“工程力学”智慧教材建设浅探

［摘 要］ 新工科背景下，各学科之间相互融合，作为专业背景课程的“工程力学”，应全面贯彻新时代军事教育方针，以战抓教，课程建设应紧紧围绕这个主责主线，以教材作为课程建设的基础，根据军事院校的特点，对自编教材建设进行了一些有益的探讨。通过将课程思政、军事装备、多媒体动画、计算机仿真技术融入教材，对提升学员的政治素养、军事素养及创新精神进行了有益的探讨。教材作为课程内容的直接表达，是学员获取知识的主要源泉，优化教材体系，将课程思政建设与教材建设融为一体，为提升课程教学质量奠定一定的基础，对专业背景课程类课程教材建设提供了一定的参考。

［关键词］ 工程力学；教材建设；新工科；思政元素

［基金项目］ 2020年度海军航空大学教学成果立项培育项目“德与技同行、军与工相融——面向航空机务类专业‘工程力学’教材建设与实践”（海航参教〔2020〕787号）

［作者简介］ 屈彩虹（1976—），女，江苏徐州人，硕士，海军航空大学航空基础学院副教授，主要从事机械设计及理论和有限元分析研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）33-0107-04 ［收稿日期］ 2024-03-15

“工程力学”课程作为海军航空大学多个专业的专业背景课程，是基础课与专业课的“桥梁”，在学员学习过程中起着举足轻重的作用。“工程力学”课程不但理论性较强，且与工程结合也比较紧密。随着社会的进步，教育的目标不再仅关注知识的传授，而是在关注知识传授的同时还要注重对学员综合素质的培养，教育要做到德技同行，厚德精技。面对课程内容较多，而学时越来越少的矛盾，任课教员对于课程的教学方法模式等进行了多方面研究与探讨。教材是学员发展的文化中介，为学校育人提供了有效的知识载体，能够有效提升教学效果和学习效率［1］。教材作为学员学习的第一手资料，在学员学习过程中起着非常重要的作用。通过多年的教学经验，经过几年的探索，根据新的人才培养方案需求及海军航空兵和岸防兵的教学需求，任课教员自编了“工程力学”课程教材。对于工程力学教材的建设，笔者有如下思考。

一、将课程思政融入教材

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面［2］。作为军事高等院校，更应该注重对学员价值观的培养。而教材作为学员学习的第一手资料，是高校落实立德树人根本任务的重要载体，是实现课程思政与习近平新时代中国特色社会主义思想进教材、进课堂、进头脑一体化设计的重要载体，也是课程与教材内容一体化设计、融合、创新的重要载体。为落实立德树人根本任务，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，不可割裂。在设计教材时，在每章的开始部分设置了历史引读，包含与本章知识点相关的我国或世界做出相关贡献的科学家，或者是发明的相关成果，以故事的形式开启新知识的学习，学员学习起来比较容易接受，也更容易感兴趣，通过故事的形式，使思政如盐入水，在不知不觉间增强了学员的爱国主义情怀，提升民族自豪感和民族自信心。历史引读中也包含理论知识的来源过程，各位科学家的贡献等内容能够使阅读者了解历史发展历程，在提升专业知识的同时使学员的人文情怀和思想修养得到升华。2019年，习近平主席视察陆军步兵学院时指出，学校是立德树人的地方，必须坚持坚定正确政治方向［3］。爱国主义是中华民族的民族心、民族魂。培养社会主义建设者和接班人首先要培养学员的爱国主义情怀。课堂是教育的“主战场”，教材作为学员学习的第一手资料，将思政元素融入教材是大势所趋，经过调研，加入历史引读部分是学员比较容易接受的。

二、将相关军事装备知识融入教材

在教材每章的结尾部分，设置了知识拓展部分，该部分内容以与军事装备相关的内容为主。该部分内容是将军事装备相关出现的问题或现象与本章知识点相结合，对出现该现象或问题进行简要的解释或说明，然后以此为契机介绍相关的部队装备情况。此方式可以提升学员的学习兴趣，而且能够使学员提前了解装备，为后续专业课程储备一定的知识，完成与专业课的无缝衔接。在点的复合运动章节中，知识拓展内容为直升机的挥舞（见图1）。该现象是由于直升机螺旋桨桨叶上的点的速度不同（速度合成可以根据本章学习的点的速度合成定理进行解决），由于直升机螺旋桨在转动的过程中，桨叶的旋转区域分为前行桨叶区和后行桨叶区，使得螺旋桨在旋转过程中升力不同，导致桨叶上下摆动，从而引起挥舞现象。而挥舞现象的出现导致桨叶形心相对于浆轴的坐标发生变化，使得形心相对浆轴有了相对速度，从而在浆轴转动的过程中，桨叶产生了科氏加速度，使得桨叶在旋转的过程中产生了相对于浆轴的前后摆动。通过介绍挥舞产生的原因，让学员更容易了解所学知识点能应用什么场合、能够解决什么问题，有利于提升学员学习兴趣，在学习知识的同时，培养其发现问题、分析问题和解决问题的能力，对于培养学员的创新实践能力有很大帮助。

在材料力学部分弯曲章节中，知识拓展部分为“解体的F-15”，通过对美军训练中出现的F-15飞机解体事件的分析，使学员明白飞机解体的原因是主梁强度不够，也通过事故让学员明白强度计算的重要性，并以此为契机，介绍我国目前舰载机的基本结构和创新结构部分，使学员对我国军事装备有初步了解。让学员体验和领会探究问题的整个思路和过程，遵循“问题牵引”，引领学员学习认知问题、解决问题的科学思路，让学员充分体验参与感、获得感以及成就感［4］。知识拓展内容只是抛砖引玉，学员如果想将该部分提出的问题彻底搞清楚，还需要课后自己通过网络等其他资源进行自主学习或探索，通过该环节亦可培养部分学员的探索精神。

三、将多媒体动画融入教材

“工程力学”课程是学员接触的第一门专业背景课程，课程的内容不但有严密的理论知识，还有与工程密切相关的工程实例。对于刚开始接触工程实例的学员来说，许多机械的运动难以想象出来，通过对学员进行调查，了解到学员对机构运动的学习困难度较高，这时借助信息化手段，通过多媒体动画将难以想象的机构运动展现出来，对于学员的学习有莫大的帮助。应用模拟仿真、视频等信息化技术动态揭示与工程力学相关的生活经验、工程事故形成等案例，通过感性、直观、形象地学习机械工程力学关键知识点、技能点与理论推导、抽象思维等传统学习方法有机结合［5］。所以教材中一些复杂的理论推导过程以及工程中的机构运动可借助信息平台以动画形式展现给学员，让抽象的理论形象化，对于降低学员的学习难度、提高学习兴趣，能够起到很大的辅助作用。“工程力学”课程理论性较强，很多学员反映课程难学、听不懂，有了动画模型模拟机构的运动，将大大降低学员在理解机构的运动，特别是运动学部分内容的学习难度。所以在教材编写过程中，教员团队制作了很多机构的运动动画演示，并将学员反映比较难以理解的概念，如牵连点的定义等也以动画的形式进行展现，选用了不同的运动机构，通过动画的形式展现牵连点，以及牵连运动；同时与其相关联的动点、相对运动和绝对运动一起通过动画的形式进行展现。例如，螺旋桨飞机的进动问题，利用模具也不易表达清楚，利用模型动画、模具辅助的形式进行展现，学员学习起来就会容易很多。学员普遍反映，这种形式能够提升解决问题的兴趣。这样，学员即使在课堂上没有完全理解，课后也可以通过阅读教材、通过动画演示，很好地理解该部分内容，多媒体动画入教材成了许多学员的福音，成了他们破解难点的有力助手。

四、将计算机仿真融入教材

在新工科理念下，各学科相互交叉、相互融合，“工程力学”课程作为与工程实际息息相关的专业背景课，将“工程力学”课程与计算机技术相结合，利用计算机仿真应用软件将课程中难以理解的理论图像化、可视化，让看不见摸不着的理论计算数值形象化，既能提升学员对课程的学习兴趣，又能提前让学员对计算机仿真技术有所了解和认识，为后续计算机应用软件的学习打下良好的基础。在静力学部分，学员对于一些构件的受力情况感觉难以理解，就可借助有限元分析软件对结构的受力进行分析，然后以动画的形式进行展现，让学员看到杆件的受力过程，这样形象化的表现方式让学员感觉更容易接受，并在教材中以二维码的形式跟随教材同步展示。

在材料力学部分中，理论计算得到的应力值和变形值，特别对于应力的分布情况，只是计算的一个个数据，对于初学者来说，没有图像来得形象化，这时如果给学员展现有限元分析的应力云图则会使学员产生更加直观的认识（如图2、图3）。应力集中现象学习时教师理论推导演绎、学员抽象思维理解都很吃力，学习效果不佳，但通过观看模拟仿真利用有限元软件计算尺寸、形状有突变处在应力作用下构件局部破坏演变结果，学员很快就能理解应力集中的利弊［5］。这是教学过程中的共识，也是教学过程中存在的普遍现象。在实验中也设置了虚拟仿真，学员可以通过仿真对实验进行观察，后期再通过实验实操验证应力分布情况，对于理论知识学习从多方面入手，对于培养学员的创新精神，跨学科、实践教育，以及科学精神、工程素养都具有重要意义。

五、充分了解学员意愿

教材的主要服务对象是学员，因此教材的编写要充分考虑学员的意愿。通过问卷调查的形式了解学员想要阅读的知识内容，在不影响教材整体体系的前提下，可以安排一些学员更想了解的内容。在教材编写过程中，我们对学员进行了充分调研，对不同批次的学员均进行了问卷调查，了解大部分学员想要读到的内容，然后根据学员意愿进行了部分内容的编写。调查问卷如图4所示。

课后习题的设置也充分考虑了学员的学习规律，教材中课后设置了思考题和练习题，思考题一般难度系数较小，练习题难度系数不一，以便学员根据自己情况进行有针对性练习，教员可根据学员上课表现情况有针对性地布置作业。

结语

教材建设是课程建设的基础，使学员德技同行，德才兼备，全面发展，使学员既有学习热情，还有爱国激情，真正成长为对国家有用的栋梁之材。在科学理论中渗透辩证思维，在传授技术应用中弘扬工匠精神，在教材建设同步随行，刻不容缓。教材建设随着时代发展和科技的进步，其内容与形式也在不断丰富，智慧教材的应用使枯燥的理论学习成为一种享受变成了可能，为培养思想过硬、军事合格的高素质军事人才提供更多可能。

参考文献

［1］陈浩.以新形态教材建设助力应用型高校创新创业人才培养［J］.科教导刊，2023（17）：1-3.

［2］习近平在全国高校思想政治工作会议上强调 把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面［N］.人民日报，2016-12-09（1）.

［3］习近平视察陆军步兵学院［EB/OL］.（2019-05-21）［2024-02-15］.https：//www.gov.cn/xinwen/2019-05/21/content_5393515.htm.

［4］屈彩虹，王朋朋，张智.信息化条件下工程力学课程教学模式探析［J］.高教学刊，2022，8（14）：98-101.

［5］陈在铁.“在线课程、新形态一体化教材、优秀教学团队”协同建设探索：以工程力学为例［J］.泰州职业技术学院学报，2019，19（5）：1-3.

Practical Exploration on the Construction of Intelligent Teaching Materials for Engineering Mechanics

QU Cai-hong

（School Of Basic For Aviation， Naval Aeronautical University， Yantai， Shandong 264001， China）

Abstract： Under the background of new engineering， all disciplines are integrated with each other， as a professional background course of Engineering Mechanics， we should carry out the military education policy in the new era. As the foundation of curriculum construction， the teaching material is discussed in the course of self-compiled teaching material construction according to the characteristics of military academies. This paper discussed how to improve the students’ political and military literacy and innovation spirit by integrating the political， military equipment， multimedia animation and computer simulation technology into the teaching materials. As the direct expression of the course content， the teaching material is the main source that the student obtains the knowledge. This paper optimizes the teaching material system， merges the curriculum ideology and politics construction and provides a certain reference for the construction of teaching materials with professional background and lays certain foundation for promoting the teaching quality.

Key words： Engineering Mechanics; teaching material construction; new engineering; ideological and political elements