顾国庆 蔡中兵 佘斌 郭磊 孔海陵 王路珍

摘  要：针对新工科背景下基础力学课程教学在培养高素质应用型人才力学逻辑思维和创新能力方面的重要性，以盐城工学院基础力学课程教学实践为出发点，对基础力学课程教学中的理论课程体系、教学模式、教学方法、实验教学形式和考核评价机制等进行了改革与探索，寻找提高工科学生力学素质，改善基础力学课程教学质量的有效途径。

关键词：新工科;基础力学;教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）09-0149-05

Abstract： In view of the importance of fundamental mechanics teaching in the cultivation of high-quality applied talents in mechanical logic thinking and innovative ability under the background of emerging engineering education， starting from the teaching practice of fundamental mechanics courses in Yancheng Institute of Technology， the theoretical courses system， teaching modes， teaching methods， experiment teaching modes and evaluation mechanism in the teaching of fundamental mechanics courses have been reformed and explored to find effective ways to improve the mechanics quality of engineering students and improve the teaching quality of fundamental mechanics courses.

Keywords： emerging engineering; fundamental mechanics; teaching reform

一、概述

现今，我国大力推动创新驱动发展机制，积极实施“一带一路”“中国制造2025-工业4.0”“互联网+”等重大发展战略，以新模式、新业态、新技术、新产业为代表的新常态经济时代迅猛发展，对高素质工程科技人才培养要求提出了更高标准，加快“新工科”科技人才教育改革创新已迫在眉睫[1]。自2017年以来，教育部大力推进“新工科”目标建设，先后达成了一系列的建设共识，如“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”[2-4]，从而拉开了全国“新工科”建设的序幕。相较“老工科”，“新工科”更加强调学科的实用性、延续性、交叉性与综合性，尤其注重信息处理、智能电气、通讯工程、软件设计等新兴技术与传统工业技术的紧密结合。新工科教育是当今世界最大体量工程教育的根本性变革，是一种新型的高水平人才培养体系，是新时代回答好“培养什么人，如何培养人，为谁培养人”这个根本问题的战略抓手[5]。与传统工科人才不同，未来新兴产业和新经济需要大量的高素质复合型“新工科”人才，要求具备较强的实践能力、创新能力和国际竞争力。因此，“新工科”背景下的人才培养是当前高等教育面临的一个重要任务。

力学是现代工程技术的坚实基础，既是基础学科，又是应用学科：作为基础学科，它是土木交通、机械制造、新能源、材料科学、汽车工程等相关传统工科的基础;作为应用学科，它几乎与所有的新工科专业相互交叉，直接解决新工科专业中的力学难题[6-7]。力學技能和力学素养的全面培养是高素质复合型“新工科”人才培养的基础。作为地方高水平应用型本科院校的盐城工学院，开展多样化、多途径和多形式的“新工科”人才培养模式改革与创新，扭转只注重力学知识传授的片面倾向，转向重视学科交叉融合与工科力学思维和素质培养。

二、基础力学课程教学现状及存在问题

基础力学课程是普通高校工科专业的一门重要的专业基础课程，着重培养学生的力学逻辑思维和力学素质，锻炼学生分析、解决工程应用问题的力学能力，为后续课程的学习奠定基础。盐城工学院基础力学课程主要面向全校工科专业，涵盖土木、机械、材料、汽车等8个学院14个工科专业的近2300名学生的教学，主要开设包括《工程力学》《理论力学》《材料力学》《建筑力学》等力学课程。对力学知识依赖程度高的机械、车辆、土木等工科专业开设《理论力学》《材料力学》和《建筑力学》，而对力学知识依赖程度低的材料、环境、纺织、电气等专业开设工程力学。

基础力学课程的力学基本原理、知识和方法是掌握现代先进工程技术的必备基础。从目前的基础力学课程教学模式来看，知识传授大于知识吸收，学生主体地位没有凸显，具体表现为缺乏学习力学的热情和兴趣，缺少创新性思维，实践动手能力差等问题;另一方面，当前的基础力学课程教学模式缺乏以学为中心、突出成效导向的课程教学及评价体系。因此，提升盐城工学院基础力学课程的整体综合教学水平和质量，对于培养高素质复合型“新工科”人才具有重要作用。当前，基础力学课程教学存在着课程体系不完善、成效导向不突出和力学实验内容缺乏更新等问题。

（一）课程体系不完善

基础力学课程有其适用性和针对性，建立一套完善的基础力学课程体系至关重要。然而，当前盐城工学院的工科力学课程设置存在体系建设不完善、课时安排不科学等问题。比如，《理论力学》和《材料力学》只针对土建和机械专业开设，而对力学知识要求较高的汽车、能源、交通等专业只开设《工程力学》，显然不符合相关专业实际情况。《工程力学》课程设置主要针对材料、环境、纺服等专业，课程体系构建欠完善。《工程力学》课程内容仅包括《理论力学》中的静力学和《材料力学》部份内容。显然，这完全不能满足工科学生力学思维和力学技能的培养要求。此外，基础力学课程课时安排严重不足，难以完成必备力学知识内容讲授的全覆盖。

（二）成效导向不突出

目前，盐城工学院土木、机械、环境等多个工科专业已经顺利通过工程教育专业认证，加入“华盛顿协议”。专业认证OBE（Outcome Based Education）的理念内涵是“以学生为中心，成效导向，持续改进”[8]。当前基础力学课程教学其成效导向并不突出，尚有持续改进的空间。基础力学课程是较多后续专业课程的基础，对于后续课程的学习不可或缺。基础力学课程的评价考核往往倾向于当前课程是否可以达标，而并不能突显力学课程对后续专业课程支撑的成效导向。往往出现学习后续课程时仍需对相关力学知识进行“二次”回炉学习的不利状况。因此，突出成效导向的基础力学课程评价体系尚待建立。

（三）实验内容欠更新

结合“新工科”背景要求，已开设的《材料力学》实验内容一般都属于传统的力学验证型实验，缺乏反映“新工科”实用性背景的实验内容。这显然不利于培养学生的“新工科”力学思维和创新精神，也难以激发学生学习兴趣和激情，导致力学实验教学过程往往呈现形式化和程序化，难以促进学生利用所学力学知识去解决实际工程应用问题。

三、基础力学课程教学改革应对策略

（一）完善力学课程体系建设

基础力学课程是“新工科”背景下系列工科课程中重要的技术基础课程，是联系基础课程（《高等数学》、《大学物理》）和后续准专业课程（《弹性力学》）、专业课程（《结构力学》、《钢结构原理》）的桥梁和纽带[9]。通俗地讲，中国的文章讲究“起承转合”，基础力学就是这个“承”。以土建类专业为例，基础力学课程主要包含《理论力学》《材料力学》《建筑力学》。它们非常注重自身的整体性与系统性，也与前、后续课程都存在着一定比例的重复。比如，《理论力学》当中的静力学部分内容与《大学物理》中的力学部分重复，《材料力学》部分与《结构力学》也有重复。

由此可见，基础力学教学内容的体系整合是大势所趋。然而，近年来基础力学课程的授课学时却在大幅度削减。课时削减的同时，如果不能采取强而有力的教学措施来确保教学质量，则显然违背了强调“厚基础”的基本原则。因此，考虑以学生已掌握的力学知识作为教学新起点，制定出适应“新工科”培养要求的力学课程教学体系，突出重点，夯实基础，进而达到提高教学质量的目的。

首先，深入发掘基础力学课程与其前、后续课程间的逻辑关系和内在联系;其次，寻找前续课程与基础力学课程互相重复的知识结构和内容;再次，确定后续课程教学过程中能涉及到的力学内容，并有针对性地架构基础力学课程教学新体系，具体如表1所示。基础力学课程教学体系主要涵盖力学知识理论授课和实验实践环节两部分。另外，针对《理论力学》可增设上机实验环节，《材料力学》实验亦可增设综合性实验内容。表1所示基础力学课程体系是完全符合教育部高等學校工科基础课程教学指导委员会公布的“《理论力学》、《材料力学》课程教学基本要求（A类）”（2019版），且增加《理论力学》实验内容。

（二）丰富力学课程教学模式

随着“新工科”概念的普及推广和适应高素质工科人才培养的要求，丰富改革基础力学课程教学模式已是迫在眉睫。改变基础力学理论知识课堂传统授课（Teaching）模式，增加研讨（Seminar）、练习（Practice）、汇报（Presentation）、案例（Example）等教学环节，形成基础力学课程教学新模式-TSPPE模式，强化学生对基本力学知识和基本力学方法的掌握和运用。不难发现，TSPPE教学模式着重突出成效导向的OBE教学理念，丰富基础力学课程教学模式，如图1所示，形成一套有机闭环式教学方式，充分体现学生学习主体地位，发挥教师教学引导作用。

图1 基础力学课程教学TSPPE模式

具体而言，TSPPE教学模式的教学环节中除了采取传统“师说生听”教学方式以外，尝试引入多种新型教学理念，如翻转课堂、启发引导、情境分析等，强化学生对力学知识的吸收理解;研讨环节主要凸显学生的学习主导地位，针对某些力学知识点或者难点进行分组研讨交流，每个组员畅所欲言，充分交流自己的建议和想法，力求论据论点完备，培养增强学生发现问题和解决问题的能力。在研讨中，大家相互交流，相互促进，提高归纳总结能力;基础力学课程离不开大量的练习和训练，阶段性开设习题课是十分有必要。通过适量的习题训练，增进对新学力学知识的消化吸收和举一反三，通过练习也能及时发现存在的疑问和薄弱地方，进而加以改进和提高;适应“新工科”人才培养的要求，增设汇报环节对于培养学生的科学表达能力有重要的作用。

可以针对某些议题，设置包含问答在内的5-10分钟的PPT（PowerPoint）汇报。比如，关于《材料力学》中的“圣伟南原理，其他金属材料的压缩力学性能和平面应变状态分析”等知识内容，让学生提前准备1周时间，结合已学知识在课堂采用PPT重点汇报。既能培养学生的语言表达能力，又能发现学生对相关知识学习理解方面存在的问题，并加以弥补;最后，鉴于对学生力学综合能力考察的要求，在课程授课过程中，布置相应的工程案例分析大作业，要求学生结合力学知识体系，充分查阅相关资料，按照学术论文撰写要求完成小论文不少于3篇。一方面，综合考察学生对已学基础力学知识和基本力学方法的掌握情况;另一方面，按照“新工科”人才培养理念，学以致用，运用力学知识解决实际力学问题。将自己的成果通过论文形式表达出来，充分阐述自己的观点，潜移默化中锻炼学生的科研素质。而且，教师可以根据论文质量，给出综合评价等级，可按比例记入最终的考核成绩。

（三）创新力学课程教学方法

众所周知，创新力学课程教学方法进而提高基础力学课程教学质量水平刻不容缓，其教学质量的优劣直接决定和影响到与基础力学课程有关的后续课程的教学质量。为了适应当前“新工科”形势的发展趋势，完善高素质“新工科”综合人才培养目标，着重从师资队伍引进、教材建设、课程体系重建、实验内容改造以及现代数值计算技术等多方面全面开展基础力学课程教学质量改革与创新实践。

坚持“素质教育、工程教育、创新教育”紧密结合的教学理念，加强基础，强化工程概念，激发创新精神;努力使学生从被动学习向主动研究过渡，提高学生分析和解决问题的综合能力，探索未知领域的能力;课内教学启发、引导，课外学习提倡研究，全面提升基础力学课程教学质量[10]。通过演示力学现象引出新问题或在分析问题的过程中提出新问题，并不断地将解决问题与提出问题相结合，培养学生发现或提出问题、分析问题和解决问题的能力;实施启发式、讨论式的研究型教学方法，使学生在探索的过程中学习，在学习的过程中实践，在实践的基础上创新，培养学生的创新意识;通过师生讨论的教学方式，充分调动学生积极思维，发挥学生的主体地位作用，让学生积极参与到教学过程中来，培养学生学习的主动性和积极性。采用“随堂测试”的形式，以促进学生掌握、巩固所学知识，同时有助于教师随时了解同学们的学习情况。

当前，“新工科”人才培养不仅需要夯实扎牢专业基础，而且还需要不断提升工程实践能力。除此之外，提高专业语言能力也是评价卓越工程师培养质量的一项重要指标，尤其是当今世界范围内的工程案例沟通交流，更是离不开跟专业相关的语言沟通载体。在基础力学课堂教学过程中，选择合适的力学双语教材，尝试采用双语教学模式，培养学生的专业语言表达能力。另一方面，现代化教育技术为高水平的教学质量保驾护航。从教师角度而言，教师需要树立现代化教育技术为基础力学课程教学服务的理念，进一步明确以提高基础力学课程的教学质量为宗旨;从学生角度而言，教师把现代数值计算技术引入基础力学课程教学，并增添计算机辅助分析的教学与实践内容，积极引导学生利用计算机数值方法完成力学问题的分析求解。比如，重视学生的工程科学计算软件MATLAB或Python的初步掌握，能够编写简易程序解决力学问题，以便适应“新工科”高素质人才培养的要求。

（四）改革力学实验教学形式

除了熟练掌握力学理论知识以外，力学实验技能也是“新工科”高素质专业人才应当具备的一项基本技能，而这也是培养学生动手操作实践能力的一个重要途径。为了提高“新工科”人才培养质量，增强学生实践能力，基础力学课程实验教学可开设具有基础性、开放性和设计性的实验内容和实验环节，其中基础性是指实验内容对基础知识的巩固吸收和举一反三，开放性主要指实验内容和操作方式的开放性，而设计性着重强调实验内容可不受课程教学范围限制，由学生自主设计实验方案和内容，充分发挥学生的主观能动性，充分培养学生综合能力和创新精神。

为了扭转学生参与实验积极性不高的现状，可引入类似翻转课堂的教学方式，积极引导学生运用所学力学知识自主分析、判断故障类型并独立解决，以培养学生的动手操作实践能力。另外，也可采用启发式教学，让学生感受到力学实验科学研究和创新探索的乐趣，增强学生对实验课的兴趣。按照“新工科”人才培养理念，增设《理论力学》实验实践环节和《材料力学》综合性实验。理论联系实际，注重消化吸收基本力学原理和力学知识。另外，基礎力学实验考核除了关注实验成绩以外，还要突出以成效导向的评价方式，更要重视挖掘学生的实践动手能力。因此，基础力学实验考核评价方式改革势在必行，可将其分为平时成绩和考核成绩，考虑将学生实验成绩按比例分成出勤10%、实验过程10%、动手操作50%和实验报告30%。

（五）建立力学课程成效评价机制

突出成效导向，创新性地引入基础力学课程成效评价机制，激发学生学习力学课程的兴趣和热情，进而提高基础力学课程的教学质量和水平。具体而言，明确课程考核成绩由几个部分构成，考核的侧重点，相对于知识单元（或课程的各个构成部分）大致的比例分配，采用诸如随堂测验、单元测试、总结报告、闭卷考试等多种考核方式，并结合平时多种考核形式获得的成绩，及时掌握学生学习情况，综合评定学生学习成效，反馈形成闭环预警机制。通过基础力学课程教学成效评价机制，使学生明确以力学知识为载体进行力学能力训练和力学素质培养的观点，掌握课程教学中所传授的力学所特有的思维方法、研究手段，明白力学课程教学中如何通过知识单元或若干个知识点的传授过程来达到何种素质的培养和何种能力的训练。总而言之，通过力学课程的讲授、讨论、实验、习题等各个教学环节，训练和培养学生的建模能力、思维能力、计算能力和自学能力，最终形成综合性力学素养，惠及其他后续工科课程。

四、结束语

按照“新工科”人才培养理念，应用型高校探索构建突出成效导向的基础力学课程教学体系，创新基础力学课程教学模式和基础力学实验教学模式，建立课程成效评价机制，培养一流人才，以点带面，最后惠及其他工科专业。突出成效导向的基础力学课程教学改革，充分体现学生的主体地位，培养学生严谨的力学思维和崇高的科学精神，提升学生的力学实践能力，培养全面发展的“新工科”高素质应用型人才。

参考文献：

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[2]中华人民共和国教育部高等教育司.“新工科”建设复旦共识[Z].2017.

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[6]王伯昕，赵群，许晓慧.基于行动学习法的新工科材料力学课程教学改革[J].教育教学论坛，2020（21）：177-178.

[7]赵增辉，李龙飞，付彦坤，等.基础力学系列课程教研组建设初探[J].大学教育，2018（10）：11-13.

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[9]杨庆生，叶红玲，刘夏.基础力学课程体系改革的顶层设计、综合措施与宏微观实践[J].高教学刊，2020，135（13）：109-113.

[10]范钦珊，殷雅俊，唐静静，等.改革教学，创新教学-“材料力学”课程教学改革实践与体会[J].力学与实践，2018，40（5）：

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