“工程力學”智慧教材建設淺探

［摘 要］ 新工科背景下，各學科之間相互融合，作為專業(yè)背景課程的“工程力學”，應全面貫徹新時代軍事教育方針，以戰(zhàn)抓教，課程建設應緊緊圍繞這個主責主線，以教材作為課程建設的基礎，根據(jù)軍事院校的特點，對自編教材建設進行了一些有益的探討。通過將課程思政、軍事裝備、多媒體動畫、計算機仿真技術融入教材，對提升學員的政治素養(yǎng)、軍事素養(yǎng)及創(chuàng)新精神進行了有益的探討。教材作為課程內容的直接表達，是學員獲取知識的主要源泉，優(yōu)化教材體系，將課程思政建設與教材建設融為一體，為提升課程教學質量奠定一定的基礎，對專業(yè)背景課程類課程教材建設提供了一定的參考。

［關鍵詞］ 工程力學；教材建設；新工科；思政元素

［基金項目］ 2020年度海軍航空大學教學成果立項培育項目“德與技同行、軍與工相融——面向航空機務類專業(yè)‘工程力學’教材建設與實踐”（海航參教〔2020〕787號）

［作者簡介］ 屈彩虹（1976—），女，江蘇徐州人，碩士，海軍航空大學航空基礎學院副教授，主要從事機械設計及理論和有限元分析研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）33-0107-04 ［收稿日期］ 2024-03-15

“工程力學”課程作為海軍航空大學多個專業(yè)的專業(yè)背景課程，是基礎課與專業(yè)課的“橋梁”，在學員學習過程中起著舉足輕重的作用。“工程力學”課程不但理論性較強，且與工程結合也比較緊密。隨著社會的進步，教育的目標不再僅關注知識的傳授，而是在關注知識傳授的同時還要注重對學員綜合素質的培養(yǎng)，教育要做到德技同行，厚德精技。面對課程內容較多，而學時越來越少的矛盾，任課教員對于課程的教學方法模式等進行了多方面研究與探討。教材是學員發(fā)展的文化中介，為學校育人提供了有效的知識載體，能夠有效提升教學效果和學習效率［1］。教材作為學員學習的第一手資料，在學員學習過程中起著非常重要的作用。通過多年的教學經(jīng)驗，經(jīng)過幾年的探索，根據(jù)新的人才培養(yǎng)方案需求及海軍航空兵和岸防兵的教學需求，任課教員自編了“工程力學”課程教材。對于工程力學教材的建設，筆者有如下思考。

一、將課程思政融入教材

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面［2］。作為軍事高等院校，更應該注重對學員價值觀的培養(yǎng)。而教材作為學員學習的第一手資料，是高校落實立德樹人根本任務的重要載體，是實現(xiàn)課程思政與習近平新時代中國特色社會主義思想進教材、進課堂、進頭腦一體化設計的重要載體，也是課程與教材內容一體化設計、融合、創(chuàng)新的重要載體。為落實立德樹人根本任務，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體，不可割裂。在設計教材時，在每章的開始部分設置了歷史引讀，包含與本章知識點相關的我國或世界做出相關貢獻的科學家，或者是發(fā)明的相關成果，以故事的形式開啟新知識的學習，學員學習起來比較容易接受，也更容易感興趣，通過故事的形式，使思政如鹽入水，在不知不覺間增強了學員的愛國主義情懷，提升民族自豪感和民族自信心。歷史引讀中也包含理論知識的來源過程，各位科學家的貢獻等內容能夠使閱讀者了解歷史發(fā)展歷程，在提升專業(yè)知識的同時使學員的人文情懷和思想修養(yǎng)得到升華。2019年，習近平主席視察陸軍步兵學院時指出，學校是立德樹人的地方，必須堅持堅定正確政治方向［3］。愛國主義是中華民族的民族心、民族魂。培養(yǎng)社會主義建設者和接班人首先要培養(yǎng)學員的愛國主義情懷。課堂是教育的“主戰(zhàn)場”，教材作為學員學習的第一手資料，將思政元素融入教材是大勢所趨，經(jīng)過調研，加入歷史引讀部分是學員比較容易接受的。

二、將相關軍事裝備知識融入教材

在教材每章的結尾部分，設置了知識拓展部分，該部分內容以與軍事裝備相關的內容為主。該部分內容是將軍事裝備相關出現(xiàn)的問題或現(xiàn)象與本章知識點相結合，對出現(xiàn)該現(xiàn)象或問題進行簡要的解釋或說明，然后以此為契機介紹相關的部隊裝備情況。此方式可以提升學員的學習興趣，而且能夠使學員提前了解裝備，為后續(xù)專業(yè)課程儲備一定的知識，完成與專業(yè)課的無縫銜接。在點的復合運動章節(jié)中，知識拓展內容為直升機的揮舞（見圖1）。該現(xiàn)象是由于直升機螺旋槳槳葉上的點的速度不同（速度合成可以根據(jù)本章學習的點的速度合成定理進行解決），由于直升機螺旋槳在轉動的過程中，槳葉的旋轉區(qū)域分為前行槳葉區(qū)和后行槳葉區(qū)，使得螺旋槳在旋轉過程中升力不同，導致槳葉上下擺動，從而引起揮舞現(xiàn)象。而揮舞現(xiàn)象的出現(xiàn)導致槳葉形心相對于漿軸的坐標發(fā)生變化，使得形心相對漿軸有了相對速度，從而在漿軸轉動的過程中，槳葉產生了科氏加速度，使得槳葉在旋轉的過程中產生了相對于漿軸的前后擺動。通過介紹揮舞產生的原因，讓學員更容易了解所學知識點能應用什么場合、能夠解決什么問題，有利于提升學員學習興趣，在學習知識的同時，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，對于培養(yǎng)學員的創(chuàng)新實踐能力有很大幫助。

在材料力學部分彎曲章節(jié)中，知識拓展部分為“解體的F-15”，通過對美軍訓練中出現(xiàn)的F-15飛機解體事件的分析，使學員明白飛機解體的原因是主梁強度不夠，也通過事故讓學員明白強度計算的重要性，并以此為契機，介紹我國目前艦載機的基本結構和創(chuàng)新結構部分，使學員對我國軍事裝備有初步了解。讓學員體驗和領會探究問題的整個思路和過程，遵循“問題牽引”，引領學員學習認知問題、解決問題的科學思路，讓學員充分體驗參與感、獲得感以及成就感［4］。知識拓展內容只是拋磚引玉，學員如果想將該部分提出的問題徹底搞清楚，還需要課后自己通過網(wǎng)絡等其他資源進行自主學習或探索，通過該環(huán)節(jié)亦可培養(yǎng)部分學員的探索精神。

三、將多媒體動畫融入教材

“工程力學”課程是學員接觸的第一門專業(yè)背景課程，課程的內容不但有嚴密的理論知識，還有與工程密切相關的工程實例。對于剛開始接觸工程實例的學員來說，許多機械的運動難以想象出來，通過對學員進行調查，了解到學員對機構運動的學習困難度較高，這時借助信息化手段，通過多媒體動畫將難以想象的機構運動展現(xiàn)出來，對于學員的學習有莫大的幫助。應用模擬仿真、視頻等信息化技術動態(tài)揭示與工程力學相關的生活經(jīng)驗、工程事故形成等案例，通過感性、直觀、形象地學習機械工程力學關鍵知識點、技能點與理論推導、抽象思維等傳統(tǒng)學習方法有機結合［5］。所以教材中一些復雜的理論推導過程以及工程中的機構運動可借助信息平臺以動畫形式展現(xiàn)給學員，讓抽象的理論形象化，對于降低學員的學習難度、提高學習興趣，能夠起到很大的輔助作用。“工程力學”課程理論性較強，很多學員反映課程難學、聽不懂，有了動畫模型模擬機構的運動，將大大降低學員在理解機構的運動，特別是運動學部分內容的學習難度。所以在教材編寫過程中，教員團隊制作了很多機構的運動動畫演示，并將學員反映比較難以理解的概念，如牽連點的定義等也以動畫的形式進行展現(xiàn)，選用了不同的運動機構，通過動畫的形式展現(xiàn)牽連點，以及牽連運動；同時與其相關聯(lián)的動點、相對運動和絕對運動一起通過動畫的形式進行展現(xiàn)。例如，螺旋槳飛機的進動問題，利用模具也不易表達清楚，利用模型動畫、模具輔助的形式進行展現(xiàn)，學員學習起來就會容易很多。學員普遍反映，這種形式能夠提升解決問題的興趣。這樣，學員即使在課堂上沒有完全理解，課后也可以通過閱讀教材、通過動畫演示，很好地理解該部分內容，多媒體動畫入教材成了許多學員的福音，成了他們破解難點的有力助手。

四、將計算機仿真融入教材

在新工科理念下，各學科相互交叉、相互融合，“工程力學”課程作為與工程實際息息相關的專業(yè)背景課，將“工程力學”課程與計算機技術相結合，利用計算機仿真應用軟件將課程中難以理解的理論圖像化、可視化，讓看不見摸不著的理論計算數(shù)值形象化，既能提升學員對課程的學習興趣，又能提前讓學員對計算機仿真技術有所了解和認識，為后續(xù)計算機應用軟件的學習打下良好的基礎。在靜力學部分，學員對于一些構件的受力情況感覺難以理解，就可借助有限元分析軟件對結構的受力進行分析，然后以動畫的形式進行展現(xiàn)，讓學員看到桿件的受力過程，這樣形象化的表現(xiàn)方式讓學員感覺更容易接受，并在教材中以二維碼的形式跟隨教材同步展示。

在材料力學部分中，理論計算得到的應力值和變形值，特別對于應力的分布情況，只是計算的一個個數(shù)據(jù)，對于初學者來說，沒有圖像來得形象化，這時如果給學員展現(xiàn)有限元分析的應力云圖則會使學員產生更加直觀的認識（如圖2、圖3）。應力集中現(xiàn)象學習時教師理論推導演繹、學員抽象思維理解都很吃力，學習效果不佳，但通過觀看模擬仿真利用有限元軟件計算尺寸、形狀有突變處在應力作用下構件局部破壞演變結果，學員很快就能理解應力集中的利弊［5］。這是教學過程中的共識，也是教學過程中存在的普遍現(xiàn)象。在實驗中也設置了虛擬仿真，學員可以通過仿真對實驗進行觀察，后期再通過實驗實操驗證應力分布情況，對于理論知識學習從多方面入手，對于培養(yǎng)學員的創(chuàng)新精神，跨學科、實踐教育，以及科學精神、工程素養(yǎng)都具有重要意義。

五、充分了解學員意愿

教材的主要服務對象是學員，因此教材的編寫要充分考慮學員的意愿。通過問卷調查的形式了解學員想要閱讀的知識內容，在不影響教材整體體系的前提下，可以安排一些學員更想了解的內容。在教材編寫過程中，我們對學員進行了充分調研，對不同批次的學員均進行了問卷調查，了解大部分學員想要讀到的內容，然后根據(jù)學員意愿進行了部分內容的編寫。調查問卷如圖4所示。

課后習題的設置也充分考慮了學員的學習規(guī)律，教材中課后設置了思考題和練習題，思考題一般難度系數(shù)較小，練習題難度系數(shù)不一，以便學員根據(jù)自己情況進行有針對性練習，教員可根據(jù)學員上課表現(xiàn)情況有針對性地布置作業(yè)。

結語

教材建設是課程建設的基礎，使學員德技同行，德才兼?zhèn)洌姘l(fā)展，使學員既有學習熱情，還有愛國激情，真正成長為對國家有用的棟梁之材。在科學理論中滲透辯證思維，在傳授技術應用中弘揚工匠精神，在教材建設同步隨行，刻不容緩。教材建設隨著時代發(fā)展和科技的進步，其內容與形式也在不斷豐富，智慧教材的應用使枯燥的理論學習成為一種享受變成了可能，為培養(yǎng)思想過硬、軍事合格的高素質軍事人才提供更多可能。

參考文獻

［1］陳浩.以新形態(tài)教材建設助力應用型高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)［J］.科教導刊，2023（17）：1-3.

［2］習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

［3］習近平視察陸軍步兵學院［EB/OL］.（2019-05-21）［2024-02-15］.https：//www.gov.cn/xinwen/2019-05/21/content_5393515.htm.

［4］屈彩虹，王朋朋，張智.信息化條件下工程力學課程教學模式探析［J］.高教學刊，2022，8（14）：98-101.

［5］陳在鐵.“在線課程、新形態(tài)一體化教材、優(yōu)秀教學團隊”協(xié)同建設探索：以工程力學為例［J］.泰州職業(yè)技術學院學報，2019，19（5）：1-3.

Practical Exploration on the Construction of Intelligent Teaching Materials for Engineering Mechanics

QU Cai-hong

（School Of Basic For Aviation， Naval Aeronautical University， Yantai， Shandong 264001， China）

Abstract： Under the background of new engineering， all disciplines are integrated with each other， as a professional background course of Engineering Mechanics， we should carry out the military education policy in the new era. As the foundation of curriculum construction， the teaching material is discussed in the course of self-compiled teaching material construction according to the characteristics of military academies. This paper discussed how to improve the students’ political and military literacy and innovation spirit by integrating the political， military equipment， multimedia animation and computer simulation technology into the teaching materials. As the direct expression of the course content， the teaching material is the main source that the student obtains the knowledge. This paper optimizes the teaching material system， merges the curriculum ideology and politics construction and provides a certain reference for the construction of teaching materials with professional background and lays certain foundation for promoting the teaching quality.

Key words： Engineering Mechanics; teaching material construction; new engineering; ideological and political elements