宋海鹏

摘  要：“新工科”模式的提出与推进对高等院校力学课程的教学改革提出了新的要求。文章在新工科理念的基础上，结合多年与法国工程师院校合作办学的经验，对《板壳力学》课程的内容设置、教学方式与评价体系三个层面进行了教学改革探索与总结，旨在提升学生工程能力、创新思维、人文素养与团队协作能力。

关键词：新工科;法国工程教育;《板壳力学》;教学改革

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）19-0136-03

Abstract： The proposition and promotion of "New engineering" put forward new requirements for the teaching reform of mechanics course in colleges and universities. Based on the idea of new engineering， combined with the experience of co-teaching with French Engineering Institutes， this paper explores and summarizes the teaching reform of course "mechanics of plates and shells" in terms of content setting， teaching methods and evaluation system， aiming at improving students' engineering ability， innovative thinking， humanistic accomplishment and teamwork ability.

Keywords： New engineering; French engineering education; mechanics of plates and shells; teaching reform

新工科建设是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求，由教育部提出的新一轮工程教育改革，对建设工程教育强国、服务与支撑我国经济转型升级具有重大意义[1，2]。新工科理念以继承与创新，交叉与融合、协调与共享为主要途径，以培养未来多元化、创新型卓越工程人才为目标，对高等院校工科专业建设和工程人才培养提出了新的要求。

中国民航大学中国航空工程师学院（简称中欧学院）是经国家教育部批准，于2007年由中国民航大学与法国航空航天大学校集团联合创办的国内首个“航空类”工程师学院[3，4]。学院旨在借鉴法国先进的工程师培养模式与经验，面向航空产业需求培养高级民航工程技术与管理人才。中欧学院具有鲜明的工程教育特色、丰富的中外合作办学经验，其教学实践与探索可为新工科背景下国家工程教育模式的发展提供有益参考。

《板壳力学》是中欧学院面向飞机结构与材料方向研究生开设的专业课程，其课程内容分为静力学和动力学两部分，静力学部分主要研究薄板和薄壳在静载作用下的位移、应变和应力，动力学部分主要研究薄板的振动模态。在与法方合作教学的初期，《板壳力学》由法国航空航天大学（ISEA）的Serge CREZE教授和Alain BERLIOZ教授联合授课，Serge CREZE教授主讲静力学部分，Alain BERLIOZ教授主讲动力学部分，本人负责助教工作;随着合作教学的不断深入，本人逐渐承接全部主讲工作，成为该门课程的负责人，法方两位教授则转为教学督导。Serge CREZE教授和Alain BERLIOZ教授是法国航空领域资深教授，具有丰富的力学课程教学经验，本人有幸在两位教授的指导下，系统学习了《板壳力学》这门课程的法方教学理念、内容与方法，受益良多。自承接课程以来，科技与学科不断发展，工程教育理念推陈出新，尤其是在国内新工科建设迅猛发展的背景下，《板壳力学》课程建设也迫切需要与时俱进，持续改革。本文从课程内容、教学方式、评价体系三个层面分析了《板壳力学》的课程现状及存在的问题，并针对不足探索了相应的教学改革措施，以期既能保留法方工程教育优点，又能凸显新工科的多元、交叉、融合、创新等特征，提升学生的工程能力、创新思维、人文素养与团队协作能力。

一、《板壳力学》课程现状

（一）内容设置有待优化

1. 力学理论与工程算例的结合

《板壳力学》作为力学类专业课，内容比较抽象，具有概念多、公式繁琐、计算量大等特点，同时《板壳力学》也是与工程实践结合非常紧密的一门课程，飞机中大量使用的薄壁结构，其力学建模与应力分析均要用到板壳力学的知识。因此，在该课程的教学过程中，不仅要给学生展现抽象的力学概念、基于假设简化的力学模型以及严格的数学推导，还应结合大量的工程实例分析，帮助学生理论联系实际，增强学生面对实际工程问题的力学建模与分析能力。

法国工程师培养体系历来重视力学理论与工程实践的结合，在教学过程中采取了一系列措施，例如：在习题中采用了大量简化的飞机舷窗、机身、薄壁结构算例，引导学生将所学力学理论用于实际工程，取得了良好的教学效果。但就《板壳力学》这门课程而言，在课程讲授环节引入的工程案例分析仍较少。此外，由于课程原來是由法方两位教授分开讲授，因此习题中所采用的工程算例也是分开的，缺乏静力学与动力学综合运用的工程算例。

2. 缺乏实验及数值计算方面的内容

理论、实验、数值计算是力学分析的三个重要手段，三者相辅相成，缺一不可。在我院建设初期，许多实验平台处于在建状态，并未投入教学使用，因此开设的《板壳力学》课程内容主要侧重力学理论以及工程算例的讲解，并没有涉及实验方面的教学内容。此外，限于课时，《板壳力学》课程在数值计算方面的内容涉及较少，并且都是直接展示数值计算的结果，缺乏学生自己动手进行数值计算的环节。

3. 缺乏科技前沿与学科交叉方面的内容

随着航空科学技术的不断发展，学科之间进一步交叉融合，新型航空材料与壁板结构不断涌现，如复合材料、3D打印等，科技前沿与学科交叉给《板壳力学》这门传统的力学课程带来了很多新的内容。遗憾的是，目前这门课程的内容仍相对传统，并没有涉及相关领域的科学前沿，对于力学与材料科学等其他学科的交叉也很少提及。

4. 人文色彩不足

如前文所述，《板壳力学》的课程内容主要是力学建模、数学推导、工程算例计算，内容比较抽象，略显呆板，缺乏科学精神与人文素养的相互融合。因此，学生在学习该门课程时往往感觉比较枯燥，学习热情不高。此外，新工科理念强调高校培养的工程人才不仅在专业上有所建树，还应具有家国情怀，服务社会的精神，目前《板壳力学》课程在这方面的内容有待加强。

（二）教学方式相对单一

教学过程离不开一定的教学方式，各种教学方式既有其优越的一面，也有其不可避免的弊端[5]。目前中欧学院的《板壳力学》课程沿用法国工程师培养体系的大课+习题课教学模式（16学时大课，16学时习题课）。大课以教师讲授为主，习题课学生先做习题，最后老师统一讲解。该教学模式学生动手算题的时间较多，注重培养学生将理论知识用于解决实际问题的能力，采用的习题多为简化的航空工程算例，在理论知识的掌握及工程应用方面具有一定优势。然而，该教学方式仍比较传统，无法进一步满足学生的个性化、信息化需求。此外，采用的习题通常具有标准答案，答题内容也仅限于课程所授知识，学生不需要自行查阅文献，也不需要团队协作，因此该教学模式在学生创新意识、团队协作能力的培养方面显得不足。

（三）评价体系不完善

评价体系在学生培养过程中起着“指挥棒”的作用，为响应新工科背景下高级工程人才培养的要求，評价体系需全面考查学生对知识的理解和掌握情况、工程应用能力、创新思维与团队协作能力。目前《板壳力学》课程采用传统的平时成绩+期末考试的评价方式，该评价方式可以有效地考察学生对基础知识掌握情况、针对简单工程问题的力学建模与计算能力，但在考核解决复杂工程问题的能力、查阅文献能力、创新能力、团队协作能力等方面显得力不从心，迫切需要进一步完善评价体系。

二、板壳力学教学改革措施

针对《板壳力学》在课程内容、教学方式和评价体系三个层面存在的不足，建议采取如下教学改革措施，在保留法方工程教育优点的基础上，进一步传承与创新，交叉与融合，满足新工科背景下高级工程人才的培养需求。

（一）优化课程内容

1. 在课程讲授时引入更多的相关航空工程应用实例，分析飞机中实际构件的受载、变形和振动，拉近航空工程实践与理论课程之间的距离，增强学生面对实际工程问题的力学建模与分析能力。在习题课中补充综合考虑静力学和动力学的工程算例，将两部分内容有机结合，提高学生的综合分析能力。

2. 增加实验与数值计算方面的内容，实验方面可采用新型测量技术，如数字图像相关方法等，测量简单薄壁结构在载荷作用下的变形规律;数值计算方面可采用Abaqus等大型力学软件分析薄壁结构的应力应变分布及振动模态;理论分析，实验测量与计算模拟相结合，让学生亲自动手参与其中，加深学生对板壳力学知识的理解。

3. 引入科技前沿和学科交叉的相关内容。当前航空领域科技发展日新月异，复合材料壁板结构，金属3D打印结构等新型材料和结构发展迅速，可在课程讲授时适当地介绍相关的最新研究成果，帮助学生了解航空材料与结构科学研究的前沿。同时在这过程中简要介绍力学与材料科学等其他学科的交叉融合，适当地拓展《板壳力学》的课程内容，开拓学生的视野。

4. 课程讲授过程中融入学科发展历程，介绍本领域历史上著名科学家的事迹，以及推动学科发展的重要事件。例如，20世纪50年代英国“彗星”号喷气客机发生一系列灾难性事故，才促使人们重视飞机的疲劳设计。这样可以增加课程的趣味性，同时培养学生的人文素养。此外，还应结合我国航空发展历史和现状，介绍对我国航空事业做出突出贡献的专家学者，鼓励学生投身我国航空事业发展，培养学生的家国情怀。

（二）采用多元化教学方式

单一的教学方式具有各自的优缺点，采用多元化教学方式更能有效地达成预期的教学效果。在教学方式方面，建议在传统“讲授+习题”模式基础上，增加以下形式：

1. 增加形象化、开放式教学方式

《板壳力学》课程内容比较抽象，学生理解相对困难，在理论课程讲授过程中充分利用动画、视频以及一些虚拟实验，可将枯燥、繁复的知识点形象化，帮助学生理解。增加案例分析，小组讨论等比较开放的教学方式，例如：选择一些工程案例，让学生组队完成案例分析，学生自行分组、查阅课外资料、分工协作，完成案例的力学建模与分析。

2. 结合信息化教学方式

互联网的快速发展及网络通讯的普及使线上教学、辅导、交流和展示成为可能。可将《板壳力学》的课件、习题、案例教学、实验及模拟结果等资料放在网上，并与学生互动交流;学生可以根据自己的时间自由学习课程内容，交流讨论，还可以查阅其他高校《板壳力学》课程的资料，自主获取更多参考资料。

（三）建立综合评价体系

在传统期末考试的基础上，补充案例分析的这一开放考核形式，“案例分析+期末考试”相结合，综合考查学生对知识的掌握与工程应用能力。其中案例分析采用航空工程中的典型案例或者科学研究前沿关注的问题，让学生自行分组，每组选择一个问题，展开文献阅读，讨论力学分析思路，进行力学建模与分析，完成文字报告，并进行幻灯片展示与答辩。通过案例分析提高学生解决实际工程问题的能力、查阅文献能力、创新能力与团队协作能力。期末考试应减少机械记忆类试题，注重力学理论的综合运用，重点考察学生对力学建模与分析思路的理解。建立上述综合评价体系，通过以考促学，全面提升学生各项能力。

三、结束语

《板壳力学》是力学理论与工程实践联系紧密的力学类课程，是飞机结构与材料专业研究生必须的一门专业课。随着科技的进步，《板壳力学》的课程内容，教学方式和评价体系需要与时俱进、传承创新。在新工科背景下，在保留法方工程教育优点的基础上，《板壳力学》老师需要积极探索《板壳力学》课程的教学改革与实践，努力提高课程的教学质量，为培养具有“家国情怀、全球视野、实践能力和创新精神”的高级工程人才提供一些经验和借鉴。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]钟登华.服务国家战略需求提供一流创新支撑[J].中国高等教育，2018（6）：15-17.

[3]陈亚军，杨新湦，苏志刚.基于中外合作办学的实践教学体系研究与应用[J].实验技术与管理，2019（1）：203-208.

[4]杨旭东.基于中法合作办学《梁的线性理论》课程建设与改革[J].高教学刊，2017（13）：117-119.

[5]郭德红，聂建峰.论大学教学方法改革的系统性[J].国家教育行政学院学报，2014（2）：36-41.