40學(xué)時工程力學(xué)課程體系建設(shè)與實(shí)踐

陶春達(dá) 王燕楠 王丹丹

【摘要】針對西南石油大學(xué)40學(xué)時工程力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、課程體系的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，提出了教改后的工程力學(xué)課程體系的教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配，并結(jié)合西南石油大學(xué)勘查技術(shù)與工程2018級工程力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)手段的應(yīng)用，提出了適合普通院校學(xué)生特點(diǎn)的工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容和課程體系建設(shè)的思路。

【關(guān)鍵詞】工程力學(xué)? 教學(xué)內(nèi)容? 課程體系? 翻轉(zhuǎn)課堂

【中圖分類號】TB12-4;G642.0【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）22-0121-02

一、引言

多學(xué)時工程力學(xué)課程與40學(xué)時工程力學(xué)課程不僅僅是學(xué)時上的差異，專業(yè)、講授對象、課程要求完全不同。既要考慮課程的完整性，講授靜力學(xué)基礎(chǔ)、拉壓、彎曲與扭轉(zhuǎn)這些基本內(nèi)容;還要考慮專業(yè)的特殊要求，講授應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論。第一次講授40學(xué)時工程力學(xué)課程可以說是一次挑戰(zhàn)，也是一次教學(xué)改革的契機(jī)。加之工程力學(xué)精品在線開放課程建設(shè)的推進(jìn)，借此機(jī)會，精心準(zhǔn)備、認(rèn)真講授、認(rèn)真總結(jié)，從整個教學(xué)過程中得到了有益的啟迪，為工程力學(xué)課程體系改革與精品在線開放課程建設(shè)積累了經(jīng)驗。

二、40學(xué)時工程力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

40學(xué)時工程力學(xué)課程通常歸入少學(xué)時類，根據(jù)近年來教學(xué)實(shí)踐反饋情況來看，大多數(shù)工科院校對工程力學(xué)的教學(xué)改革的思路，基本上是在引入現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，大量削減教學(xué)學(xué)時，但由于全國力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會對工程力學(xué)教學(xué)的基本要求并沒有降低，故少學(xué)時工程力學(xué)的教學(xué)大綱相較于中多學(xué)時工程力學(xué)教學(xué)大綱的教學(xué)基本內(nèi)容沒變，這就導(dǎo)致了教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容的安排非常困難。從目前的實(shí)際情況來看 ，大多數(shù)高校對少學(xué)時工程力學(xué)課程教學(xué)除了采用多媒體外，就是刪減教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)中也是基本上與中多學(xué)時選用相同的教材。通過多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對于少學(xué)時專業(yè)學(xué)生來說，由于工程力學(xué)并非其專業(yè)主干課程 ，不能夠引起足夠的重視，故其學(xué)習(xí)主動性和積極性較差 ，最終導(dǎo)致教學(xué)效果并不理想。學(xué)生普遍反映課程太難，教學(xué)時間太短，專業(yè)教研室也對教學(xué)效果也不太滿意，這就迫切要求對少學(xué)時的工程力學(xué)課程體系進(jìn)行改革。

三、40學(xué)時工程力學(xué)課程體系建設(shè)

由于我?？辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)進(jìn)行專業(yè)改革，第一次增設(shè)40學(xué)時工程力學(xué)課程，這對于力學(xué)教研室來講就是一個新的挑戰(zhàn)。其課程體系需要重修建立，而教學(xué)工作暑假后就要展開，所以確定教學(xué)內(nèi)容、分配學(xué)時、編寫教學(xué)大綱的任務(wù)就變得非常迫切。

由于時間緊、任務(wù)重，在教材的選擇上暫時采用我校編著的《工程力學(xué)》[1]教材。結(jié)合教材，并根據(jù)教育部工科力學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會的要求，在考慮專業(yè)特點(diǎn)后，編寫了40學(xué)時工程力學(xué)課程的教學(xué)大綱，其教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配見表1。

該教學(xué)方案就是在借鑒了我校工程力學(xué)改革成果[2-3]、的基礎(chǔ)上提出來的，該教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配方案中，靜力學(xué)加緒論14學(xué)時，靜力學(xué)基礎(chǔ)包含力的概念、力矩的概念、主矢與主矩的概念、力系等效定理和平衡力系定理、力偶的概念、約束與約束力及物體的受力分析，其中約束與約束力及物體的受力分析一共3個學(xué)時，其余部分5個學(xué)時;力系簡化只介紹力系簡化的理論及應(yīng)用，而平行力系的中心、重心和形心將在例題中簡單介紹，這一部分1個學(xué)時;靜力學(xué)平衡問題包含平衡的基本概念、平衡條件、平衡方程、平面問題平衡方程的應(yīng)用，這一部分3個學(xué)時。

材料力學(xué)部分共26學(xué)時。其基本思想是向?qū)W生介紹材料力學(xué)的基本概念以及基本變形，再結(jié)合專業(yè)需求介紹應(yīng)力狀態(tài)分析和強(qiáng)度理論的基本內(nèi)容。其中材料力學(xué)的基本假設(shè)和基本概念2個學(xué)時;軸向拉伸與壓縮5個學(xué)時;扭轉(zhuǎn)3個學(xué)時;彎曲內(nèi)力3個學(xué)時;彎曲應(yīng)力及彎曲強(qiáng)度3個學(xué)時;彎曲變形2個學(xué)時;應(yīng)力狀態(tài)分析和強(qiáng)度理論8個學(xué)時。整個方案沒有安排實(shí)驗，和專業(yè)教研室的老師溝通后他們是滿意的，滿足了該專業(yè)對力學(xué)基礎(chǔ)知識的要求。

四、40學(xué)時工程力學(xué)課程體系建設(shè)的實(shí)踐

調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配表在具體的教學(xué)實(shí)踐中，碰到的最大的問題是學(xué)時比較緊張，因為在教學(xué)中肯定會碰上節(jié)假日，同時還必須有復(fù)習(xí)總結(jié)時間，在我?？辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)2018級的教學(xué)實(shí)踐中，由于假期及運(yùn)動會的沖擊，彎曲變形部分不得不安排學(xué)生自學(xué)，并多次補(bǔ)課，這樣才勉強(qiáng)完成教學(xué)任務(wù)?；仡^來看，在教學(xué)實(shí)踐中還有很多值得總結(jié)、值得反思的地方，下面就其中的一些問題談一談體會。

14學(xué)時一般能夠完成靜力學(xué)加緒論的教學(xué)，但靜力學(xué)平衡問題中桁架以及考慮摩擦的平衡問題就沒有時間介紹，空間問題的平衡也只能簡單介紹;另外，力系簡化只介紹力系簡化的理論及應(yīng)用，不能作進(jìn)一步的分析討論，而平行力系的中心、重心和形心也只能在例題中簡單提及，這樣才能為靜力學(xué)基礎(chǔ)中的基本概念和受力分析留下足夠的時間。

材料力學(xué)中彎曲內(nèi)力部分3個學(xué)時，只介紹利用函數(shù)作圖法作內(nèi)力圖，利用微分關(guān)系作內(nèi)力圖只能舍去;學(xué)時相對緊張的是彎曲應(yīng)力及彎曲強(qiáng)度部分，3個學(xué)時只能重點(diǎn)介紹正應(yīng)力及其強(qiáng)度條件，關(guān)于切應(yīng)力及其強(qiáng)度條件只作簡單介紹，而提高彎曲強(qiáng)度的措施部分可以讓學(xué)生自學(xué);彎曲變形部分只能簡單介紹基本概念和基本方法，提高彎曲剛度的措施同樣只能讓學(xué)生自學(xué);應(yīng)力狀態(tài)分析和強(qiáng)度理論部分，由于專業(yè)課程的需要，跟專業(yè)教研室溝通后安排8個學(xué)時，這部分內(nèi)容是材料力學(xué)中最難的部分，希望增加學(xué)時能使學(xué)生更好地理解應(yīng)力狀態(tài)的基本概念及強(qiáng)度理論。至于組合變形、壓桿穩(wěn)定部分在教學(xué)大綱里沒有安排，就只能忍痛割愛了。

由于第一次講授40學(xué)時的工程力學(xué)課程，時間緊（9周完成40學(xué)時）、任務(wù)重（兩個教學(xué)班，而且兩個教學(xué)班的學(xué)習(xí)水平參差不齊），不得不在教學(xué)實(shí)踐中采取了一些新的辦法與措施，比如翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的引入。

起源于美國的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，其本質(zhì)就是把傳統(tǒng)的課前老師備課、上課教師講解、下課學(xué)生做題的模式翻轉(zhuǎn)過來。課前， 學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺提供的多種教學(xué)資源完成知識點(diǎn)的學(xué)習(xí);而在課堂上，師生則通過開展各種形式的討論、交流與探索活動，解決學(xué)生自學(xué)所無法理解的問題。這種創(chuàng)新的課堂教學(xué)模式核心思想是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和主動學(xué)習(xí)性，讓學(xué)生成為教學(xué)活動的主體[4]-[5]。

由于是第一次采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，在我校40學(xué)時工程力學(xué)教學(xué)過程中只在彎曲內(nèi)力這一章嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

1.準(zhǔn)備翻轉(zhuǎn)教學(xué)資源

首先制定了彎曲內(nèi)力這一章的翻轉(zhuǎn)教學(xué)的目標(biāo)、課前學(xué)習(xí)任務(wù)單，錄制了彎曲內(nèi)力的5集微課視頻，并將課件、自學(xué)測試題和微課視頻上傳到工程力學(xué)課程網(wǎng)站，以方便學(xué)生自學(xué)。

2.翻轉(zhuǎn)課堂的課前教學(xué)活動

布置課前學(xué)習(xí)任務(wù)，發(fā)放該章課前學(xué)習(xí)任務(wù)單;學(xué)生課前自學(xué)并自學(xué)反饋。教師依據(jù)學(xué)生的自學(xué)情況， 設(shè)計第二天的翻轉(zhuǎn)課堂活動，并準(zhǔn)備相應(yīng)的教學(xué)資料。

3.翻轉(zhuǎn)課堂的課堂教學(xué)活動

首先讓部分學(xué)生講授部分知識點(diǎn);針對學(xué)生自學(xué)反饋和學(xué)生講授中的問題， 教師精講彎曲內(nèi)力的重難點(diǎn)，并講解學(xué)生反饋的問題。

4.課后總結(jié)

通過學(xué)生反饋的問題和教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式效果明顯，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，對教學(xué)內(nèi)容的掌握顯著增加，對教師的教學(xué)業(yè)務(wù)水平的提高非常明顯，但教師的付出也明顯增加，如何處理好教學(xué)與科研之間的時間分配值得思考。

五、40學(xué)時工程力學(xué)課程體系建設(shè)的思考

完成了40學(xué)時的工程力學(xué)課程教學(xué)工作，回過頭來發(fā)現(xiàn)在整個40學(xué)時工程力學(xué)課程教學(xué)工作中以及課程體系中還存在一些問題，值得好好的思考。

1.補(bǔ)充實(shí)驗教學(xué)

整個教學(xué)計劃中沒有安排教學(xué)實(shí)驗，直接原因是學(xué)時少任務(wù)重，但這和全國力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會對基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)的要求存在一定差異。這個在將來的教學(xué)計劃修訂時要有所調(diào)整，既滿足要求，同時也要完成所有的教學(xué)任務(wù)。

2.完善教材

本次40學(xué)時工程力學(xué)課程教學(xué)采用的是中多學(xué)時的《工程力學(xué)》[1]教材，教材中有較多內(nèi)容都沒有介紹，顯然需要選用或者編著一本學(xué)時和內(nèi)容與教學(xué)計劃相匹配的教材。

3.大力推廣翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

本次只是在彎曲內(nèi)力一章中嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，取得了一定的效果，還需要繼續(xù)完善翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并將其進(jìn)一步推廣、應(yīng)用，找出一條適合我校40學(xué)時的工程力學(xué)課程教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

4.推廣完善多媒體教學(xué)方式

多媒體教學(xué)已經(jīng)成為一種教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，有傳統(tǒng)教學(xué)無法超越的優(yōu)點(diǎn)。如何把握好多媒體教學(xué)方式的利弊，既能傳授更多的知識，教學(xué)重點(diǎn)突出，又可以引導(dǎo)學(xué)生積極思考，提高教學(xué)質(zhì)量。

當(dāng)然這些只是在勘查技術(shù)與工程專業(yè)2018級的40學(xué)時工程力學(xué)教學(xué)過程中的一些體會與思考，不同的教師對教材的理解不同，講授過程肯定存在差異，對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用也會不一樣。希望通過教學(xué)體系的建設(shè)與實(shí)踐，使我校40 學(xué)時工程力學(xué)教學(xué)工作更上一個臺階，使我校非機(jī)械類、非土建類專業(yè)工程力學(xué)課程體系教學(xué)改革順利完成，為其它兄弟院校的教學(xué)改革提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶春達(dá)、黃云主編. 《工程力學(xué)》[M]，科學(xué)出版社，2011.

[2]陶春達(dá)、黃云、林鴻志. 64學(xué)時工程力學(xué)課程體系建設(shè)與實(shí)踐，西南交通大學(xué)學(xué)報，2011（12）：15-17.

[3]陶春達(dá). 靜力學(xué)力學(xué)課程體系建設(shè)與實(shí)踐，西南交通大學(xué)學(xué)報，2009（10）： 66-68.

[4]楊菊，莊英. 翻轉(zhuǎn)課堂模式在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，新課程研究，2015（6）：96-98.

[5]王劍釗，馬俊. 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的計算機(jī)公共翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究，黑龍江教育（理論與實(shí)踐），2019（11）：76-78.

作者簡介：

陶春達(dá)（1964-），男，四川渠縣人，碩士，教授，主要從事工程力學(xué)的教學(xué)與科研工作，研究方向為固體力學(xué)。