新工科背景下“三二分段”教學中“工程力學”多元化教學方法研究

黃錫峰 張武 王運明

摘?要：新工科建設是國家新一輪科技革命和產業革命的重要戰略部署，為貫徹落實教育改革，實施“三二分段”教學，培養高技能人才。“工程力學”是汽車類專業必不可少的一門基礎課程，這門課程與工程實際緊密結合，在教學過程中存在理論概念抽象、學生工程意識薄弱、理解能力有限、學生空間思維水平差異大、教學課時不足、學習興趣不大、知識點難度偏高等問題。通過分析“工程力學”“三二分段”教學改革的思路，進行科學的課程教學設計，從教學方法、多種教學評價、授課著重點等方面進行改革探索，通過理論知識與實際案例相結合的方式進行課堂互動反饋，將價值內涵與課堂教學相融合，多種類課程內容交叉融合，引入多元教學評價的“工程力學”多元化教學方式新模式，引導學生透徹理解知識點，激發學生學習興趣，將顯性教育與隱性教育相統一，幫助學生培養工程倫理意識、自主學習能力和創新思維能力。

關鍵詞：三二分段；工程力學；教學方式；多元化教學

中圖分類號：G642

隨著新的科技革命和產業變革的機遇交匯而來，高校的工科專業建設需堅持以質量提升為重要目標。新工科以塑造未來為理念，以培養多元化、創新型工程人才為驅動，以支撐國家產業發展，提高國際競爭力為目標。在新工科背景下，“工程力學”在實際應用中具有基礎性和廣泛性。在“三二分段”教學中，“工程力學”是一門理論性強的專業基礎課程，是研究物體機械運動與承載能力的基礎學科，是汽車類專業學生必修課程之一［1］，其理論性強，邏輯嚴密而且抽象，與工程實際聯系緊密。“工程力學”主要包括靜力學和材料力學兩部分內容，該課程以培養學生的實際計算和思考能力為目標，著重于分析和解決實際問題的能力，特別是表達設計能力［2］。所以，如何保證“工程力學”課程優秀的教學質量和教學效果對于教師和學生都是非常重要的。該課程對汽車類專業學生人才的培養尤為重要，因為力學課程的學習非常有助于后續專業課程的學習和一些重要專業知識點的理解和提升，對學生在畢業后從事本專業的工作意義重大［3］。在以教學改革為核心的大方向下，學習“工程力學”的目的是為汽車行業培養出更多更優秀的應用型技術人才［4］。在“工程力學”課程教學中，學校應進一步確立“與企業對接，服務地方經濟”的辦學宗旨，大力開發校本教材，實施“互聯網+”校企合作平臺，合作建立企業生產實際案例庫，供學校和企業共享，在用人單位需求和就業市場調查的基礎上，以職業具體分類為初始點，對崗位能力和要求進行具體分析，對培養目標的具體專業能力培養要求重新定位，讓學生學習到的都是最新的、最實用的技術。堅持教育的信息化與信息化教育緊密結合的原則，努力提高“工程力學”學科教育水平［5］。

1?“工程力學”課程教學的普遍問題

1.1?課堂上的授課一般氛圍

關于工程力學的實際應用案例非常多，但在專業培養體系中這門課程分配的學習課時卻十分有限。從教學的角度來說，該學科較為復雜和抽象，基本上授課內容都是建立在理想化的力學模型上的，使得學生在學習的過程中所看到的模型與實際的物體存在一定的差異，在理解上顯得模糊和粗淺。但該課程要解決的都是實際存在的問題，而課堂教學主要以教師為主體，故在“工程力學”這門課程中教師對于所講內容的理解深度和該內容相關的知識面拓展的寬度，以及對該內容的表述表達能力，對教師來說將會成為一種挑戰。在教學過程中，教師要重視培養學生的主觀能動性。而傳統的教學模式下，教學的主體是教師，學生被動接受，這種情況下強調的是課程內容的輸出，對傳授知識的方式不夠重視。在技術不斷進步、不斷革新的大背景下，教師能在課堂上生動形象地表達出學習內容，最好借助于實物或實物模型，啟發和引導學生尋找問題，進而激發學生思考解決具體實際問題的方法。

1.2?學生知識水平參差不齊

在“三二分段”教學模式中，招生具有多樣性的特點，生源質量具有較大差異，存在學生基礎知識不牢、積極性不高，刻苦鉆研的精神不強等現象，學生的邏輯分析能力和空間想象思維也或多或少的存在一定差異，這也是學生對學習這門課程的問題所在。由于“工程力學”課程理論性強，而教師大都是采用板書，或者制作PPT來進行公式推導，這些授課方式要求學生具有一定的基礎，使得學生在課堂上表現不積極、不主動，缺乏學習本課程的興趣，從而導致課程教學效果質量較差。學生基礎知識水平較低，學生創新實踐能力不足，如何使課程基礎知識和能力水平具有一定差異的學生達到相同的教學培養目標是授課教師應該關注和思考的問題。

1.3?學生課外學習的積極性

一般的高等院校以平時的作業、考勤和期末考試的成績作為“工程力學”這門課課程的考核標準，其中占比最大的是課程的期末考試成績。對于“工程力學”課程來說，其所需講授的知識內容多，對學生理解運用的要求也高，僅僅以考試的卷面成績作為評價標準不能科學地呈現對教學過程的評價，不能全面體現出學生對這門課程知識點的掌握學習情況，也不足以調動學生的主觀能動性以及學習的積極性。而很多力學的教師僅僅采用課堂時間學習，效率太低，課外學習也是非常重要的環節，但學生很難做到課外預習或者課外復習。

2?多元化教學方式改革與改進

鑒于目前“工程力學”課程教學中存在的問題和狀況，筆者提出以引導學生思維為主，以例題精講、精準練習為輔的教學模式。教師要精要地講、精煉地講、精彩地講，將教學的深度與實際的廣度進行融合，給學生充分的思考時間和思維空間，并及時有效地利用先進的科技手段來輔助教學，講解課程中的基本理論與應用方法，使得學生對“工程力學”這門課的重點和難點有深刻的理解，在實際中的應用有一個深刻的認識。學生多思、多練、多得，實現沉浸式地學習新知識。“工程力學”這門課程由專業培養目標和達到的畢業要求制定課程目標，通過對課程的教學內容、教學方式方法、教學手段以及評價方式等進行探索和實踐，經過教學實施和考核評價，獲得課程評價與反饋，如下圖所示。

課程改進流程圖

2.1?傳統板書教學與計算機繪圖技術簡化模型展示相結合

計算機繪圖技術是多媒體技術的基礎，圖形處理、模式識別與圖像顯示結合具有交互處理、動畫、文本管理和聲音等功能，增加了過程演示，營造了工程氛圍，彌補了學生實習、實踐不足等各方面的情況。計算機繪圖技術簡化模型展示凸顯出語言無法比擬的優越性，學生通過觀察，獲得直觀的感受，更易于理解。同時節省了大量的板書時間，既能充分地展示當堂課的教學內容，又能提高課堂的教學效率，有利于突出講解的邏輯性和連貫性，不僅豐富了課堂教學內容，還有利于學生熟練掌握使用AutoCAD、SolidWorks等二維、三維軟件的使用技巧，提高學生繪制平面圖和三維建模的能力。初學者首先注重的應該是分析能力培養，然后通過直觀產品模型展示充分理解“工程力學”中的理想模型情況和實際應用模型情況，培養學生的工程意識、實事求是的學習態度。另外，學生在具備一定知識的基礎上，將二維、三維軟件的建模運用引進到“工程力學”的教學中，軟件應用與理論知識相互融合的教學模式，有利于提升學生對繪圖軟件應用技巧的掌握，提高制圖能力水平和專業水平。通過使用二維、三維軟件對零件進行建模，對于物體具體的受力分析情況能夠給學生帶來直觀的感受和視覺沖擊，進一步培養學生的空間思維能力和理解能力，降低學生學習中所涉及知識點的難度，進一步提高學生學習“工程力學”的興趣和動力。

2.2?模塊化教學促進學科的融合滲透

“工程力學”課程內容主要包括兩個模塊，涵蓋了“理論力學”和“材料力學”兩門課程的內容，這兩門課程又同時包含了力學基礎知識和力學分析計算兩部分。在力學基礎知識模塊中，包含了繪制分析受力圖、已知力與未知力之間的關系，每個模塊內容中包含有多個任務知識點，學生在完成任務知識點過程中學習相關的知識點。比如平面力系的平衡、空間力系的平衡、桿件變形的基本形式，能夠將復雜的力分解成垂直方向的各分力，運用內力與外力之間的幾何關系求出最大應力等，從而達成對“工程力學”課程中的相關知識點的理解和強化。在力學分析計算模塊中，鍛煉學生的計算能力，鞏固學生的高等數學知識。在以項目為驅動的教學中，通過完成任務知識點，情景帶入方式下，學生在學會讀圖、理解題目的同時聯系實際物體模型，完成力的平衡、材料的強度和剛度方面的校驗，進一步熟悉工程材料的選擇等，實現了多門專業課程學科內容之間融合和貫通，將學生所學各門課程內容形成一個有機整體，不斷增強學生解決“工程力學”問題的能力和水平，進一步增強和提高學生的工程意識和能力，實現汽車類專業學生人才培養方案的目標。

2.3?線上與線下教學互相融合

課程的建設必須結合汽車專業人才培養方案目標和內容。隨著多媒體的發展，授課方式幾乎也是多媒體或者多媒體與板書相結合的方式授課。學生通過在線學習課程能夠掌握學習的知識點，利用雨課堂以及慕課等平臺，對照教師所設定的學習要求和規定時間，完成相對應的知識任務點；監督學生的學習過程，即時檢測學生的學習效果，包括即時的課堂檢測以及課后的單元作業與單元測驗；利用智慧課堂進行小組討論以及翻轉課堂。將“工程力學”的整體課堂分成四個部分，包括線上課堂、線下課堂、實驗教學工程以及評價設計，結合線上教育的優勢以及線下教育的長處，全方位探索“工程力學”特色化教育模式探索道路。首先，按照學習的進度設置線上作業相關任務點，對線上作業的上交情況進行跟蹤和檢測，分析并了解學習效果。其次，可以對“工程力學”進行階段性的課后模擬測試，測試題目有填空題、選擇題、判斷題、受力分析題和計算題等題型，通常以主觀計算題目為主，以客觀選擇題、判斷題目為輔，全面檢驗學生的學習效果。通過全過程考核方式，既有利于調動學生學習的積極性，也可以鍛煉學生團隊的協作能力，進而提高教學的質量，培養學生良好的學習習慣以及協作精神，提高教與學的效果。在學習“工程力學”這門課程中，通過提升學生對力學原理的理解和推理能力，在力學實驗中培養創新能力，充分發揮個人主動性和積極性，實現新工科要求的高校人才培養質量需求。

2.4?多種教學評價相結合

課程教學成果水平的評價應該是全面而科學的，既要重結果，又要重過程。教學評價的指標應該是全面而客觀的，傳統的期末考試重在基礎知識的考查，忽略了解決實際問題的能力，因此注重學生基礎知識和解決問題的能力的考查是期末考試改革的重點之一，如可以采取過程作業、小論文相結合的考查方式。全面的教學評價系統應該是多角度、多維度的，應包括教師評價、組內互相評價、學生個人自評等多個評價指標，準確而又客觀地反映學生的學習過程和實時效果。教師可以根據學生在某個重點、難點處的學習狀況給出相應的指導意見。“工程力學”是一門包含了一定實驗性的課程，為避免學生只交實驗報告，不注重實驗原理和操作過程，因此實驗成績不能只重視結果，而應是實驗報告成績和實驗操作成績的綜合成績，實驗報告成績占總成績40%，而實驗操作成績占60%。這樣可以激發學生的操作熱情，培養學生的動手能力。加強學生的縱向學習成果和質量，要注重學生個體的差異性，通過全面而科學的教學評價體系，可以最大限度地促進學生學習的積極性，也可以使教師更直觀地了解課程的教學效果，堅持貫徹多維度的教學方法改革，實現教學質量的提高。

結語

在汽車專業“三二分段”教學中，“工程力學”課程教學改革經過數個學期的探索、構建、更改，多維度教學的改革漸漸趨于完善，課堂教學質量和教學效果提升明顯。基于對各種調查的分析，包括學生訪談、問卷調查、特定問題調查等方式，學生對“工程力學”課程教學改革普遍表示滿意，學生的學習主動性和創造性明顯提升，對于課程的多元化綜合考核成績系統評價頗高，最大限度地保護了學生的學習積極性。“工程力學”多元化教學方式改革任重而道遠，“工程力學”課程教學的改革必須要結合課程的特點和實際需求進行不斷的探索，與時俱進，最終培養出創新型、實踐型的高素質綜合型人才。

參考文獻：

［1］黃成，王曉軍，孫曉鋒，等.基于OBE理念的機械專業工程力學課程教學改革探索和實踐［J］.造紙裝備及材料，2023，52（01）：227229.

［2］劉洋，高蕉，張微.工程力學教學中培養學生創新能力的策略探究［J］.試題與研究，2022（20）：123125.

［3］王自平.“工程力學”課程混合式教學模式設計與實踐［J］.工業和信息化教育，2023（02）：3639.

［4］周趙鳳，張旭方，黃英省，等.基于能力培養的“材料力學實驗”改革與創新實踐［J］.裝備制造技術，2023（03）：186188+221.

［5］劉澤鋒，李風娟，梁丹丹，等.基于智慧樹平臺的混合式教學模式實踐——以新疆理工學院工程力學課程為例［J］.教育信息化論壇，2023（05）：1517.

基金項目：廣東省高職教育教學改革研究與實踐項目：“三二分段”協同育人中《工程力學》教學改革探索和研究

作者簡介：黃錫峰（1982—?），男，浙江寧波人，研究生，講師，研究方向：機械設計、材料加工。