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工程力学课程建设的创新实践
发布时间:2022-04-29 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
工程力学课程建设的创新实践  
沈火明
(西南交通大学 力学与工程学院,四川 成都  610031)
【摘 要】针对课程建设目标,紧跟高教发展形势,强化改革举措,结合课程特点开发了系列教学资源,包括视频教程、电子教案、数字课程、在线课程和数字化教材等,同时线上线下紧密联动,实施探究式、启发式、关联式教学方法和课程思政,扎实推进工程力学课程建设,并取得实效。
【关键词】一流课程;工程力学;慕课;数字化;课程思政
【基金项目】2020年度教育部第二批新工科研究与实践项目(项目号:E-GCJYZL20200814)(E-DXKJC20200510);2019年度中国高等教育学会教学研究分会中国高校“金课”建设推进平台计划课题(项目号:JKJH201902)
【作者简介】沈火明(1968-),男,江苏苏州人,教授、博导,主要从事力学的教学和科研工作
[中图分类号]G642.0   [文献标识码]A   
工程力学课程是西南交通大学地质工程、交通工程、环境工程、工程管理、安全工程、生物医学工程等专业的一门专业基础课。通过本课程的学习,主要使学生掌握静力学和材料力学的基本概念,掌握如何进行物体受力分析和求解物体的平衡问题,掌握构件的强度、刚度和稳定性的计算方法,并能够解决简单超静定力学问题,完成低碳钢、铸铁拉伸与压缩时的力学性能实验和纯弯曲实验,为学习后续相关课程打下坚实基础。同时,通过本课程学习,培养学生的抽象思维能力、逻辑思维能力、科学计算能力和实验分析能力,和能运用课程知识解决工程实际问题的能力;培养学生利用信息技术、网络等进行主动学习、自主学习的能力,逐步养成深度学习、终身学习的能力;加强课程思政,以润物无声的形式将正确的价值观、家国情怀和工匠精神等传导给学生,使教学过程成为引导学生学习知识、锤炼心志、涵养品行的过程。
经过团队二十多年的努力,工程力学课程建设取得了丰硕成果,先后被评为国家级精品课程、国家级精品资源共享课程、国家级精品在线开放课程(线上一流课程),课程教学团队被评审为国家级教学团队,相关教学成果于2018年被评为国家级教学成果二等奖。2019年工程力学课程被评审为四川省首批课程思政示范课程,2020年工程力学课程被评审为国家级线上线下混合式一流课程。
一、课程基本情况
我校在1980年起开始在部分工科专业开设工程力学课程,学时为48-64学时,主要内容包括:静力学基础以及材料的拉伸与压缩、扭转、弯曲、应力状态与强度理论、压杆稳定等,专业包括:交通工程专业、电气工程专业、运输工程专业等。1987年,课程组老师编写出版了《工程力学》一书(奚绍中、邱秉权主编),并为许多学校选用。期间,学校一批知名教授执教工程力学课程,如知名工程专家奚绍中教授等。
2000年后,我国高等教育进入大发展阶段,学校也新办了不少新专业,如环境工程、测控技术与仪器、工程管理、载运工具、安全工程、生物医学工程等,这些专业都开设了工程力学课程。同时,根据本课程建设的特点和不同专业教学内容、教学学时的实际情况,为培养具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才的需要,本课程对课程体系、教学内容、教学方法及手段等进行全面改革,并取得了不少成果。2004年,由西南交通大学出版社、电子出版物数据中心联合出版了《工程力学(1)(2)(3)》视频教程,该教程于2006年获四川省第十一届优秀电教科研成果二等奖。在《工程力学》教材基础上,于2004年8月由高等教育出版社出版了教育科学“十五”国家规划课题研究成果《工程力学教程》,2006年《工程力学教程》被列为“十一五”国家级规划教材,2007年由高等教育出版社出版工程力学电子教案,2011年《工程力学教程》被评为“十二五”国家级规划教材,2016年教材经修订出版了第3版,2019年修订并增加数字化资源后出版了数字化教材(第4版)[1]。期间,建设了工程力学慕课,慕课于2013年在EWANT平台上线,2014年在爱课程网中国大学MOOC平台上线,2018年5月由高等教育出版社出版了工程力学数字课程。十多年来,课程教学团队也由原来的5人发展到现在的9人,不少教师来自海外名校,师资的年龄结构、学缘结构得到优化,学历结构、职称结构合理,为课程建设的持续创新和一流课程建设奠定了扎实基础。
二、课程建设实践
针对课程建设目标,工程力学课程教学团队紧跟高教发展形势,强化教学改革举措,扎实推进“课程革命”和“金课”建设[2]
课程教学改革的具体举措和取得的实效主要有:
(1)加强队伍建设,不断提升教学团队的教学创新和教学研究能力。工程力学教学团队为国家级教学团队,课程负责人按“双带头”要求配置,也是“万人计划”国家教学名师,其政治素养、学术水平和教学水平高,不断带动课程团队进行课程创新,12名主要教学团队成员中博士学历83%,学缘结构75%,三分之一来自海外名校;团队核心成员100%承担了各类教育教学改革项目,老师们在实战和教学试点中提升课程建设水平;组织和鼓励老师参加各类教学研讨会、教学沙龙,了解课程建设前沿,推进课程建设创新。
(2)更新教育教学理念,明确课程建设目标。课程目标为:确立“以学生为中心”的教育教学理念;传授学生工程力学课程的基本知识;培养学生的抽象思维能力、逻辑思维能力、科学计算能力和实验分析能力,和能运用课程知识解决工程实际问题的能力;培养学生利用信息技术、网络等进行主动学习、自主学习的能力,逐步养成深度学习、终身学习的能力;加强课程思政,以润物无声的形式将正确的价值观、家国情怀和工匠精神等传导给学生,使教学过程成为引导学生学习知识、锤炼心志、涵养品行的过程。
(3)完善课程体系,加强工程实际,紧跟学科前沿,创新教学内容,拓展课程深度。课程模块由必学模块和选学模块组成,针对不同学时的课程进行组合,明确学习要求;对接工程实际,开发了《力学与工程》系列PPT,供老师选讲、供学生选学,如《力学与桥梁工程》、《力学与高速铁路》、《力学与水利工程》等;紧跟学科前沿和最新建造技术,拓展课程深度;补充数值计算和仿真分析的内容,和传统理论分析的内容进行比较,加深学生对课程基本理论和科学计算的认识;增加应用性例题和习题,提高学生的建模能力和解决实际问题的能力。
(4)利用信息技术,结合课程特点,开发了系列数字化教学资源。数字化教学资源主要包括:视频教程、电子教案、数字课程、数字化教材和数字化指导书,均已出版。同时,教学团队建设了国家精品课程、国家精品资源共享课程和国家精品在线开放课程等。上述工作突出了课程建设的持续创新,所开发的课程资源也已成为工程力学一流课程建设的重要组成部分,为接下来的课程改革和发展奠定基础。
(5)加强实验与实践性环节建设,全面提高学生的综合素质和创新能力,突出课程的“高阶性”。在材料拉压力学性能、纯弯曲两个基本实验的基础上,设计和研制了系列设计型、创新型和综合型实验(如钢结构网架模型、桁架桥模型等),以提升学生的动手能力和创新实践能力。部分创新型、综合型实验作为实验室开放项目,列入学校重点实验室开放指南,供学生用于科创训练。同时,要求学生在本课程结束后根据知识掌握情况、体会和实际应用,撰写小论文;在课程期末考试时,设置与实际工程结构相结合的应用型考题。通过推动上述工作,来提高课程的“挑战度”。
(6)加强教材建设,不断完善体系、更新内容。自《工程力学教程》2004年在高等教育出版社出版以来,结合教学科研成果及教学资源,不断缩短教材修订周期,将新知识、新技术、新成果编入教材,注重教材内容在传授知识的同时,传授获取知识和创造知识的方法。同时,通过建设丰富的课程数字资源,优化课程体系、教材体系,打造数字化教材《工程力学教程》第4版。数字化教材既链接数字课程网站,推动课程线上线下融合,提升课程教学质量;又以二维码形式,链接数值计算、仿真分析内容,加强学生对科学计算的认识,激励学习兴趣,增强学习动力。教材建设的持续创新,使教材的影响力逐渐扩大,目前已被近200所高校选用,发行23万册,教材示范辐射作用好。
在教材、慕课建设的基础上,出版了数字课程。数字课程资源丰富,包括:教学课件、重点难点讲解视频、应用案例、重点例题或习题讲解视频、试题库、拓展阅读材料、课程思政素材、工程力学虚拟实验等,数字课程平台具有:公告、答疑、讨论、成绩评定和教学档案管理等功能。教师通过数字课程系统平台、电子课本、优质资源等功能应用,轻松高效打造完美课件,而学生则通过寓教于乐的交互式多媒体书,快乐预习所学内容;课堂中,师生通过数字课程实时互动,通过随堂测试和实时统计,教师准确掌握学生学习情况,学生也在第一时间找到自己的知识薄弱点;课后,通过数字课程系统中的作业布置与练习,教师轻松进行教学管理,学生及时巩固学习成果。
(7)探索多元多样教育教学新方法。强化课堂设计,将现代信息技术与教育教学深度融合,创新课堂教学模式,探索线上一流课程和线上线下混合式一流课程模式。鼓励线下教学体现自主、合作、探究式等新教学理念,推进小班化改革,进行课程思政建设;而在线上,综合应用课件、视频、应用案例、重点例题或习题讲解视频、拓展阅读材料、教学动画、虚拟实验演示等,为学生在网上学习打造全新学习环境,学生答题、作业批改、评讲、错误跟踪、网上讨论和作业管理等环节已全程实现网络化。多元化的教学方式、方法体现了课程的“创新性”。
对于48学时工程力学,线上线下混合式教学课时设计为:线下课时为36学时、线上学时为12学时。同时,为保证教学质量,期末考试试卷实施委托出题,出题高校为985高校或211高校。并在考试试题中设置非标准答案试题,培养学生综合能力。
(8)重塑课程评价新机制。以探究式、启发式、关联式的教授为主,充分考虑开发学生的潜能,以线上开放课程或数字课程为载体,聚焦传统教学模式的改革和优化,找准课程质量保证的着力点,实现了以“结果评价为主”向“过程与结果评价相结合”转变。从原先的过程评价占30%,于2019年调整到过程评价占40%,其中线上学习10%、作业10%、中期考试10%、实验10%。过程评价的提高增强了学生学习的“挑战度”。
(9)加强课程思政建设[4]。工程力学作为专业基础课程,具有传授知识、培养能力,和思想政治教育双重功能,承载着培养大学生世界观、人生观、价值观的作用。2018年起,工程力学课程全面开展课程思政建设,对课程思政建设继续一体化设计,包括课程大纲、教材建设、教学设计、课堂教学、实验教学、环境建设等,不断去挖掘课程的思政元素,构建协同育人的教学合力,使学生从课程中汲取智慧,坚定理想信念,培养人格养成,掌握科学观、方法论。
课堂教学是思政教育的主渠道,也是课程思政的主要途径。工程力学课堂育人主要通过以下办法或途径来实施,(1)课间播放力学知识解决工程问题的纪录片或动画片,潜移默化激发学生科学兴趣,激发学习动力;(2)结合课程知识点,讲述科学家贡献,如讲授胡克定律时,不光介绍胡克在力学方面的成就,还介绍他在机械制造方面、城市设计和建筑方面的重要贡献,也强调同学们在学好课程和专业知识的同时应注意综合能力的培养;(3)结合课程知识点,讲述学科前沿,如在讲授摩擦时,拓展到摩擦学学科,介绍摩擦学研究前沿及我校摩擦学研究团队、学科研究水平,激发学生的时代使命感和责任感,学好专业本领和技能,志存高远,将来为本学科建设贡献力量;(4)讲授课程时,不仅注重知识点讲授,更通过力学知识点间思维导图,启发和培养学生逻辑思维能力和融会贯通的能力;(5)加强课堂提问、讨论等师生互动环节,提高学生学习的积极性和主动性。如讨论平面静定桁架内力计算时,讲到桁架应用时就列举钱塘江大桥,采用一座桥梁一个故事的形式,通过讨论,让学生更好地理解爱国、励志、求真、力行。同时,通过强化师生互动,让学生更加聚精会神考虑问题,提升教学效果。
三、课程建设思考
下一步,为更好推进课程建设创新和一流课程建设,主要从三方面着力:
(1)将工程力学在线开放课程和数字课程资源面向高校和社会开放,在线开放课程每学年开课1期,每四年更新课程重点教学视频资源和其他配套教学资源,每次课程资源更新及完善量超过四分之一,且逐步做到网络资源与现行课程教学同步,并根据课程教学内容及学时的变化进行完善,确保内容充实,让学习者想用,且易用好用。
(2)充分利用多媒体信息技术和计算机网络技术,深化在线教学资源建设质量,补充、完善、整合各种理论和实践教学资源,完善教学资源库,保持资源建设的可持续性,支持教学过程的跟踪统计,体现师生互动功能,拓宽课程教学空间,并结合线上线下混合式教学模式探索“智能+教育”,不断完善数字课程和数字教材建设,更好地发挥课程的示范辐射作用。
(3)贯彻落实《高等学校课程思政建设指导纲要》[5],进一步梳理课程思政元素,建设丰富的课程思政案例库,探索将思政教育融入工程力学教学的形式与方法。同时,创新教育教学方法,研究线上/线下教学的不同课程思政方式,形成工程力学一流课程建设中思政教育的体系与方法,让价值引导的成分在工程力学课程设计和课堂教学中如盐在水,达到春风化雨、润物无声的育人效果。
 
 
参考文献
[1]沈火明等.基础力学立体化教学资源建设的实践与思考,西南交通大学学报(社科版),2017(18):1-4
[2]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学,2018(12):4-9
[3]余文森、宋源、丁革民.“课堂革命”与“金课”建设,中国大学教学,2019(9)22-28
[4]沈火明主编.西部工科高等教育教学论文集,2020.12:1-5
[5]教育部.高等学校课程思政建设指导纲要,2020.5
The innovation practice of engineering Mechanics course construction
Shen Huoming
(School of Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan)Abstract: Aiming at the curriculum construction, following the higher education development, and strengthening the reform policies, the construction practice of first-class course develops a series of teaching resources combined with the course characteristics, including video courses, electronic teaching plans, digital courses, online courses and digital teaching materials. With online and offline courses increasingly interlinked, the implementation of inquiry, heuristic, related teaching methods and courses for ideological and political education, solidly promote the first-class course construction of engineering mechanics, and achieve great efforts.
Key words: first-class course; engineering mechanics; Moocs; digital; courses for ideological and political education