基于工程应用能力培养的工程力学课程教学改革

随着经济社会的高速发展，我国急需大量工程实践与创新能力强的技术人才，为创新型国家建设服务，我国高等教育改革也要求部分本科院校向应用型本科人才培养方向发展。但是，按照国际工程教育专业认证与CDIO(Conceive——构 思，Design—— 设 计，Implement—— 实 施，Operate——运作)等对工程技术创新人才的培养要求，目前，我国培养的工程科技人才同世界先进国家相比，在知识、素养与能力等方面存在较大差距，因此，开展本科人才的工程实践与创新能力教育，从而全面提高人才培养质量迫在眉睫[1-7]。本项目基于应用型本科人才培养，以本科生工程应用能力培养为目标，探索项目式的学习模式，对工程力学课程体系进行反向设计，全方位改革传统的工程力学课程授课体制，训练学生力学模型方案设计与运用力学知识进行产品设计的初级计算能力，构建能及时根据产品设计需要进行更改和完善的、多元化学生学习效果课程考核和评价方法；不仅突出实践教学体系及理论知识的相互关系，进行理论教学、实验教学等环节的一体化设计，而且有助于培养学生的工程实践与创新能力；其实践教学课程体系和教学方法改革的方法，也能对工科专业课程改革起到一定的指导作用。

学习工程力学的目标主要有三个：一是掌握有关力学知识，为学习后续课程打好基础；二是培养学生运用力学的概念和理论，分析解决工程实际问题；三是学习力学方法，培养学生逻辑思维能力、计算表达能力等综合素质。由于学科分类和教育体制上的差异，国外很多著名大学并没有单独设置力学专业和力学系，比如加州理工学院(CIT)、麻省理工学院(MIT) 等，工程力学相关的课程主要由工程学院下属的机械工程系、土木与环境工程系、材料科学与工程系等开设。与工程力学相关的课程主要有理论力学、材料力学、机械振动、结构力学、流体力学、弹性力学、空气动力学等。各个学校开设的力学课程的名称可能不一样，但是内容基本是一样的[8-10]。国内设置了工程力学专业或方向的院校有60 多个，比如清华大学、南京航空航天大学等，涉及专业也很宽，湖南省内工科院校都开设有相关课程。

一 研究进展与改革目标

针对工程力学课程体系的教学改革研究，国内有大量的专家学者进行了探讨，国防科技大学、中南大学、湖南工程学院等高校，也进行了大量的改革实践，归纳起来，该课程主要存在以下问题：（1）理论教学比重过大，且计算内容复杂，对前沿科学跟踪不紧密，且理论联系工程实践不足，对基础薄弱的学生，尤其是三本学生，理论教学深度缺乏针对性；（2）教材内容缺乏实践内容，考核评价机制不健全，设计综合类大作业涉及较少。授课内容忽略了理论知识与实际应用的结合，对于现实中碰到的有关工程力学问题，学生不善于将力学问题转换成相关的力学模型来解决问题，使得大多数学生误认为工程力学这一课程没有多大用处；（3）对学生其他方面的能力训练不足，如逻辑思维能力、运用现代计算软件的能力、计算表达能力等。传统的工程力学教学模式暴露出了许多缺点，理论学习与工程实践完全脱节，学生在学习过程中不能主动接受知识，因此不能真正培养工程应用能力，进而对工程创新意识的建立都有不利影响；而且由于教学过程中有大量的理论计算，又缺乏理论联系工程实践的“桥梁”，导致学生的学习主动性不足，学习兴趣不浓厚等问题[11-13]。

本项目在湖南农业大学校级教学改革项目资金的资助下，以工程应用能力培养为导向，基于工程力学建模与计算，优化工程力学课程体系内容、改进教学方法与手段、强化实践教学，重点面向我校环境工程等专业，培养符合国际工程教育专业认证与CDIO 标准的、基础扎实、知识面宽、工程应用能力、综合素质高的应用型工程技术人才。通过改革后的课程学习，使学生初步具备运用力学工具，进行产品力学计算与分析的能力，让学生的工程实践与创新能力、综合表达与团队协作能力得到训练（知识—能力—素质）[14-15]。

二 具体研究内容

本项目按照国际工程教育专业认证标准与CDIO 的培养目标，根据毕业要求与“知识—能力—素质”培养体系，结合工程力学课程体系，进行如下三个方面的教学改革研究。

（一） 反向设计课程体系，突出工程应用能力培养特色

对现有知识体系各章节的有关内容进行整合，反向设计有关工程产品力学计算过程所需的知识体系模块。同时，将最新的国内外研究进展进行融合，增加力学模型建立与自主选题等授课内容，拓宽学生的知识面，以产品实现的知识需求为目标来系统培养学生工程实践等能力，从理论体系上初步训练学生工程问题设计与分析能力。

文章来源：《工程力学》 网址: http://www.gclxzz.cn/qikandaodu/2021/0511/847.html