浅谈普通本科院校转型下的工科力学课程改革

实现由教学型大学向教学研究型大学的战略转变，无疑成为了部分高校的现实选择。为未来发展需要，特别是主动适应服务垦区现代化大农业建设要求，在“十二五”开局之年，即我校也提出了由教学型向教学研究型大学转变的战略目标。而在实践过程中，高校除了面临着更新教学理念、提高教师能力、增加教育投入、加强学风考风建设等诸多课题之外，课程建设的配套改革也应然的成为其中不可或缺的一环。工程力学课程作为重要的工科专业基础课程，与土木工程、机械设计及其自动化等专业息息相关，其课程体系、教学内容与教学方法能否适应“应用型”人才培养要求，对于后续专业课的开展及学生科学思维能力的前期培养具有深远影响。但一直以来，该课程教学惯以传统教学模式进行，与教学研究型大学建设的内涵要求相距甚远，在对创新能力培养的视野下，其教学效果也强差人意。本文以黑龙江八一农垦大学工程学院开设的工程力学课程为背景，以培养学生思维能力为主题进行了专题探讨，并在实践中进行验证，为探索工程力学课程在应用型人才培养过程中的改革途径提供一定的方法指引。

一 教学研究型院校人才培养目标的内涵把握

教学研究型大学要求培养出共性宽厚、个性鲜明、基础扎实、实践能力突出、创新意识旺盛的人才。因此，在教学研究型大学人才培养模式中应以通识教育为基础，以培养创新能力为目标，通过完成从“规律”到“原理”的跨越转化，重点培养研究人才。因此持续改革教学内容和教学方法成为教学研究型大学在建设完成后的长效要求。教学内容和教学方法的改革，体现着教育教学观念的更新，教学研究型大学的教学内容要尤其注重“书本”与“应用”的衔接，开启理论与实践相互促进、相互提高的渠道，在方法上，着眼于提高学生的综合能力，围绕课程自身及专业应用的特点，重点激发学生的独立思考、思维发散和逻辑探究能力，在完成好课程讲授同时尽已所能的促进学生“创新性研究”的习惯养成。

二 办学定位转变背景下的力学课程教学的薄弱环节

教学研究型大学要求维持好教学与科研这两大主业的平衡，这就使得包括力学课程在内的所有课程教学面临一系列新的命题。作为工科院校的基础性学科——力学课程是后续专业课的学习的基础。因此，如何根据课程特点和教学对象特点，改善教学方法，结合工程实践问题，使学生能灵活高效、全面系统且创造性地学习；如何采用有效的教学手段去切实提高教学质量和教学效率；如何让学生扎实地掌握课程基础理论知识并将所学知识能够应用于工程实践当中，都是高校由教学型向教学研究型转变的背景下，力学课程教学面临的薄弱并需改进的环节，具体如下。

（1）教学主体上，部分院校力学教师为力学专业毕业，缺少与所授专业的融会贯通，虽对单纯的力学课程的系统性和严密性有着精准的把握，但所授学生的专业系统性却较弱。仅以单门力学课程为中心进行教学，对力学与专业课程之间相关知识的衔接、融合不够，很容易与其他专业课形成脱节，与教学研究型高校人才培养理念不符，不能做到课程之间的融会贯通，学生对于学习力学课程的作用体会不到，不仅难以保证教改课程，而且极易造成学生学习兴趣的丧失。

（2）教学内容上，主要以课本讲授为主，虽然有些教师承担着科研项目，但其中大部分教师将自己的科研和教学分开，并没有主动有机的结合在一起，课本知识与实际联系不够。还有部分任课教师减少习题课、讨论课比例，阻断了学生将学习内容向实践训练转化的过渡桥梁，严重影响了学生分析与解决问题综合能力的培养与提高，另外有些高校教学实验内容还是仅对低碳钢进行拉伸、压缩、弯曲、扭转等基本变形的试验研究，而对于新的材料的强度分析却很少，更是缺乏综合性与设计性实验。

（3）教学方法上，主要以教师“讲”、学生“听”为主，教学理论和教学模式过于陈旧，在授课时，主要简单套用自己学生时代老师的授课模式，严重忽视不同时期不同学生的群体特征，使得学生不需太多思考，学什么和如何学都由教师安排，学生只要善于记忆，跟着教师后面学，就能轻松地应对考试。对于学生系统地掌握知识效果明显，但由于学生学习的主体性难以发挥，对于培养学生主动获取知识能力、思维能力、创新精神等方面存在显著不足。主要表现为在知识讲授后的习题中，老师讲学生就会做，否则，学生就不会；个别教师为了追求及格率以及学生为了应付考试，几乎每道题都依靠老师讲、学生记，学生把教师的讲授内容记成笔记，死记硬背以备考试之需。虽然，考试的结果能够令人满意，但考试之后学生什么也没学会，自主解决问题的能力更是无从谈起。

三 以我校为例，力学的课程改革措施及实施

1 力学课程改革措施

理论力学和材料力学构成了工科专业学生较为重要的基础课程，在二者学习过程中，有许多理论推导、公式计算等相对抽象的内容，如果不重视教学方法、教学内容的改革和应用，容易使得一些学习积极性不高的学生感觉学习力学课程极其枯燥，丧失兴趣，产生硬背公式等考前突击来应付考试的不良心理。为实现教学研究型大学培养目标，我们在力学课程的教学方法、手段等方面进行探索。

（1）在教学主体上，提高任课教师的专业素质，加强课程之间的联系，提高专业的系统性，做到融会贯通。力学与各专业课程之间存在众多联系。为此，教师要将这种联系讲授给学生，做到融会贯通。例如，当教师讲到某个知识点的时候，如果这个知识点在后续课程中能用到，教师应当把后续课程的内容简单介绍给学生，提高学生对本节知识的认知度。这就要求教师对所授学生的专业有一个系统的了解，教师应当在给一个新的专业授课前进行一定的该专业知识扩展，掌握专业课程的主要研究内容，尤其对与力学关联紧密的课程，要掌握这些课程中的哪些知识点讲解的时候要用到力学知识，只有这样才能保证力学课程讲授与专业应用的融会贯通，才能保证力学课程与专业课程的完整性、统一性。

（2）在教学方法上，利用力学课程的自身特点，培养学生的综合能力。①以一题多解特点，突破培养学生解决问题的灵活性。许多力学问题具有一题多解的特点。例如理论力学中静力学关于求解物体系的约束力问题，在求解的过程中可以先研究整体，再研究单个部件；也可以先做局部分析，再进行研究整体。例如学完达朗贝尔原理之后，一些动力学的问题除了可以用动力学相关知识点来解决外，还可以用静力学的原理来解决。再例如，材料力学中求变形后的位移问题，可以用图乘法，也可以用卡氏定理。相同问题不同方法求解，扩宽了学生解决问题的思路，有利于培养学生解决问题的多思维、多角度，进而提高学生研究问题的灵活性。②以问题求解过程为渠道，培养学生的独立思考能力。力学问题的求解过程一般包括分析问题、确定研究思路、求解问题三个过程，而分析问题和确定研究思路是解决力学问题的难点。因此，在对学生讲解问题时，要采用引导的方式，尽量让学生在教师的启发下，相对独立地完成前两个过程，并且在完成这两个过程后，要不断地引导学生去总结经验，培养学生独立思考的能力。比如，在解决材料力学中基本构件的强度问题时，教师首先要引导学生回顾强度问题的计算方法，逐一明确进行强度求解过程中的重点问题、难点问题，然后针对这些重点问题和难点问题启发学生用何种方法进行解决；如遇解决不了的情况，再组织学生讨论采用什么方案进行处理。一道题下来，不仅让学生对于过往知识进行了回顾，而且通过引导和启发培养锻炼了学生独立思考问题的能力，另外，教师通过上述二至三次的引导后，要逐步让学生尝试独立完成解决问题的全部过程。③以知识间内在联系为纽带，培养学生的思维逻辑性。力学课程的部分内容是从概念出发，利用数学上的微积分等相关知识定理推导，进而得出一些解决问题的条件和方程。因此，概念和定理与解决问题的条件和方程是紧密相连、环环相扣的。在讲解的过程教师应当展现出环环紧扣、层层递进的严密逻辑性，让学生通过学习逐步建立起思维的逻辑性意识。对重要定理推导和相关练习题的强化训练，渐次构成逻辑严谨的认知体系，不断提高逻辑思维能力。例如，讲解刚体平面运动相关知识点时，教师首先选几个工程中刚体平面运动的实际例子，以视频的形式展示给同学们，让同学们观察平面运动的特点，再引导学生将刚体平面运动进行分解，分解成随着基点的平动和绕着基点的转动，最后利用我们已经介绍的平行移动和定轴转动的相关知识点完成了刚体平面运动的相关知识的推导，在这个过程不仅完成了新知识点的讲解，而且对以往学习的知识点进行了复习，学生也感到了知识点的内在联系，意识到学习知识的系统性以及知识之间的逻辑性。

（3）以加强与实际问题结合为导向，适当调节教学内容。①优化教学内容，使理论知识与实践相结合。力学课程的重点在于实际应用，为此，在通过例题讲解公式的应用时，应注意选择与学术专业相关的例子进行讲解。比如通过提出“菲尔普斯的泳衣到底能否为他获得游泳冠军发挥一定的力学作用”等涉及材料力学中关于材料性能的问题，带动学生积极思考，互动完成关于材料力学中相关研究内容的教学。理论与实践相结合，就是要指导学生从力学原理角度来完成实际工程问题的分析与求解，让学生真正懂得如何运用相应的理论知识解决工程问题。除此之外，授课教师可以根据自己的科研项目，选取并设计多个完整的项目进行互动式教学，充分挖掘学生解决实际问题的能力。②开设讨论课和综合课，培养学生全局观念和解决问题能力。单一教师“讲”、学生“听”的授课方式是无法培养学生解决问题的能力的，在探索过程中，讨论课和综合课的开设为解决上述问题提供了有益帮助。在教学中，可以通过比比皆是的工程实例给学生介绍轴承传动变形、销钉的链接、雨篷与墙的固定端链接、焊接、压杆稳定等问题，锻炼学生在众多工程问题中提炼力学问题，既可以使学生将力学知识点应用于实际，又可以培养学生解决问题的能力。另外，还可以通过引导的方式，让学生分析和讨论生活中实际问题，让学生分析讨论，进行归纳总结，以增强学生分析问题、解决问题的能力。

2 以我校机械设计及其自动化专业为研究对象，对理论力学和材料力学两门课程进行改革，并进行教学效果分析

教学实践表明，以上教学改革教学效果良好。笔者所在基础部在2012、2013两届农机、设计、交通和土木本科二表共十余个班级进行试点教学，由教师和学生共同体验教学效果。笔者本人对机械设计及其自动化专业2012级（3）班和2013级（1）班学生进行了重点试点教学实践，并对理论力学、材料力学两门课程的成绩进行统计，在实施教学改革后，学生整体成绩提高，不及格率显著减少，平均成绩有所提高，并且对力学的认识和学习热情提高（很多学生提前自学）。具体数据如表1。

表1 机械设计及其自动化专业两届学生成绩（不及格率和平均分）

由表可知，两个班级的不及格率均低于10%，明显低于和以往学生以及同级的班级，因为理论力学和材料力学 这两门课程对一些基础课程，如高等数学、物理等有一定的要求。而这两个班级高等数学课程不及格率为30%，理论力学、材料力学不及格率不足7%%，说明学生能够主动克服基础不足，完成学习任务。

总之，在教学研究型大学建设的背景下，笔者所在学校以工科力学课程为切入点，经过近两年的实践，在更新教育观念，优化教学内容，改进教学方法、探索新的教学手段方面进行了改革和实践，并在本校机械设计及其自动化专业2012级（3）班和2013级（1）班两个班级进行了试点。结果表明，通过上述改革措施的实施，增强了学生基础知识的学习效果，提高了学生实践和创新能力，对教学研究型大学人才培养目标的实现，起到了积极的助推作用。

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