工程类专业力学教育与工程师培养

摘要：作为高等工程教育的重要组成部分，力学教育在工程类各专业教育中占有举足轻重的地位。本文首先分析了力学教育在工程师培养中的作用；其次，讨论了工程类专业力学教育改革的必要性；最后，从明确力学教育目的、整合力学教育资源、转变教学方式、实现教学手段现代化、改革考评方式、适应工程教育新形势、更新教学内容、体现工程研究新成果、转变实验教学理念、构建实验课程新体系、加强力学学习方法教育、提高适应能力、强化力学知识在毕业设计中的应用等方面阐述了如何培养学生的创新精神，提高学生的工程素质与工程实践能力。

关键词：力学教育；教学改革；工程素质；工程师培养；工程实践

作者简介：曲艳东（1978-），男，蒙古族，河北承德人，辽宁工业大学土木建筑工程学院，讲师；郭鹏飞（1957-），男，辽宁营口人，辽宁工业大学土木建筑工程学院，教授。（辽宁 锦州 121001）

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）08-0036-02

力学是以理论、实验和数值模拟为主要手段研究各类工程中普遍存在的力学现象的学科。著名科学家钱学森曾指出：[1]21世纪，“力学+计算机”将成为工程设计的主要手段，力学将在空间技术、环境、材料、生命科学等领域发挥更加重要的作用。培养学生的创新意识和实践能力已经成为当前教育界和社会的共同关注的焦点问题。作为高等工程教育的重要组成部分，力学教育不仅有助于提高学生的学习能力和分析能力，而且对培养学生的工程理念，使他们养成良好的工程素养，毕业后更好地解决工程中的实际问题具有重要意义。

一、力学教育在工程师培养中的作用

工程师在基层主要从事工程设计和应用工作，因此他们要接触大量的工程实际问题，而要解决这些工程问题则需要工程师具有较强的思维能力和实践能力。他们的思维能力受益于良好的力学思维方式；而他们的实践能力则依赖于扎实雄厚的力学基础。[2]从力学角度来看，力学研究的目的就是解决实际工程中的力学问题，更好地为工程实践服务。因此，工程师应该具备运用力学基本理论发现、分析并解决工程实际中的力学问题的能力；具备联系实际，结合工程实际开拓创新的精神和能力。除了依赖于大量的工程实践经验以外，上述能力的获取还取决于扎实的力学基础。

作为高等工程教育的重要组成部分，力学教育不仅能为学生的专业课程学习奠定基础，还能够培养学生获取知识、分析问题和解决问题的能力。此外，力学教育还能使学生逐步形成工程理念、工程素养和动手操作能力，养成理论联系实际的思维习惯，为他们毕业后从事的工程实践活动奠定坚实的基础。

二、工程类专业的力学教育改革的必要性

1.过度注重自身特点，教学内容陈旧固化

传统的力学教育往往将力学科学化和技术化，过度注重力学学科本身体系的完整性、结构的严谨性、逻辑的严密性等。[3]这必然导致力学教育过多地注重对力学理论知识的传授，忽视了力学实践教学环节，使学生缺少对工程实际问题的真切体验，妨碍了对学生运用力学理论知识解决实际工程问题的能力的培养。同时，我国高等工程教育长期形成的“重理论，轻实践”的人才培养模式也使力学教育难以吸纳新的科技成果，偏离工程实际。陈旧的力学教学内容已经不能很好地服务于工程实践活动，严重影响了现代高等工程教育培养工程技术人才的质量。

2.力学教学方法枯燥，缺乏启发引导性

一直以来，力学课堂教学被“粉笔+黑板”所占领，学生被“填鸭式”地灌输课本的力学理论知识，而传统的力学教材多采用简化了的力学理想模型，加上理论公式的演绎与推导，忽视了对学生的工程素质的培养。传统的力学教育缺乏启发式、研究式的学习氛围，使得力学基本理论与工程类的专业课程联系与配合得较差，和实际工程活动严重脱节。

3.考评方式单一，影响创新能力培养

传统的力学教育主要采用课程结束后的考试作为考评方式。这种考核方式不利于教师较为准确地把握学生掌握知识的实际水平。[4]同时，教师由于过度重视考试内容和考试结果，强调培养学生求解力学问题的具体过程，而忽视培养学生解决工程中的力学问题的能力。学生为了应付考试，不得不把主要精力都放在死记硬背力学教材和笔记内容上。虽然这种考评方式能够督促学生温习所学知识，但是不利于学生对力学基本理论知识的全面掌握，不能发挥学生的想象力和创造力，不利于对学生创新能力的培养。

4.力学实验条件参差不齐，学生重视不足

受高校扩招的影响，由于底子薄、基础差、经费紧张，力学实验室建设的规模已经严重滞后于迅速膨胀的学生规模，工科院校的力学实验内容被大幅度删减，实验条件也参差不齐。[5]现行的实验课立足于辅助理论课程教学，实验内容以验证力学理论为主，较少涉及实际工程中的问题。实验项目和实验内容比较陈旧，缺乏综合性和设计性的力学实验课程。[5]同时，学生普遍对力学实验兴趣不高，重视程度不够。学生上力学实验课以“看”为主，鲜有机会亲自动手“做”实验。因而失去了力学实验在培养学生动手能力、创造能力、分析和解决实际问题能力方面的优势。[6]

5.力学教学和专业发展间缺乏工程互动

长期以来，工程类专业的力学课程多由力学专业的教师讲授。传统的力学课程的教学定位是基础课教学，这在某种程度上使得力学学科脱离了工程类专业的发展实际。这必然导致力学教师在教学过程中只强调力学作为基础学科的理论性，而忽视了力学知识在工程实际中的应用；同时，学生在学习过程中也只是注重力学的学习方法，而不能直接用力学方法去解决工程问题。力学教育和工程类各专业发展间缺乏工程互动，影响了工程类专业的学生主动运用所学的力学基本知识进行技术创新的积极性。

6.新生适应性差，大班教学不利于教学质量提高

工科高校的力学课程多被安排在第一、二学年，由于大学生刚入学不久，往往表现出对大学环境和学习生活的种种不适应。同时，工程类专业的力学教育多采用大班教学方式，虽然能满足正常的教学要求，但是师生比低、师资结构不合理、高学历教师比例失调等，也不同程度地影响着学生实践能力和力学教学质量的提高。

三、工程类专业力学教育改革的几点思考

1.明确力学教育目的，整合力学教育资源

作为高等工程教育的重要组成部分，力学教育不仅要为后续的课程学习做好铺垫，而且要针对不同工程类专业力学知识的需求，培养学生解决实际问题的能力。只有明确了力学教育的目的，才能使力学教育更好地为高等工程教育服务。同时，高校主管部门应该适时开展工程类专业的发展战略研究和召开相应的研讨会，完善工程类专业力学教育的教学规范和编制课程教学要求。整合力学教育资源，提高力学课程体系的教学质量，以适应工程技术人才的培养要求。

2.转变教学方式,实现教学手段现代化

教师必须摒弃传统的“填鸭式”力学教学方法，采用“提问+对话”和“问题+讨论”等启发式的研究型教学方法进行力学教育，以确保师生能够互动。同时，教师应该时刻以提高教学质量为宗旨，牢固树立现代教育技术为力学课程教学服务的理念，研发高质量的多媒体教学系统和教学课件，以便加深学生对力学课程内容的理解和记忆。通过合理引导和启发，调动学生学习的热情和积极性。例如，在力学课程中引入计算机辅助分析的教学与实践内容；通过自己编程或运用大型商业软件把数值仿真技术引入到力学课程教学中，以此求解工程中的力学问题。[7，8]总之，力学教师应该用通俗、形象的授课方式讲授工程类专业的力学课程内容，实现教学手段的现代化。

3.改革考评方式，适应工程教育新形势

改革传统的一次性结课考试的做法，采用灵活、多样的考评方式。在考试内容上，加强对学生理解知识、应用知识，特别是综合性、创造性地应用知识能力的考核，减少以再现教材知识为主的考试内容。[9]把理论分析与数值计算、实验研究以及工程实践纳入到对学生的考评之中。考核方法应该有利于评判学生的创造力和实际操作能力，而不是只考查学生的记忆力。通过加强对学生平时学习的考核与督促，并增加平时成绩在总成绩中所占的比重，引导学生掌握良好的力学学习方法，促进学生良好工程素质的养成。

4.更新教学内容，体现工程研究新成果

教师应该结合力学教学工作去研究教材与教法、学科建设和前沿性学术问题，不断提高自身素质。教师还应该积极参与工程实践研究，努力提高科研能力和学术水平，将获得的科研教学成果及时系统地归纳、总结、升华并补充到力学教学内容之中去。此外，学校应该尽可能多地安排一些结合工程实践的“科技报告”，让学生更多地了解本专业领域内的力学科研成果及其在工程领域的应用进展情况。

5.转变实验教学理念，构建实验课程新体系

教师应该转变实验教学理念，改变以往验证性的实验教学模式，增加验证性实验、设计性实验和综合性实验等不同层次的实验内容。借助实验，培养学生的科学意识，使学生学会从身边的现象和学过的力学知识着手去发现问题、寻找规律。引导学生综合运用所学的力学知识进行自行设计、创新实验，鼓励学生大胆尝试、积极实践。在教学手段上，改变以往过度注重试验机的使用的方式，采用电化教学、CAI代替的演示性和验证性实验，构建以工程应用为主的全新的力学实验体系。[10]同时，学校各级领导应该转变观念，树立科学发展观，大力支持力学实验室的建设。

6.加强力学学习方法教育，提高适应能力

为了消除大学新生对力学课程学习的不适应，力学教师在讲授每门力学课程的时候，都必须预先向学生介绍该课程的主要学习方法，让学生对该课程形成初步的了解。在随后的学习过程中，教师还应该经常对学生进行力学方法的指导，提高新生的适应能力，使他们尽早适应力学的学习方式。此外，学校应尽早对大学新生进行预防性教育，提高他们的心理承受能力，使他们能以积极、平和的心态面对学习和生活中的困难和挫折。[11]

7.强化力学基本理论在毕业设计中的应用

毕业设计是培养学生运用所学习的基本知识、基础理论和基本技能从事初步的科学研究和设计工作的重要环节。工程类专业的毕业设计的选题必须时刻以服务工程实践为宗旨，应该使学生的毕业设计和工程实际相挂钩、与学生的个人兴趣和就业方向相挂钩，使大学生的工程素质与工程实践能力得到充分的培养。毕业设计还可以培养学生应用大型商业软件开展与力学相关的分析问题的能力，使他们及时了解实际工程设计的一般流程，熟悉本专业领域的常用规范和规程，掌握常用的工程中的力学问题的分析方法和解决方法。此外，推行本科生导师制度，[12]鼓励学生参与教师的科研活动、企业的研发活动和产业化过程，使学生在参加科技活动过程中将所学理论知识学以致用。

四、结束语

高等工程教育是工程技术人员培养的主渠道，对工程技术人员的知识、能力和素质等的形成具有重要作用，特别是对其创新精神和创新能力的培养起着决定性的作用。作为高等工程教育的重要组成部分，力学教育必须以服务于工程实践为原则，力学教育的基本理论、基本方法和基本技能必须从工程专业的实际需要出发，由工程专业的实际需要来确定。只有这样，才能全面提高人才培养质量，更好地服务于工程实践。

参考文献：

[1]崔玉红,亢一澜,罗纪生.科学素质和人文素质教育的发展及对力学专业课的影响[J].天津大学学报(社会科学版),2002,(4).

[2]萧敬勋,李熙山.论力学与工程师培养[A].力学与工程师培养,1995.

[3]文亚星,何小兵,杨庆国.基于“大工程”理念的工程力学教学改革探索[J].高等建筑教育,2009,18(4).

[4]张力,郑冬黎,尹长城.浅谈工程力学例题讲解及考试改革[A].力学课程报告论坛2009,2010.

[5]胡超,程建钢,韩锡斌.“材料力学”多媒体仿真教学实验系统[J].力学与实践,2002,24(6).

[6]徐向东,南卫娟.工程师素质培养中力学作用[A].力学教学与教学改革交流会学术论文集, 2006.

[7]胡海岩.对力学教育的若干思考[J].力学与实践,2009,31(1).

[8]张娟霞,郭献章,周秀艳,等.数值试验在提高材料力学课程教学效果中的作用[J].高等建筑教育,2009,18(6).

[9]张立柱.改革建筑力学课程适应“2+1”教学模式[J].辽宁高职学报,2008,10(5).

[10]莫淑华.工程力学实验课程改革的研究与探索[J].黑龙江交通高等专科学校学报,2000,14(1).

[11]吕素珍,程斯辉.大学新生适应问题初探[J].湖北大学学报(哲学社会科学版),2004,31(2).

[12]靖国安.本科生导师制:高校教书育人的制度创新[J].高等教育研究,2005,26(5).

（责任编辑：沈清）

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