[摘要]介绍了以课程体系贯通化、求解问题工程化、工程构件模型化、教学手段多样化、经典力学柔性化、反映学科现代化为建设目标，对非力学专业的力学系列课程体系进行改革的具体实践方法和经验。通过将课程体系、教学内容设置、教学方法作为切入点，在力学课程教学中全面培养学生的工程素质。
[关键词]工程素质力学教学体系
力学课程是学生在大学阶段接触到的第一门与工程实际相结合的课程，其工程实践性强，是工科机械类学生进行后续课学习及从事设计工作所需知识的必备课程。力学经过100多年的积累与沉淀形成了比较经典的理论体系，但工程实际中的仍有一些问题无法得到精确解和完备的理论解释。随着近代计算力学的发展、计算机技术与数学的发展，在工程设计中，一些新的设计方法日趋完善与经典力学相互应证，在现代复杂工程设计中充当了重要的角色。材料科学日新月异的飞速发展，使新兴材料的力学性能与传统材料产生了很大的差别。这些相关学科的发展都极大的推进了力学的发展，如何在非力学专业的机械类学生中进行力学课程的教学，在发展的时代面前面临新的问题。
我校是以应用型人才培养为目标，注重培养学生的工程素养，课程组就基础力学教学与工程应用及工科大学生素质能力培养体系展开研究，围绕学校办学特色，结合机械工程、车辆工程、材料工程专业特点，在基础力学教学中提出“课程体系贯通化、求解问题工程化、工程构件模型化、教学手段多样化、经典力学柔性化、反映学科现代化”的建设目标，并实施了改革实践，突出培养学生的实践应用能力、抽象简化能力、初步的科学研究能力和综合的工程素质。
一、课程体系贯通化
（一）调整教学内容，实现力学课程体系与其它课程贯通
我校机械类工科专业在力学课后会开出机械原理、机械设计、汽车理论、汽车设计等专业课，这些课程用到大量的力学知识，而以学科划分的课程不能反映出学科间的相互联系与变化，造成课程体系僵化、课程内容重复、课程信息陈旧等问题。通过调研基础力学先修课和后续课的教学内容，适当打破原课程体系的严格界限，建立贯通化课程体系，对基础力学课程的教学内容进行有机组合和优化。对于同一类教学内容或采用合并或在力学教学中只简单复习不再深入讨论。重点与后续专业课的某些知识点建立联系，将后续课程的研究对象引入力学课堂，这样，学生在后期的学习中其所用的理论分析体系已经熟悉，专业课的再次提及既可强化简力学应用，又可减少理论分析时间，为学生学习专业课夯实力学基础。
（二）确立“三年力学学习不断线”渗透式的教学体系
大学二年级通过两门基础力学课程学习力学基本理论和方法，融入力学竞赛与力学小课题。大学三年级在有限元法基础与应用课程中进一步深入力学模型的概念，结合工程实例介绍力学模型构建的思路，并通过典型的力学模型的理论解与仿真结果对比，提高学生的仿真和力学应用分析能力。同时成立CAE课外兴趣小组，对学生实行个性化培养。大学四年级将力学课题渗透到课程设计、毕业设计课题中，进一步强化力学在工程实际中的应用。
二、求解问题工程化
力学问题来源于实践，回归于实践。将力学理论紧密结合实际问题是其立足之本。
（一）深入实际进行调研
通过往届毕业生的“基础力学教学与工科大学生工程素质的培养研究”调研表，了解毕业生从事的工作中运用力学知识的重要程度、应用的重点内容、应用中理论的充足性以及毕业生对基础力学课程教学内容的建议，收集他们在工作中应用力学知识解决实际问题的实例。通过分析总结课程组进一步增强了基础力学教学改革及培养学生工程应用能力与创新能力的信心。同时对奇瑞汽车公司、东风有限商用车技术中心CAE室等单位进行了调研，了解汽车生产中较为集中的力学设计计算内容及设计部门对基础力学教学的建议，了解CAE室最新发展状况，收集生产部门的具体力学实例，掌握力学在生产实际与前沿研究中的应用，积累了大量的工程素材。
（二）建立工程实例素材的共享库
通过教师的教学实践和科研成果的资料收集，整理出上百个与机械和汽车相关的工程实际问题及其力学模型，包含生活领域及自然界中与力学问题有关的趣味例子，形成较为丰富的课程资源库。这些资源可直接用于教学，为每一章新内容的引入与理论应用提供了良好的工程平台，由于学生学习目的明确，易于接受，使较为严谨的力学课堂教学吸引力有了极大提升。同时，该工程实例库面对全体课程组教师实现教学资源共享，不同的经验可以相互借鉴，为教师整体教学水平的提高和团队以老带新打下良好基础。
（三）根据自身特点，编写出版教材
为突出课程培养特色，课程组在配套十一五优秀教材的基础上，编写工程针对性强的习题册。一些习题来源于工程实际设计课题，涉及车辆部件、机床结构、机械手、加工工装及工艺等。习题册内同时增加一部分有一定深度题目，也涉及实验测设方法与理论分析相结合的实验方案确定问题，强化实际应用，拓展学生的思维，培养学生的研究能力。
三、工程构件模型化
力学建模是联结力学与工程应用最为重要的纽带，其重要性毋庸置疑。基于这点共识，工科高校也纷纷开设力学建模的讲座或课程。因此，课程组在课程中为力学建模设置单独教学单元，就模型简化的载荷处理、约束处理、等效替换等问题通过实例进行分析。同时，本课程组提出“力学建模贯穿式”教学，该模式符合“三年力学学习不断线”的教学体系。即在基础力学学习中，采用概念→实例→力学模型的教学模式展开，力学模型描述的内容含有构件的几何、材料、受力和约束模型。而工程结构力学模型的参数估计和模型的检验在后续有限元法课程中将涉猎。
四、教学手段多样化
针对教学手段以“处方式”为主、学生“按方取药”，建立了“课内与课外相结合、多媒体与板书相结合、理论与实验相结合”的教学模式。
（一）课内与课外相结合
课内教学坚持以学生为主体，教师为主导的原则，在教学手段方面形成了基础力学课程的教学特色，即基于基础原理传授式教学、基于工程背景启发式教学、基于力学专题研究型教学、基于思考题讨论式教学。在夯实第一课堂的基础上，大力拓展第二课堂，鼓励学生不满足书本上的知识，积极进行课外研究。1）建成基础力学教学网络平台。开发了一套具有不同教师个性化的、能反映教学过程管理和监控的网上辅助教学系统。该教学平台包括隶属于每位教师的教学资料、教学管理信息，以及课程公共的资料信息，能够构建基础力学课程的课后学习及教师日常教学管理等环境。考虑到力学系列课程的建设，网站除了开辟了理论力学，材料力学课程外，还增设了流体力学和有限元法基础等课程。课程网站建设的除包括基本的课程简介、教学大纲、授课教案、网络课件、教学录像、力学实验外，还包含力学论文、力学自测题、趣味力学、力学小课题和力学名人新颖的内容。为学生课外复习课堂内容，学习课程相关知识提供了便利的条件。2） 开展力学竞赛。为提高工科学生力学知识水平及应用能力，巩固所学的基础知识、活跃思维和激发钻研力学问题的热情，课题组每年举办力学竞赛。竞赛增进了学生对力学学习和研究的兴趣，促进了基础力学的教学改革。3）考研单独辅导。基础力学两门课程是工科类学生考研的专业课，分值高达150分。课题组教师收集了各个学校的考研试题，分析总结了试题的知识点、分值分布和解题方法，对需要的学生进行单独辅导。4）开展力学小课题的活动。充分考虑学生个体化差异，实现常规教学与个性培养相结合、课内和课外相结合的教学模式，着力培养和提高学生的创新能力和综合应用能力。力学小课题融新颖、灵活、趣味于一体，理论联系实际、包括讨论题、设计题、利用计算机求解的问题等。
（二）多媒体与板书相结合
课程教学中，采用传统的黑板教学和现代多媒体技术相结合，利用现代计算机数值模拟仿真动画技术，直观揭示构件各种变形下的应力分布规律、变形特点等；通过启发式教学，揭示知识发生过程。例如，在讲解应力集中问题时，由于缺乏相应的配套实验，学生往往很难理解。利用通用有限元分析软件能够模拟出带小圆孔方板的应力分布图，同时还可以引导学生分析孔的大小、形状及位置与应力集中的关系，如图1。对于某些强调学生思考的问题，可以在黑板上逐步进行引导，让学生给出求解思路和方法，这样的方式互动性强，促进学生主动思考。
（三）理论与实验相结合
除开出教学基本要求的实验外，实验室实行分期全天开放，为学生提供可选做的实验项目，学生可也利用实验设备，自行验证理论、设计实验。实验教师开发出新的设计性实验项目，实验内容注重工程背景、追求真刀真枪、突出学科交叉。如：闭口方钢的性能测试及数值模拟分析，槽钢的性能测试及数值模拟分析等，通过理论计算、电测试验和仿真模拟，研究结构在变形时的力学性能和特点。在理论层次、实验方法设计层次方面对学生的实践应用和研究能力都有一个大的提升。
五、经典力学柔性化
专业基础课要“厚”，不仅体现在课程本身的教学内容上，还涉及科研精神的培养与教学中体现的人文精神。
（一）实现基础力学课程的模块化教学，由1+1变为2+2。尝试多学时力学课程分模块化教学
使学生分阶段重点掌握知识内容，易于学习消化，易于监督检查，在一定程度上防止了学生前期懒散最终一次性复习的不良习惯，培养学生持之以恒进行科学研究的工程素质。经过三轮教学实践，考试成绩分析及试卷分析报告说明：实施模块化教学能更加全面的考察学生对课程的掌握情况，学生前期内容明显掌握扎实，避免了大学分课程一次性考试刚度过大的问题，同时帮助学生逐步养成脚踏实地、坚持不懈的优良学习习惯，逐步建立做人做事上不要投机取巧的思维模式。
（二）在经典力学教学体系中引入人文教育
力学课程内容严谨、逻辑性强、推到繁杂，学生学习有一定的难度。在授课中适当介绍本学科相关历史和发展进程及关键人物。如，讲胡克定律时介绍中国古代郑玄的贡献；讲梁的合理截面时介绍中国古代对矩形截面梁高宽比的认识；讲梁弯曲时介绍圣维南的贡献等。学生在学习力学知识的同时，对其发展过程有初步的了解，认识前人在学科发展中探索研究的艰苦历程和学科发展史与人类文明史之间的关系，激发学生学习兴趣和探索钻研精神。
六、反映学科现代化
笔者认为将课程的前沿内容引入到教学中是对教师能力的一个极大挑战。现代科学发展迅猛，一些传统的设计方法在碰到复杂大型设计问题上会显得繁杂而无力，在力学学科中新的技术、理论及应用也在不断涌现，其理论新、涉及面广、实用性强。将这些先进的方法融入教学对开拓学生视野无疑具有积极的作用。课程组教师结合自身科研对一些现代先进的科技成果和学科的发展动态适当的增加，如：当代力学计算手段有什么，可以应用到什么方面的设计，引入优化、非线性、有限元分析技术介绍等。在专项内容方面，讲授上除经典理论外，将最新研究成果进行介绍，使学生在这一方面有初步的、较为全面的知识把握。如讲授疲劳内容时，将疲劳的新、旧理论进行介绍，阐明单轴与多轴疲劳应力分析之间的区别与联系，对其应用背景进行阐述。在材料力学性能讲授时，对新兴各向异性复合材料的性能与各向同性经典材料进行对比等。
通过“六化”建设目标的提出和实施，课程组力争全方位构建培养高素质人才的工科力学教学体系。该体系集基础性、层次性、系统性为一体，具有“立足培养目标、突出工程背景、张显与时俱进、强化综合交叉、体现学科成果”五个特点，为理论与实践相结合的工程素质教育培养探索出一条有益的道路。
[参考文献]
[1]李乐山.高等学校进行研究型教学的方法和意义[J].西安交通大学学报,2008,(28).
[2]张田梅,高春,王志伟.应用型本科院校材料力学课程研究型教学的几点实践[C].北京:高等教育出版社,2009.
[3]杨在林,杨勇.基础力学课程教学方法的探讨[C].北京: 高等教育出版社,2009.
（作者单位：湖北汽车工业学院 湖北省十堰市）