基于工程力學課程建設的應用型人才培養探索

基金項目：遼寧省教育廳教改項目“服務國家戰略新興產業的雙需求導向、多方協同人才培養模式的創新與實踐”（遼教辦[2021]254號）

第一作者簡介：李慧（1985-），女，漢族，遼寧沈陽人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為風電葉片結構設計與損傷修復。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.22.037

摘 要：基于育人根本及學以致用的新工科人才建設需求為導向，以大學本科工程力學課程建設改革目標為依托，深入闡釋人才培養真正“融”入課程建設的全過程，通過課程建設、目標定位和應用型人才培養舉措，探索課程改革建設融入點和融入途徑解決現有課程問題，為我國高等工程教育改革人才實踐能力的培養提供有效的課程支撐，為大學本科教育賦予生命和靈魂。

關鍵詞：工程力學；改革目標；融入點；融入途徑；應用型人才；教育靈魂

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）22-0152-04

Abstract： Based on the basic education and the demand for the construction of new engineering talents， and according to the reform goal of course construction of Engineering Mechanics for undergraduate students， the whole process of talents training truly "integrating" into the course construction is thoroughly explained. Through the curriculum construction， target orientation and the measures of application-oriented talent training， we explore the integration points and ways of curriculum reform and construction to solve the existing curriculum problems. It provides effective course support for cultivating practical ability of talents in Chinese higher engineering education reform and enlists life and soul in undergraduate education.

Keywords： Engineering Mechanics; reform objectives; integration point; integration approach; applied talents; education soul

習近平總書記在黨的二十大報告中強調：“育人的根本在于立德。”這是黨中央對教育、授課和育人提出的核心理念，是推進課程建設和授課形式改革的原動力。德才兼備一直是教書育人和人才建設的發展方向，教師承載著大學教育的使命，同時又是影響學生學習能力、人文認知和社會責任的直接載體，因此把育人和立德建立正確關聯是教育工作者為之努力的根本。這既是黨的二十大報告在結構和布局上的一項十分重要而鮮明的創新，也深刻體現了習近平總書記對教育發揮基礎性、先導性、全局性地位和作用的殷切期待。

工程力學所闡述的規律具有普遍性，直接服務于工程，是各技術工程學科的重要基礎理論，也是溝通自然科學基礎理論與工程實踐的橋梁，其知識體系涵蓋了理論力學和材料力學[1]。工程力學將工程實際問題通過構件形式以力學模型具象表征，基于力學最基本的原理及公理進行簡單、系統的力學分析，完成子部件與整體的受力分析、傳力特性分析、變形分析與安全性校核。由此傳授學生如何將實際工程問題建立力學體系模型，實現力學特性計算與分析，由此培養學生對結構安全、生命財產、社會穩定和經濟發展的良性認知[2]。

工程力學作為大學本科通識課程，大學對于學生、學術和國家的責任感，也要做好嚴愛相濟、情理相融的通識教育。通識教育旨在利用大學生的可塑性，鼓勵年輕人認識自我、發展自我和完善自我。大學一直是發明和創造的源地，學生們通過四年本科教育完成知識儲備和能力建設，成長為思維成熟、獨立思考的人，在這個過程中，學生們經歷著認知自我、提升自我和探索未知自我的過程[3]。大學在這個階段的主要任務，就是通過課程建設和授課理念，指導學生個人知識體系的構建，形成“發現問題-解決問題”的閉環思維模式，成為對未知充滿憧憬和尊重的應用型人才。

因此，本文以工程力學課程建設問題為改革點，以培養應用型人才為改革方向，提出改革目標。以工程力學知識體系為根本，探索融入點和融入途徑，形成“融入式”應用型人才培養舉措，以全面實現工程力學課程建設的應用型人才培養方法。本著做有靈魂的教育，探索通識課程的教育根本。

一 工程力學課程建設改革目標

工程力學的課程特殊性在于使通過合理的簡化進而面向所有工程問題，其知識體系復雜，研究對象抽象，這就導致學生在學習的過程中無法串聯知識點，或者只記住公式結果不注重推導過程和公式由來，而把力學課程變成死記硬背的學科[4]。學生一旦對課程失去主動學習的興趣，就不會帶著“遇到問題-解決問題”的態度來學習工程力學這門理論與實際緊耦合的通識課程。因此，工程力學這門課程應該充分發揮其獨有的緊密聯系工程、實踐、理論的特點，培養學生依托理論知識完善實踐能力。圖1為工程力學課程現有問題以及對應的改革目標，為培養應用型人才提供有效的改革方向。

圖1 工程力學課程建設改革目標

（一） 跨過專業直擊行業

力學本就是一門授眾面很廣的學科，又是諸多專業課的基礎學科，但遺憾的是沒有直接的行業為依托，導致學生們可能對課程缺少針對性的定位與認知，潛意識增加了學生對工程課程與自身學業無關聯的錯誤理念，對工程力學的課設目的缺乏基礎認知。

因此，工程力學課程人才培養應該跨過專業，以行業建設為背景，融合多專業對口各行業，如力學本就是機械工程、土木工程、能源動力和航空航天等多學科的基礎課程，力學基礎牢固的學生可選擇更多專業，更是諸多交叉學科的重要“樞紐”，這是工程力學課程建設的堅實優勢。

（二） “融入式”教學改革

力學知識最早起源于對自然現象的觀察和在生產勞動中的經驗，發展及壯大力學體系一直是全世界力學家和諸多數學家的畢生追求，推動力學發展，這是一門歷史悠久且成熟度高的學科。因此，容易讓學生產生課程內容和課程知識點穩定、陳舊的感覺，誤認為專業知識跟不上信息時代的飛速發展，使得工程力學課程知識體系建設缺乏新穎性。

動則通、則變，因此現在社會面向的各種經濟問題、文化問題以及發展問題，歸根到底都是力和運動的問題。這就是說，建設融會貫通的力學理念，對于應用現有學科理論基礎實現應用型技術突破是切實可行的，對于應用型人才建設也是迫切需要的。因此，融入更多新穎的教學理念和授課方式，可以為工程力學專業提供廣闊的發展前景。

（三） 實踐-實驗與動手能力

專業培養和課程授課僅僅通過固定的學時傳授給學生一定的知識點，現有工程力學授課主要以通用模式的例題來鞏固學生的學習效果，但缺少對學生動手能力培養的系統性構建，導致理論學習浮于表面。又因為工程力學不直接聚焦于具體行業，導致學生無法建立學科理論與實踐工作的切實立足點，也容易讓企業無法確定學會工程力學的學生能夠解決何種具體工程問題。

為此，在課程建設中增加實驗環節，以及以工程力學為背景行業的畢業設計和實習，強化實踐與實驗推動理論認知，提高動手實驗和實踐學習的能力。著眼于工程力學專業知識授課的方向，立足于服務產業技術的發展和企業真正的需求，建立工程力學課程建設的人才培養與企業工程產業良性發展的樞紐。提高學生工作適應性，進而帶動工程力學學生就業。

（四） 理論支撐工程設計

工程問題是復雜的、多面的、多學科交叉的，如果抽絲剝繭般將工程問題轉化為工程設計理念，滲透力學特色實現解決工程實際問題，這是實現理論支撐工程設計的核心。然后學生在學習過程中，如果只注重公式記憶和例題推導，就會導致其理論與實際關聯浮于表面，面向真正工程需求時，導致無從下手，無法正確應用力學原理和基本假設化繁從簡，無法滿足企業及行業對應用型人才的全面需求。

通過探索應用型人才培養舉措方法，結合人文典故、通識電影、經典工程案例等方法將工程力學理論知識與工程設計形成緊密的關聯鏈，增加多角度觀察思維，結合融入點與融入途徑促進學生學以致用、活學活用、融會貫通地解決工程實際問題的方法。

二 “融入式”應用型人才培養舉措

工程力學是枯燥的，但卻是實用的；是理論的，又是實踐的；是抽象的，又是具體的，是一門活學活用，可以用來技術應用和革新的通識課程。因此，在工程力學授課過程中，應該通過設計“融合”方法，讓課程教學系統性聯系人才培養需求，為培育應用型人才提供豐厚滋養[5]。圖2為融入式人才培養舉措的融入點和融入途徑，以及服務于應用型人才培養的使命。

圖2 “融入式”人才培養舉措

（一） 學以致用

人類對力學的一些基本原理的認識，一直可以追溯到史前時代[6]。工程力學中材料力學篇章的發展起源于1638年，舉世聞名的意大利科學家伽利略出版了世界上第一本材料力學教本《論兩種新科學》，首次提出了材料的力學性質和強度計算的方法，標志著材料力學這門學科的開端。此后瑞士數學家歐拉，法國的科學家泊松、圣維南、柯西和拉梅，德國科學家摩爾，俄國工程師儒拉夫斯基和別斯帕羅夫等等都對彎曲理論、扭轉理論、穩定理論以及材料實驗作出卓越的貢獻。以工程力學的力學原理發展史為融入點，以著名力學家起源與創造公式和原理的心路歷程為融入途徑，培養學生摒棄死記硬背，由心向學的嚴謹精神。

如講授壓桿穩定時，力學家通過觀察到某一細長桿件在受壓縮載荷作用下的變形現象，開啟了對壓桿穩定問題的研究探索。早在文藝復興時期，達·芬奇對彈性壓桿做了一些開拓性的研究工作。1729年，荷蘭物理學家穆申布羅克開展了木桿在壓縮載荷作用下的試驗研究，研究表明桿件壓縮屈曲載荷與桿件長度的平方成反比。1744年，歐拉出版了變分法專著，著作中對細長壓桿失穩變形特性采用彈性曲線實現精準表征，并得到壓桿失穩載荷計算公式。而材料力學教材中兩端鉸支壓桿壓曲載荷公式是拉格朗日在歐拉近似微分方程的基礎上于1770年左右得到的。力學家熟悉力學原理，又通過細致觀察實驗現象，基于基本假設條件完善理論公式推導過程，反過來又結合實驗和實踐現象，驗證公式推導的正確性。研究路線遵循發現生活問題、提煉實踐現象、尋找解決途徑、創造理論原理，再通過實驗驗證的科學技術路線。體現了力學家追求真理的同時，科學嚴謹的力學精神更是提供學生們學以致用的理論保障。

（二） 活學活用

工程力學理論嚴謹，絕大部分知識內容都是力學公式、公理和定理，不容易像講故事一樣通俗易懂。因此，如果能夠在授課的過程中，在力學知識點中穿插歷史典故、人文文化等素材，提高學生學習的興趣，以潤物細無聲般柔和的方式完成理論學習。以工程力學中力學知識點為融入點，以知識點結合歷史典故為融入途徑，增強學生學習興趣。比如講授靜力學約束知識點，固定端是一種非常普遍且重要的約束條件，引用《戰國策·秦策一》中“頭懸梁，錐刺股”，穿插視頻授課：蘇秦晚上念書的時候把頭發用帶子系起來拴到房梁上，一打瞌睡，頭向下栽，揪得頭皮疼，他就清醒過來了。由此深刻傳授固定端約束狀態，又可以通過古人發憤讀書的刻苦精神提高學生對學習認真的態度。

工程力學中處處滲透著對立統一的規律。例如，為什么人體骨骼會進化為空心管狀的結構形式呢？因為這種構件既能滿足人類生存和動力需求，又減輕了骨架自重，是一種近乎完美的支撐構件。同時，源于彎曲正應力大小與點到中性軸的距離成正比的力學知識點，空心圓管狀的骨骼展現了優良的抗彎曲和抗扭轉的力學性能[7]。因此，通過融入古籍或人文知識，增加工程力學授課趣味性，有利于培養學生活學活用的工匠精神。

（三） 多角度論證

工程力學的材料力學篇章的力學實驗是一個重要的實踐性環節，是理論與實驗相結合、相驗證、相促進的協同發展過程。我們在對結構及構件開展強度失效、剛度計算和穩定性分析過程中，一般會采取先實驗再假設進一步驗證的流程，通過實驗觀察現象總結經驗，然后提出響應的基本假設條件，最后再基于力學理論和數學知識推導出結論，這些結論的正確性又可以通過實驗來驗證。進一步地，在解決工程實踐問題時，首先要明確直接影響設計的力學參數，而實驗是獲得這些參數可靠來源的最有效途徑。因此，實驗不僅是理論的基礎，更能促進力學理論的發展，通過開放實驗教學模式，可培養學生們的創新意識和主動出擊獲取知識的能力。

以工程力學中理論聯系實踐為融入點，以理論知識點與實驗驗證相結合的方式為融入途徑，培養學生追求真理、融會貫通和多角度論證的科學精神。實現理論聯系實踐，培養學生的創新意識，提高學生的動手能力。工程力學中很多知識體系都是沿著“實驗-觀察-假說-理論-實踐”的技術路線研究而生，根據實驗和生活中觀察到的現象，大膽提出遵循力學原理的基本假說，創新創建理論體系，再通過實踐實驗驗證理論完整性和正確性，培養學生認知發現分l/DmL1wVbbkWN7d6ISy1EQ==析-分析問題-解決問題的能力，實現工程力學課程的理論學習和應用價值。

（四） 融會貫通

工程是為力學知識提供實現價值的應用基礎，而力學研究成果是提高工程使用價值和改進優良設計的思想基礎。以工程力學的工程設計為融入點，通過正面應用和考慮不周引起的工程事故為融入路徑，提醒工程設計應時刻飽含如履薄冰的嚴苛職業素養，使學生在學習工程力學的力學知識的同時接受工程意識的啟蒙和培養。在工程力學教學過程中重視工程案例對于工科專業學生的實踐能力培養尤為重要，授課中引用貼近學生專業背景的工程案例，可以激發學生自主學習興趣，培養學生運用所學的理論和方法解決工程實際問題的能力。

講授剪切與擠壓知識點時，引用《泰坦尼克號》電影中最經典的片段，“泰坦尼克”號與一座巨大的冰山突然相撞。人們經過多年調查研究，排查事故發生的原因，除了當時船速太快，還有一個導致事故慘烈的重要原因就是連接船體的鉚釘受力不當。回顧事故現象，發現當時“泰坦尼克”號與冰山不是正面相撞，而是船體與冰山相互刮擦，冰山由于自重大且堅實牢固，其突出的尖角猶如一把利刃，與船身鋼板連接處切向相擦導致連接鉚釘承受了極大的剪切擠壓應力，此時鉚釘在高擠壓應力作用下發生剪切擠壓失效造成船體裂縫。裂縫不斷擴展，導致船體失去平衡而沉入海底。進一步追溯發現，“泰坦尼克”號船體鉚釘的材料性能源于室溫環境，然而0 ℃以下，鉚釘的破壞應力要遠低于室溫，加劇了鉚釘斷裂。通過引入學生感興趣的電影片段，塑造學生們作為未來工程師的共筑“良心”工程的可持續發展的優良價值觀。

三 探索通識課程的教育靈魂

育人是教育的生命和靈魂，《左傳》云“太上有立德，其次有立功，其次有立言”。國無德不興，人無德不立。育人之本，在于立德鑄魂。教育，不僅僅是對知識的學習，更重要是對生命的尊重。

工程力學追求安全和經濟的同時，又要建立尋找矛盾問題的平衡點的能力。如構件設計中采用了模量高、強度大的材料，就會實現更安全的結構設計，但與此同時引入材料成本的經濟性指標問題，這是需要多目標綜合優化的過程。如何協調安全與經濟是每個設計師需要具備的能力。當教師授課到這個知識點，如果只是從單一知識架構傳授學生概念，很難引起學生對學習知識點的深層次認知，無法引起內心的共鳴。工程師設計的房屋、橋梁、飛機等結構可能會因為材料選材、安全余量不足等設計問題造成重大工程事故，危及人們生命健康。因此，工程力學授課安全設計的余量知識點時，因為結構應用的場景和行業不同，安全設計余量變化甚大，但凡以人們生命為基礎的行業背景，就應該讓學生們建立起尊重生命的態度，用良心和良知開展科學嚴謹的工程設計，是工程力學課程設計應該傳授給學生們的教育靈魂。

現在的形式化教育、陳舊式教育替代了大學的教育任務。用多明哥斯（Jorge Dominguez）的話來說，通識教育的本質應該是，當你接受了教育，又把當初學到的內容忘記后，最后還剩下的東西。如果以此為標準，我們的大學本科通識課程教育更應該回歸本源。正所謂“合抱之木，生于毫末；九層之臺，起于壘土；千里之行，始于足下”。讓我們腳踏實地，從應用培養做起，形成理論與實踐緊耦合融入點和融入途徑，完善工程力學的基礎原理、本質內涵以及應用思維，培養應用型人才，追求教育的靈魂，為社會主義發展作出更大的貢獻。

參考文獻：

[1] 張斌，宇曉明，胡朝斌，等.工程力學“課程思政”的理論認識與實踐路徑[J].教育現代化，2019，6（56）：195-196.

[2] 李占芳，仝軍令.《工程力學》課程思政的教學設計探索[J].教育現代化，2019，6（45）：248-249.

[3] 劉易斯.失去靈魂的卓越：哈佛是如何忘記教育宗旨的[M].2版.上海：華東師范大學出版社，2012.

[4] 郎英彤.《工程力學》課程思政教學設計研究[J].產業與科技論壇，2022（18）：203-204.

[5] 孫雙雙，袁向麗，郭建章，等.工程力學課程思政教育教學改革探索與實踐[J].大學教育，2020（10）：83-85.

[6] 張麗.工程力學發展簡史及基本研究方式[J].新教育時代（教師版），2016（5）：56.

[7] 岳桂杰，魏偉，谷莉，等.工程力學教學中的一些生活和工程實例[J].力學與實踐，2012（2）：83-84.