師布置作業，學生完成后集體上交，到教師批改完再下發，需要的時間較長，有時甚至長達一周，導致學生喪失了對原有知識點查漏補缺的興趣，忽視作業更改的情況，無法及時更正作業中的錯誤；三是教師需要花費較長時間重復性地批改工作。隨著科技的發展，教師可借助微信公眾號發布作業，包括選擇題和是非判斷題。網絡作業內容和形式的豐富化與多樣化，使學生多角度地了解工程力學中的一些基本概念和原理，督促學生積極完成作業。通過無紙化作業，學生可以隨時提交，教師也可以隨時批改。除計算題和簡答題需要教師直接批改，選擇題和是非判斷題可借助電腦自動批改，學生可以及時獲得作業反饋，積極改正錯誤，查漏補缺，更加牢固和及時地掌握基本概念，同時也縮短了教師批改作業的時間，提高了教師的工作效率，教師可以將更多的精力用于提高教學效果。

（二）班級錯題庫的建立

錯題庫是對已學知識進行梳理，是重點和難點的集合，也是實現系統化學習的重要途徑。針對不同學時不同專業及不同的班級建立與作業配套的錯題庫。教師在每次批改作業后，對習題中學生所犯的錯誤進行總結、歸納和梳理，找出學生學習的薄弱環節和知識點。在微信公眾號上分章節拍照上傳學生易犯的典型錯誤，并備注錯誤原因和對該知識點的正確理解，附上正確的求解過程。在糾正錯誤的同時，強化學生對基本概念的理解。不同專業的學生基礎不同，對工程力學中的知識點的理解也不同。每個班級應建立自己的錯題庫，更有針對性，學生可把握學習重點，大幅提高學習效率，使期末復習更加高效。此外，也可整理和歸納學生的不同解題方法，舉一反三，供其他學生參考學習，鼓勵學生比較各種求解方法的優缺點，活躍學生的思維，掌握和理解不同的知識點，使各知識點前后結合。

（三）平時成績的改進

根據教學大綱要求，筆者所在學校的“工程力學”課程平時成績占30%，期末成績占70%。30%的平時成績包含15%作業成績、5%的考勤成績以及10%的試驗成績。對比例進行適當調整，可適當降低期末成績的占比，適當提高平時成績。將學生在微信公眾號中的專題學習、錯題本的觀看等作為平時成績的一部分，更全面地反映學生平時的學習狀況。依賴于微信平臺的信息發布和學習，后臺可以追蹤學生掃描二維碼的相關數據，例如，每個短視頻的掃描時間、掃描人數、觀看時長，這些數據可以作為學生平時成績的依據。除此之外，還可以根據學生觀看視頻的跳出比例、拖拽起點、回看視頻、觀看時間分布等，充分了解學生對哪些視頻感興趣，對哪些內容不熟悉，使教師更好地了解學生對各種知識的興趣和關注度，更有針對性地改善教學方法。教師還可利用微信掃描二維碼進行課堂點名，節約教師檢查學生出勤的時間，及時掌握每堂課中學生的缺席情況，同時也便于課堂考勤和成績統計。

結語

隨著科學研究的進步，為滿足社會和國家對綜合型設計師和工程師的需求，要改進工程力學教學。通過采用二維碼教材，拓展教學內容，如通過增加工程實際案例分析、有限元分析、學術界研究熱點與工程力學知識的聯系、增加力學家專題等提高學生對工程力學的整體認知，更好地理解理論知識，加強用理論聯系實際并解決實際問題的能力，做到活學活用，激發學生的學習興趣和內驅力，培養工程素質和應用能力，為學生將來參加工作真正從事工程項目奠定堅實的基礎。

參考文獻

［1］陶春達，王丹丹.新冠肺炎疫情下的工程力學網絡課程教學實踐及思考［J］.黑龍江教育（理論與實踐），2020（11）：17-19.

［2］馬文蔚，周雨青，解希順.物理學［M］.7版.北京：高等教育出版社，2020：56-126.

Discussion on Teaching Reform of Engineering Mechanics Course Based on Wechat Platform

DING Jun， SUN Jian-qiang， TANG Li-ping， TAO Chun-da

（School of Mechatronic Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu，

Sichuan 610500， China）

Abstract： With the popularization of network technology and smart phone， web-based course teaching method was proposed and improved. Learning motivation and learning efficiency were improved by students interest in new things. Engineering Mechanics is an important basic course for engineering majors in universities. Based on Wechat platform， the teaching reform of Engineering Mechanics course was discussed. The present situation of engineering mechanics teaching， two-dimensional code textbook， showing engineering examples， engineering research focus and the improvement of after-class extension were analyzed to improve students mechanical thinking and their ability to solve practical engineering problems.

Key words： Engineering Mechanics; two-dimensional code textbook; Wechat; network; teaching reform