张旭 方艳 邢静忠
摘 要：在“新工科”建設背景下，基于工程力学课程既有完整的理论体系，以及计算机代数系统强大的代数、数值计算、图形显示功能，从人才培养的新模式出发，结合具有数学环境的软件仿真平台，积极开展满足不同学习对象需求的工程力学知识点课后在线辅助训练。研究表明：通过课程教学模式改革可以促进学生的自主、独立学习以及探索、创新能力提高，培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。
关键词：工程力学 新工科 人才培养 课后辅助训练
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0210-02
《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》中将“新工科”归纳为“五个新”，即工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系。“新工科”以应对变化、塑造未来为建设理念，进行现有人才培养模式的改革创新，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，是“卓越工程师计划”的升级版。未来的工科人才，即应在某一学科专业上学业精深，又应具有“学科交叉融合”的特征，不仅能运用所掌握的知识解决现有问题，还有能力学习新知识、新技术去解决未来发展出现的问题。
工程力学是非机械类工科专业学生感到困难的一门在各类工程结构计算和设计中有着广泛应用的专业技术基础课。教学目标为：（1）能够将简单工程结构抽象成力学模型，进行静力分析和计算;（2）对构件的强度、刚度和稳定性有明确的基本概念和必要的理论基础;（3）通过实验课教学，培养学生具有一定创新性、综合性的实验能力;（4）初步具备解决工程实际问题的能力，为后续课程打好必要的理论基础;（5）培养学生逻辑思维能力、抽象思维能力、创新能力以及严谨的科学态度。本文通过对“新工科”教育理念的分析，确定“新工科”人才培养的具体目标和方向，并结合天津工业大学人才培养定位，利用计算机代数系统（CASes）实现工程力学课程在线自主学习及辅助训练的人才培养模式。
1 “新工科”建设下人才培养方向
传统工科办学社会适应力低，且人才的适应性具有一定局限性。为响应“中国制造2025”、“互联网+”和“网络强国”等国家重大战略需求，服务新经济和新产业，工程教育和人才培养模式均需要进行全方位的变革[1，2]。“新工科”建设下人才培养拟在以下几个方面进行：
1.1 培养以工程能力为核心的创新人才
“新工科”建设形势下，人才培养应以工程能力为核心，即培养学生“大工程”观，通过项目为载体来组织课程、建立课程之间的联系。具有工程意识和能力的教师是新型工程师培养的直接实施者，即其既要有较高的专业素养、宽广的知识结构和较强的科研能力，又要有广泛的社会工作联系、丰富的工程经验和较强的实践能力。但国内高校教师大多是博士毕业后直接到学校任教，理论水平高而实践水平低。他们可通过定期参与大型工程项目提高工程意识和能力，或与聘请的具有丰富工程实践经验的工程师共同指导学生。
1.2 教学采用理论与实践结合
“新工科”教育理念下的人才培养，需要进行教学内容、方式以及手段的全面改革。将传统注入式改为以问题导向的启发研讨式教学，着重培养学生将知识运用于实践生产的能力。教学模式以教师为中心的教型转向以学生为中心的学型，将课内与课外相结合、课堂与工程相结合、理论与实践相结合，提高学生的创新创业能力。教师的科研成果和工程实践经验可融入理论教学，使教学内容具有前沿性、新颖性和实践性，并利用工程案例模拟或虚拟仿真实验，让学生掌握一定的专业技能、理论知识和工程实践经验。
13 学科的交叉与综合
“新工科”在新经济发展形势下学科交叉与综合的特点更加突显。学生需要在更广泛的专业交叉和融合中学习，既要学习工程知识，也要理解哲学和政治，从而具备整合、领导、实践等综合能力以及全球视野。教师需要改变原有的教学观念和思维，将工科课程与理科的知识和思维方式结合、文科课程与理科研究方法结合，开设跨专业的必修、选修课，在课程讲解中融合不同学科的知识点。
2 “新工科”建设下工程力学课程在人才培养模式方面的改革措施
当今科技发展日新月异，新知识、新技术层出不穷。授人以鱼不如授人以渔，孔子带弟子的“因材施教”模式将提高学生的学习能力，让学生在有限的教育年限内掌握尽可能多的现代知识[3]。“新工科”建设要求高等教育要更新本科人才培养理念，回归人才培养“以学生为中心”的初心，这与“因材施教”相一致。“以学生为中心”要求在课程教学过程中将全员化发展与个性化发展相结合，既要关注到每一个学生的发展，又要关注到学生的差异化发展[4]。因此，在目前大班授课的教学环境下，采取适合于每一个学生个性的在线自主学习及辅助训练模式，是弥补大班课授课不足的有效措施，同时也是培养学生的自主学习习惯和能力的重要手段。
工程力学课程包括理论力学的静力学和材料力学的大部分内容。静力学介绍构件在平衡状态下必须满足的平衡条件，并借助平衡方程求解平衡状态下物体系的支座反力，或系统内构件之间的相互作用力，为材料力学中的结构分析和内力计算奠定基础。材料力学介绍构件的强度、刚度和稳定性等基本概念和必要的理论基础，学习简单构件的强度校核、变形计算和刚度设计等。
通过对工程力学教学内容的分析，确定利用计算机完成主要知识点训练素材动态生成和求解的具体思路，借助计算机软件在个性化设定、学习内容更新和训练内容更符合学生个性特点等方面的优势，使学生成为学习内容设计者和主动参与者[5]。先采集学生的个性特点和培养目标，再利用CASes编制相应程序实现学生自主学习内容及其辅助训练素材的在线动态生成。学生根据自己的学习状况和目标，选择合适难度系数和类型的题目，由在线辅助训练系统生成习题和引导学生逐步求解并给出习题答案，达到重点知识训练具有针对性的目的，实现因材施教和个性培养的新教学模式。
3 结论
通过分析“新工科”建设对人才培养的新要求和新目标，提出“新工科”背景下的工程力学课程教学模式改革新思路。学生利用CASes编制的课程主要知识点辅助训练素材动态生成程序，实现个性化的自主学习，达到高校教学注重学习方法与能力培养、跨界交叉融合、“新工科”人才培养顺利实施的目的。本文提出的教学改革方法对于类似课程的教学也具有一定的适用性和借鉴意义。
参考文献
[1] 吴春英，谷风，白鹭，等.新工科创新人才培养的几点建议.吉林化工学院学报，2018，35（2）：13-15.
[2] 唐强，潘玲玲.新工科复合型创新人才培养的思考与建议.教育观察，2017，6（23）：55-56.
[3] 张旭，邢静忠.基于代数系统的力学辅助教学与个性化培养.力学与实践，2012，34（2）： 80-82.
[4] 叶红玲，杨庆生，刘赵淼.新工科背景下《理论力学》课程教学的几点思考.北京力学会第24届学术年会，2018.
[5] 邢静忠.计算机代数系统Maple在力学教学中的应用探讨.力学与实践，2010，32（4）：96-101.
