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[摘要]工程力学系列课程是一类工程应用背景较强的课程体系，应用型工科本科院校在教学中应该根据应用型人才的特点对课程体系、教学内容和教学方法进行改革，突出加强CAE技术方面的上机教学，努力处理好工程力学系列课程基础理论教学与提高解决实际力学工程问题能力的关系。着眼于面向培养综合性应用型人才的目标，搞好工程力学系列课程的教学工作。
[关键词]应用型人才工程力学系列课程教学改革CAE技术
一、前言
二十一世纪，科技和经济在迅猛发展，社会对人才的需求正在发生着深刻的变化，既需要理论水平高的研究型人才，也需要大量的综合性应用型人才。面向未来，以培养综合性应用型人才和素质教育为目的，应用型工科本科院校应该以教学内容和教学方法为重点，整体优化工程力学系列课程的教学工作，促进学生知识、能力、素质的协调发展，达到适应经济建设、科技进步和社会发展的需要。
不断深化教育教学改革，努力探索人才培养的新模式。对工程力学系列课程的体系和教学内容进行重组整合，使理论与实践相互渗透融合，强化学生工程实践应用能力的培养。针对应用型工科本科院校工程力学系列课程的教学现状，从课程体系的安排、教学内容与教学次序的优化调整、教学方法和手段的改进、上机教学的改革以及考试方法等方面，进行了工程力学系列课程的教学改革与探索，对提高学生解决力学工程实际问题的能力具有极大的促进作用。
二、工程力学系列课程的教学次序的优化
工程力学系列课程的教学次序可以进行优化调整，第一层次首先开设理论力学课程，第二层次可以开设分析力学，材料力学，结构力学，流体力学，工程热力学等基础力学课程；第三层次开设弹性力学，板壳理论，实验力学，振动力学，土力学等专业力学课程；第四层次开设有限元法与CAE工程软件应用等计算机力学分析课程；第五层次开设非线性力学，断裂力学，复合材料力学，空气动力学，粉体力学等选修性课程。机械类、土木结构类、力学类的各专业可以根据自己的专业特色进行合理的取舍。
为了提高学生对学习工程力学系列课程的兴趣与积极性，可以将CAE工程软件应用中的简单结构的力学分析方法对应地贯穿到各门工程力学课程中去，例如在理论力学课程中安排上机对桁架结构进行计算机力学分析，在材料力学课程中安排上机对轴向拉压、纯弯曲、纯扭转等进行计算机力学分析，在结构力学课程中安排上机对刚架结构进行计算机力学分析等。如下图所示，为计算机求解的某一个杆系结构在某荷载作用下的弯矩图。
这样安排，一方面可以加深学生对基本理论知识的理解，另一方面可以让学生知道复杂繁琐的力学工程问题原来是可以利用计算机去完成的，那么学生对学习工程力学系列课程就会产生浓厚的兴趣。
三、工程力学系列课程的教学内容的改革
工程力学系列课程是一类工程应用背景较强的课程体系，在教学中根据应用型人才的特点需要对某些教学内容例如基本概念、计算步骤和理论公式的教学内容进行改革。工程力学的传统教学中对概念性内容的教学和训练不够，这显然不切合实际，因为概念性内容的教学和训练，是计算工具和软件难以替代的，对于设计人员来说，软件的编制和使用需以明确的概念为前提；对于工程技术人员来说，日常遇到的技术问题更是概念性和经验性的居多。因此，在工程力学系列课程的教学中应该适当削减计算性内容，增加概念性和实践性内容。例如，习题课中增加概念性较强的题目；在课堂教学中增设模型演示教学环节，以多种形式对概念性内容进行训练；现场教学参观实习工厂、建筑工地和汽车队等，将知识由抽象转为直观，增强知识迁移能力，教学要与实践结合，强化学生对概念性内容的理解。现在的学生工程知识较为贫乏，若不进行这方面的补充训练，很容易将工程力学这一工程应用背景较强的系列课程的学习偏向纯理论性的计算，忽视实践，导致学习兴趣和主动性不强。受当前经济环境的影响，学生对工程力学系列课程的基础理论，尤其是理论公式推导的学习不感兴趣，笔者认为这比较正常。理论教学应根据培养应用型人才的需要，结合工程实际和日常生活中的实例进行。在授课中形象化地重点讲清物理概念、理论结论和计算公式的含义与适用条件，只需要简要说明推导过程。例如，在理论力学中讲解加速度合成定理时着重讲解应用方法与例题分析而不去详细讲解推导过程；在有限元法中着重讲解有限元法的应用情况、基本步骤与各种常用单元的特点，理解单元分析方法与整体集成分析的规则而不要求去研究详细的推导过程。总之，应该精简公式推导与计算的内容，删除与实际工作没有关联的章节，突出培养应用型人才的技能和实用性，提高学生学习工程力学系列课程的兴趣和主动性。
根据培养应用型人才的特点，在工程力学系列课程的教学中，应该重点突出CAE技术方面的教学，指导学生努力学会CAE技术，将工程力学中复杂繁琐的计算性内容交由计算机去完成。基于工程力学基本理论和有限元法的CAE技术是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学、计算力学和计算工程科学领域最有效的现代计算方法，CAE技术可以进一步的解决各种复杂的工程力学问题。目前CAE技术的应用已经从固体力学领域发展到流体力学、热力学、电磁学、声学、光学、生物学等诸多领域的耦合场问题。CAE技术已经成为工程设计与分析中的现代方法，需要越来越多的工程技术人员掌握这种现代技术。所以，学生在学习工程力学系列课程的基本理论的同时，必须努力学会CAE技术。
四、工程力学系列课程的教学方法和手段的创新与改进
（1）突出加强CAE技术方面的上机教学。结合计算机技术的迅速发展和推广，应该大力促进学生掌握CAE工程软件的应用，将工程力学系列课程的计算机分析引入教学，在各门工程力学系列课程中设置必要的上机学时，突出加强CAE技术方面的上机教学环节，更新工程力学的计算手段，提高学生学习工程力学系列课程的兴趣。
（2）实行“半自学”模式。发挥教师的主导作用和学生的主体作用。学校教育以教师为主导，教师的主导作用主要通过讲课来实现，引导学生提高分析问题和解决问题的能力。学生是学习的主体，在教与学这两个方面，学生是内因，自学是一种激发学生主动思维的方法。培养学生的自学能力，实行教师启发式精讲与学生自学相结合的“半自学”模式是比较适宜的。例如在有限元法中讲完平面问题有限元法后将空间问题有限元法交给学生自学。自学的模式为：自学前，给出自学指导；自学时，给予相应学时，集中自学，教师到堂答疑；自学后，以课堂提问的形式检查自学效果，并将结果计入平时成绩。实践证明，经过这种“半自学”模式训练的学生，自学能力会有显著的提高。
（3）采用“写分析报告和论文”的模式。采用写分析报告与写论文的方法，因势利导，多方位培养学生的创造性思维能力。给学有余力的学生布置一些与工程力学内容关联较大的实际工程问题，要求他们查阅相关资料，写出力学建模与分析报告；鼓励他们自己针对某一工程力学问题写论文，写出一些颇有新意的论文，培养独立思考工程力学问题的能力。特别是在毕业论文阶段更应该如此，努力加强学生自学与独立分析力学工程问题的能力。
（4）适当渗透学科发展的新动态。在讲课中顺理成章地寻找合适的机会渗透学科发展的前沿知识，以加强培养技能为中心、积极扩展知识为补充的方式进行教学。这样可以打开学生的课堂思维模式，扩展学生的知识面，增强学生的求知欲望。
（5）坚持走“产学研相结合”的道路。教师通过参加科研活动，不仅提高了工程实践应用和开发能力，而且为培养“双师型”素质提供了积极有利的条件。教师在参加科研活动中，一方面使科研与实际工作相结合，另一方面教师把在参加科研活动中总结的实践经验，掌握的高新技术知识带到课堂中去，既丰富了教学内容，又拓宽了学生的知识面，同时在这良好的产学研氛围中，学生也得到了良好的工程实践和应用能力的培养，产学研相结合的办学道路产生了良好的经济效益、社会效益和教学效益。
（6）多媒体课件与精品课程网页的应用。开发了工程力学系列课程CAI多媒体课件，课堂上采用多媒体，加强了如何从工程实际问题进行力学建模的教学，加大了课堂教学信息量，另外动画的效果和作用是其它教学手段无法实现的，工程力学系列课程中利用动画模拟演示变形过程，形象直观，可以加强教学效果，加深学生对知识的理解。同时还在校园网上建设了工程力学系列课程的精品课程主页，提供了促进学生主动学习的扩充性教学资料，提高了教学效果。长期以来，工程力学系列课程的教学都是采用传统的教学方法，而现在多媒体技术的应用给力学教学改革带来一片生机。利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画等进行综合处理，编制计算机辅助教学课件，能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教师教学的顺利实施提供良好的保障。
五、工程力学系列课程的考试方法的探索
针对培养应用型人才的目标，工程力学系列课程的考试方法应该进行改革与探索。
工程力学系列课程可以采取闭卷、开卷和半开卷半闭卷等多种考试形式。其中半开卷半闭卷的考试形式介于闭卷考试和开卷考试之间，是一种形式较为新颖的考试方式。半开卷是指将课本中某些复杂公式、参数、图形表等打印出来，连同考卷一起发给学生，供学生参考；半闭卷是严禁学生将课本、复习资料等带进考场。这样才能保证考试的公平性和严肃性，也可以大大减少学生在考试中的舞弊行为。这种半开卷半闭卷的考试方式，一方面可以大大减轻学生的学习负担和考试压力，另一方面可以适当拓宽教师出题的深度和广度。
工程力学系列课程还可以采取闭卷考试与课外写力学建模与分析报告等大作业相结合的形式。闭卷考试可以主要考察学生对基本概念与基本理论知识的掌握程度，而力学建模与分析报告等大作业可以主要考察学生解决实际力学工程问题的综合性应用能力。
总之，针对应用型人才的特点，应该鼓励采取半开卷半闭卷考试或者采取闭卷考试与课外写力学建模与分析报告等大作业相结合的形式。
五、结语
教育观念和教育思想的转变是工程力学系列课程教学改革成功的关键。强调教学中心地位，深化教育改革，实施素质教育，培养应用型人才，提高教育质量。充分认识到只有转变教育思想和教育观念，改革人才培养模式，改革教育方法和手段，才能培养适应现代化发展的、具有创新意识的、高素质的工程技术应用型人才。
随着时代的发展，工程力学系列课程的内容在不但更新，工程力学的应用也在不断深入，因此工程力学系列课程的教学改革将是一项长期而艰巨的任务。对于应用型工科院校，应该不断总结经验教训，不断尝试先进的教学方法和手段，努力加强工程力学基本理论和CAE技术的教学质量，重点突出CAE技术方面的上机教学环节，为提高人才培养质量特别是面向应用型人才的培养质量做出积极的贡献。
The Teaching Reform on
Series Curriculums of Engineering Mechanics for Applied Talents
Huang Zhongwen
Mechanical and Electronical Engineering College，Wuhan Engineering University，Wuhan 430073，China
Abstract: The series curriculums of engineering mechanics are a kind of course system with engineering application. The applied engineering universities for undergraduates should reform the course system, teaching contents and methods and reinforce the computer teaching on CAE to handle the relationship between basic theoretical teaching and the promotion of practical ability to settle the problems of engineering mechanics based on the characteristics of the applied talents. The curriculum should be well finished to be aimed at cultivating synthesized and applied talents.
Key Words: Applied Talents；Series Curriculums of Engineering Mechanics；Teaching Reform；CAE
[参考文献]
[1]韦成龙,李学罡.材料力学教学内容改革的研究与实践[J],力学与实践，2002年03期.
[2]乔继彤.理论力学的教学实践[J],力学与实践,2003年05期.
[3]李俊峰.理论力学课程体系改革探索与实践[J],中国大学教学,2008年第4期.
[4]杨德广.《高等教育学》[M],北京：高等教育出版社,2009.
[5]陈琦,刘儒德.《当代教育心理学》[M],北京：北京师范大学出版社,2007.
（作者单位：武汉工程大学机电工程学院）
[关键词]应用型人才工程力学系列课程教学改革CAE技术
一、前言
二十一世纪，科技和经济在迅猛发展，社会对人才的需求正在发生着深刻的变化，既需要理论水平高的研究型人才，也需要大量的综合性应用型人才。面向未来，以培养综合性应用型人才和素质教育为目的，应用型工科本科院校应该以教学内容和教学方法为重点，整体优化工程力学系列课程的教学工作，促进学生知识、能力、素质的协调发展，达到适应经济建设、科技进步和社会发展的需要。
不断深化教育教学改革，努力探索人才培养的新模式。对工程力学系列课程的体系和教学内容进行重组整合，使理论与实践相互渗透融合，强化学生工程实践应用能力的培养。针对应用型工科本科院校工程力学系列课程的教学现状，从课程体系的安排、教学内容与教学次序的优化调整、教学方法和手段的改进、上机教学的改革以及考试方法等方面，进行了工程力学系列课程的教学改革与探索，对提高学生解决力学工程实际问题的能力具有极大的促进作用。
二、工程力学系列课程的教学次序的优化
工程力学系列课程的教学次序可以进行优化调整，第一层次首先开设理论力学课程，第二层次可以开设分析力学，材料力学，结构力学，流体力学，工程热力学等基础力学课程；第三层次开设弹性力学，板壳理论，实验力学，振动力学，土力学等专业力学课程；第四层次开设有限元法与CAE工程软件应用等计算机力学分析课程；第五层次开设非线性力学，断裂力学，复合材料力学，空气动力学，粉体力学等选修性课程。机械类、土木结构类、力学类的各专业可以根据自己的专业特色进行合理的取舍。
为了提高学生对学习工程力学系列课程的兴趣与积极性，可以将CAE工程软件应用中的简单结构的力学分析方法对应地贯穿到各门工程力学课程中去，例如在理论力学课程中安排上机对桁架结构进行计算机力学分析，在材料力学课程中安排上机对轴向拉压、纯弯曲、纯扭转等进行计算机力学分析，在结构力学课程中安排上机对刚架结构进行计算机力学分析等。如下图所示，为计算机求解的某一个杆系结构在某荷载作用下的弯矩图。
这样安排，一方面可以加深学生对基本理论知识的理解，另一方面可以让学生知道复杂繁琐的力学工程问题原来是可以利用计算机去完成的，那么学生对学习工程力学系列课程就会产生浓厚的兴趣。
三、工程力学系列课程的教学内容的改革
工程力学系列课程是一类工程应用背景较强的课程体系，在教学中根据应用型人才的特点需要对某些教学内容例如基本概念、计算步骤和理论公式的教学内容进行改革。工程力学的传统教学中对概念性内容的教学和训练不够，这显然不切合实际，因为概念性内容的教学和训练，是计算工具和软件难以替代的，对于设计人员来说，软件的编制和使用需以明确的概念为前提；对于工程技术人员来说，日常遇到的技术问题更是概念性和经验性的居多。因此，在工程力学系列课程的教学中应该适当削减计算性内容，增加概念性和实践性内容。例如，习题课中增加概念性较强的题目；在课堂教学中增设模型演示教学环节，以多种形式对概念性内容进行训练；现场教学参观实习工厂、建筑工地和汽车队等，将知识由抽象转为直观，增强知识迁移能力，教学要与实践结合，强化学生对概念性内容的理解。现在的学生工程知识较为贫乏，若不进行这方面的补充训练，很容易将工程力学这一工程应用背景较强的系列课程的学习偏向纯理论性的计算，忽视实践，导致学习兴趣和主动性不强。受当前经济环境的影响，学生对工程力学系列课程的基础理论，尤其是理论公式推导的学习不感兴趣，笔者认为这比较正常。理论教学应根据培养应用型人才的需要，结合工程实际和日常生活中的实例进行。在授课中形象化地重点讲清物理概念、理论结论和计算公式的含义与适用条件，只需要简要说明推导过程。例如，在理论力学中讲解加速度合成定理时着重讲解应用方法与例题分析而不去详细讲解推导过程；在有限元法中着重讲解有限元法的应用情况、基本步骤与各种常用单元的特点，理解单元分析方法与整体集成分析的规则而不要求去研究详细的推导过程。总之，应该精简公式推导与计算的内容，删除与实际工作没有关联的章节，突出培养应用型人才的技能和实用性，提高学生学习工程力学系列课程的兴趣和主动性。
根据培养应用型人才的特点，在工程力学系列课程的教学中，应该重点突出CAE技术方面的教学，指导学生努力学会CAE技术，将工程力学中复杂繁琐的计算性内容交由计算机去完成。基于工程力学基本理论和有限元法的CAE技术是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学、计算力学和计算工程科学领域最有效的现代计算方法，CAE技术可以进一步的解决各种复杂的工程力学问题。目前CAE技术的应用已经从固体力学领域发展到流体力学、热力学、电磁学、声学、光学、生物学等诸多领域的耦合场问题。CAE技术已经成为工程设计与分析中的现代方法，需要越来越多的工程技术人员掌握这种现代技术。所以，学生在学习工程力学系列课程的基本理论的同时，必须努力学会CAE技术。
四、工程力学系列课程的教学方法和手段的创新与改进
（1）突出加强CAE技术方面的上机教学。结合计算机技术的迅速发展和推广，应该大力促进学生掌握CAE工程软件的应用，将工程力学系列课程的计算机分析引入教学，在各门工程力学系列课程中设置必要的上机学时，突出加强CAE技术方面的上机教学环节，更新工程力学的计算手段，提高学生学习工程力学系列课程的兴趣。
（2）实行“半自学”模式。发挥教师的主导作用和学生的主体作用。学校教育以教师为主导，教师的主导作用主要通过讲课来实现，引导学生提高分析问题和解决问题的能力。学生是学习的主体，在教与学这两个方面，学生是内因，自学是一种激发学生主动思维的方法。培养学生的自学能力，实行教师启发式精讲与学生自学相结合的“半自学”模式是比较适宜的。例如在有限元法中讲完平面问题有限元法后将空间问题有限元法交给学生自学。自学的模式为：自学前，给出自学指导；自学时，给予相应学时，集中自学，教师到堂答疑；自学后，以课堂提问的形式检查自学效果，并将结果计入平时成绩。实践证明，经过这种“半自学”模式训练的学生，自学能力会有显著的提高。
（3）采用“写分析报告和论文”的模式。采用写分析报告与写论文的方法，因势利导，多方位培养学生的创造性思维能力。给学有余力的学生布置一些与工程力学内容关联较大的实际工程问题，要求他们查阅相关资料，写出力学建模与分析报告；鼓励他们自己针对某一工程力学问题写论文，写出一些颇有新意的论文，培养独立思考工程力学问题的能力。特别是在毕业论文阶段更应该如此，努力加强学生自学与独立分析力学工程问题的能力。
（4）适当渗透学科发展的新动态。在讲课中顺理成章地寻找合适的机会渗透学科发展的前沿知识，以加强培养技能为中心、积极扩展知识为补充的方式进行教学。这样可以打开学生的课堂思维模式，扩展学生的知识面，增强学生的求知欲望。
（5）坚持走“产学研相结合”的道路。教师通过参加科研活动，不仅提高了工程实践应用和开发能力，而且为培养“双师型”素质提供了积极有利的条件。教师在参加科研活动中，一方面使科研与实际工作相结合，另一方面教师把在参加科研活动中总结的实践经验，掌握的高新技术知识带到课堂中去，既丰富了教学内容，又拓宽了学生的知识面，同时在这良好的产学研氛围中，学生也得到了良好的工程实践和应用能力的培养，产学研相结合的办学道路产生了良好的经济效益、社会效益和教学效益。
（6）多媒体课件与精品课程网页的应用。开发了工程力学系列课程CAI多媒体课件，课堂上采用多媒体，加强了如何从工程实际问题进行力学建模的教学，加大了课堂教学信息量，另外动画的效果和作用是其它教学手段无法实现的，工程力学系列课程中利用动画模拟演示变形过程，形象直观，可以加强教学效果，加深学生对知识的理解。同时还在校园网上建设了工程力学系列课程的精品课程主页，提供了促进学生主动学习的扩充性教学资料，提高了教学效果。长期以来，工程力学系列课程的教学都是采用传统的教学方法，而现在多媒体技术的应用给力学教学改革带来一片生机。利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画等进行综合处理，编制计算机辅助教学课件，能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教师教学的顺利实施提供良好的保障。
五、工程力学系列课程的考试方法的探索
针对培养应用型人才的目标，工程力学系列课程的考试方法应该进行改革与探索。
工程力学系列课程可以采取闭卷、开卷和半开卷半闭卷等多种考试形式。其中半开卷半闭卷的考试形式介于闭卷考试和开卷考试之间，是一种形式较为新颖的考试方式。半开卷是指将课本中某些复杂公式、参数、图形表等打印出来，连同考卷一起发给学生，供学生参考；半闭卷是严禁学生将课本、复习资料等带进考场。这样才能保证考试的公平性和严肃性，也可以大大减少学生在考试中的舞弊行为。这种半开卷半闭卷的考试方式，一方面可以大大减轻学生的学习负担和考试压力，另一方面可以适当拓宽教师出题的深度和广度。
工程力学系列课程还可以采取闭卷考试与课外写力学建模与分析报告等大作业相结合的形式。闭卷考试可以主要考察学生对基本概念与基本理论知识的掌握程度，而力学建模与分析报告等大作业可以主要考察学生解决实际力学工程问题的综合性应用能力。
总之，针对应用型人才的特点，应该鼓励采取半开卷半闭卷考试或者采取闭卷考试与课外写力学建模与分析报告等大作业相结合的形式。
五、结语
教育观念和教育思想的转变是工程力学系列课程教学改革成功的关键。强调教学中心地位，深化教育改革，实施素质教育，培养应用型人才，提高教育质量。充分认识到只有转变教育思想和教育观念，改革人才培养模式，改革教育方法和手段，才能培养适应现代化发展的、具有创新意识的、高素质的工程技术应用型人才。
随着时代的发展，工程力学系列课程的内容在不但更新，工程力学的应用也在不断深入，因此工程力学系列课程的教学改革将是一项长期而艰巨的任务。对于应用型工科院校，应该不断总结经验教训，不断尝试先进的教学方法和手段，努力加强工程力学基本理论和CAE技术的教学质量，重点突出CAE技术方面的上机教学环节，为提高人才培养质量特别是面向应用型人才的培养质量做出积极的贡献。
The Teaching Reform on
Series Curriculums of Engineering Mechanics for Applied Talents
Huang Zhongwen
Mechanical and Electronical Engineering College，Wuhan Engineering University，Wuhan 430073，China
Abstract: The series curriculums of engineering mechanics are a kind of course system with engineering application. The applied engineering universities for undergraduates should reform the course system, teaching contents and methods and reinforce the computer teaching on CAE to handle the relationship between basic theoretical teaching and the promotion of practical ability to settle the problems of engineering mechanics based on the characteristics of the applied talents. The curriculum should be well finished to be aimed at cultivating synthesized and applied talents.
Key Words: Applied Talents；Series Curriculums of Engineering Mechanics；Teaching Reform；CAE
[参考文献]
[1]韦成龙,李学罡.材料力学教学内容改革的研究与实践[J],力学与实践，2002年03期.
[2]乔继彤.理论力学的教学实践[J],力学与实践,2003年05期.
[3]李俊峰.理论力学课程体系改革探索与实践[J],中国大学教学,2008年第4期.
[4]杨德广.《高等教育学》[M],北京：高等教育出版社,2009.
[5]陈琦,刘儒德.《当代教育心理学》[M],北京：北京师范大学出版社,2007.
（作者单位：武汉工程大学机电工程学院）