新工科背景下高校工程力学课程模块化教学策略
作者： 丁园
［摘要］在新工科背景下，高校工程力学课程面临着教学方法改革的需求。深入探讨模块化教学策略在工程力学课程中的应用及其实施效果。通过定量分析和反思，发现模块化教学显著提升了学生的学习成效和教师的教学水平，同时揭示了课程模块设置的合理性与实用性。针对实施过程中出现的问题，提出了相应的改进措施，以期进一步优化教学策略，为工程力学课程的教学改革提供有益参考。
［关键词］新工科；工程力学；模块化教学；静力学；材料力学；生物力学；环境力学
［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2025）06-0177-04
随着新工科建设的不断推进，高校工程力学课程作为工科专业的重要基础课程，其教学方法和策略也需与时俱进。模块化教学策略作为一种新兴的教学模式，以其灵活性、针对性和系统性受到广泛关注。在新工科背景下，工程力学课程的模块化教学策略有助于提高学生的理论素养和实践能力，还能够顺应行业发展需求，培养学生的创新精神和团队协作能力。本文旨在探讨模块化教学策略在高校工程力学课程中的应用，并分析其实施效果与存在的问题，以期为提升教学质量和教学效果提供参考。
一、新工科背景下高校工程力学课程模块化教学策略的构建原则
（一）以学科交叉融合为导向
在新工科背景下，工程力学课程应注重与机械工程、土木工程、航空航天工程等其他工程学科的交叉融合；引入相关学科的工程案例，分析力学原理在实际工程问题中的应用，使学生能够从多个角度理解力学现象，培养跨学科思维和解决问题的能力，如在土木工程课程中可分析结构在地震作用下的动力响应；在航空航天工程相关课程中，可探讨高速飞行器的气动特性和热防护问题[1]。
（二）注重学生能力培养
创新是工程科技发展的核心动力。工程力学课程应注重培养学生的创新思维和实践能力。通过开设创新实验课程、组织学科竞赛和科研实践活动，为学生提供展示自我、挑战自我的平台；鼓励学生积极参与科研项目和实践活动，从实际操作和亲身体验中加深对力学原理的理解和应用[2]。
（三）体现课程内容的时效性与前瞻性
1.更新课程内容，反映最新科研成果
工程力学课程应及时更新课程内容，反映力学领域的最新科研成果和技术进展；引入最新的学术论文、专利技术和行业标准，使学生了解力学领域的前沿动态和发展趋势；邀请力学领域的专家学者进行学术讲座和交流活动，以拓宽学生的学术视野和知识面[3]。
2.预测未来工程需求，设置前瞻性模块
随着科技的迅速发展和社会的快速变革，未来工程领域对力学人才的需求不断发生变化。工程力学课程预测未来工程需求的变化趋势，设置具有前瞻性的教学模块，如针对智能制造、绿色能源、智慧城市等新兴领域，开设相关的力学课程模块，培养适应未来工程需求的高素质人才[4]。
二、新工科背景下高校工程力学课程模块化教学策略的具体实施
（一）模块划分与课程体系设计
1.按照知识领域划分基础模块
根据工程力学课程的知识体系，可将其细致地划分为静力学、材料力学等基础模块，涵盖相应领域的基本理论、原理和方法，如静力学模块着重介绍力的平衡条件与物体受力分析方法，学生能够系统地掌握工程力学的基本概念和分析方法，为后续深入学习和应用奠定坚实的基础[5]。
以某高校的工程力学课程为例，在静力学模块中，借助“桥梁的受力分析”这一经典案例，学生深刻理解力的平衡原则及其在实际工程结构中的应用。而在材料力学模块，课程将“金属杆的拉伸试验”作为教学案例。模拟金属杆在受到轴向拉力作用下的变形与破坏过程，引导学生深入分析材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键力学指标，以及应力-应变曲线所反映的材料行为特征。这种结合具体案例的教学方式，不仅强化了学生对材料力学基本原理的理解，还帮助他们将理论知识与工程实践紧密相连，从而更加系统地构建起工程力学的知识体系[6]。
2.根据工程应用需求设置专业模块
如针对机械工程领域，某高校设立了“机械振动与噪声控制”模块，在该模块中，学生分析“洗衣机振动与噪声优化”项目，深入了解了如何运用力学原理减少机械振动和噪声，通过“高层建筑结构抗震设计”案例，学生在结构抗震设计模块中学习了如何确保建筑在地震中的安全性[7]。
3.设计跨学科交叉融合模块
如某高校在工程力学课程中引入了生物力学模块，通过研究“人体骨骼结构受力分析”项目，探讨了生物体结构与功能之间的力学关系；在环境力学模块中，学生参与了“风力发电机的叶片设计”项目，了解了力学在新能源领域的应用。
4.引入实践教学与科研创新模块
如某高校工程力学课程设置了实验课程模块，其中包括“材料拉伸试验”和“结构稳定性测试”等实践操作；学生还参与了“智能材料在力学结构中的应用研究”科研训练项目，深化了对力学原理的理解，并培养了创新思维[8]。
（二）教学方法与手段的创新
1.采用案例教学，增强教学实效性
案例教学在工程力学课程中具有重要的应用价值。选取具有代表性的工程力学案例，引导学生运用所学知识进行分析和讨论，能够显著增强教学的实效性。案例教学帮助学生深入理解力学原理在实际工程中的应用，提升其解决实际问题的能力；案例的生动性和实用性也有助于激发学生的学习兴趣和积极性。
例如，在某工程力学课堂上，教师引入了“塔吊倒塌事故分析”案例。学生分析事故原因，如超载、风力影响等，并运用所学力学知识进行讨论，增强了教学的实效性，以提高解决实际问题的能力[9]。
2.运用信息技术，实现线上线下混合式教学
随着信息技术的发展，线上线下混合式教学成为提升教学效果的重要手段。在工程力学课程中，应充分利用在线教学平台、虚拟仿真实验等信息技术手段，实现线上线下教学的有机结合，为学生提供丰富的学习资源和便捷的互动交流平台；线下教学通过实验操作、课堂讨论等环节加深学生对力学知识的理解。
例如，某高校利用在线教学平台，为学生提供了工程力学课程的在线视频讲座、互动测试和模拟实验等资源。线下课堂上，教师组织学生进行小组讨论和实验操作。
3.推广项目式学习，提升学生参与度
项目式学习是一种以学生为中心、以实践为导向的教学模式。在工程力学课程中推广项目式学习，鼓励学生自主选择研究课题或工程项目进行设计和实践，能够有效提升学生的参与度和实践能力。学生在解决实际问题的过程中深入理解工程力学原理，并与团队成员共同协作、交流思想，进而培养团队合作和沟通能力[10]。
例如，在工程力学课程中，某教师推广了项目式学习，鼓励学生自主选择课题进行研究，如有学生选择了“优化自行车车架设计以提高骑行舒适性”作为研究项目。在项目实施过程中，学生深入理解了工程力学原理，提升了团队合作和沟通能力。
（三）教学团队的构建与管理
1.跨学科教学团队的组建
某高校工程力学专业在教学改革中，首要任务是组建一个跨学科的教学团队。此举措打破了传统以单一学科为背景的教学团队模式，通过整合校内多学科资源，形成了一个由力学、机械工程、土木工程等多个学科领域优秀教师组成的团队，这个团队具备深厚的力学理论基础，还拥有丰富的工程实践经验，为后续的模块化教学奠定了坚实的师资基础；在静力学模块的教学中，此跨学科教学团队的优势得到了充分体现。力学专家负责基础理论的讲解，确保学生能掌握静力学的基本概念和原理；机械工程和土木工程的教师通过引入实际工程案例，引导学生将理论知识应用于实际工程问题的解决中，如在讲解静力平衡条件时，机械工程教师会结合机械零件的受力分析，土木工程教师则会介绍桥梁、建筑等结构物的静力计算案例。这种跨学科的教学方式，使学生能更好地理解静力学的实际应用，提高了他们的学习兴趣和实践能力。
2.团队成员的培训与交流
为不断提升教学团队的教学水平和创新能力，该校定期组织了一系列的培训与交流活动。每学期都会举办教学研讨会，邀请校内外专家就工程力学的前沿动态、教学方法等进行深入探讨。这些研讨会为教师提供了一个交流思想、分享经验的平台，还使他们能及时了解到工程力学领域的最新研究成果和教学理念；学校还鼓励团队成员参加国内外学术会议，与同行交流最新的研究成果和教学经验，在一次国际力学学术会议上，该校的教学团队成员与来自世界各地的学者进行了深入的交流，他们了解了国际上前沿的力学研究动态，还学到了许多先进的教学方法和理念，这些宝贵的经验在回国后被迅速应用到实际教学中，取得了显著的效果，如教师开始尝试采用项目式教学法，通过设计具有挑战性的工程项目，引导学生在实践中学习和掌握力学知识。
3.教学评价与激励机制的建立
为激发教学团队的工作热情和创新能力，该校建立了科学的教学评价体系和激励机制。在教学评价方面，学校注重对学生学习效果的评估，同时关注教师的教学态度、教学方法和教学效果。通过学生评价、同行评价和自我评价等多种方式，全面、客观地评价教师的教学水平；在激励机制方面，学校对在教学改革中取得突出成果的教师给予表彰和奖励。例如，某位教师在材料力学动力学模块的教学中采用了创新性的案例教学方法，取得了较好的教学效果和学生评价，学校因此给予他教学成果奖的表彰，并在全校范围内推广了他的教学经验。这种正向的激励机制极大地激发了教学团队的工作热情和创新能力，推动了整个工程力学课程教学质量的持续提升。它也鼓励其他教师积极探索新的教学方法和理念，为工程力学专业的教学改革贡献自己的力量。
三、新工科背景下高校工程力学课程模块化教学策略的实施效果与反思
（一）实施效果评估
1.学生学习成效的定量分析
为客观评估模块化教学策略的实施效果，本研究对学生的学习成效进行了深入的定量分析。通过对比策略实施前后的多项指标以观察到显著的积极变化。
从表1中可看出，实施模块化教学策略后，学生的平均考试成绩、优秀率和及格率均有所提升。其中，平均考试成绩提高了13.3%，优秀率大幅上升了75%，及格率也略有提升，学生在科研项目中的参与度也显著增加，从40%提升到70%，增幅达到75%，此类数据表明，模块化教学策略的实施对学生的学习成效产生了积极影响。
2.教师教学水平的提升情况
模块化教学策略的实施促进了学生的学习，也对教师的教学水平产生了积极影响。通过参与定期的教学研讨会和工作坊，教师的教学方法和手段得到了更新和丰富。
表2展示了实施模块化教学策略后教师教学水平的提升情况。可看出，教师在教学研讨会中的参与度从60%提高到90%，增加了30个百分点；参与的科研项目数量和发表的学术论文数量也分别有所增加；学生对教师的教学满意度也从4.0提升到4.6（满分5.0），表明教师的教学水平得到了显著提升。
3.课程模块设置的合理性与实用性分析
为深入了解课程模块设置的合理性与实用性，进行了广泛的问卷调查和访谈。结果显示，学生对各个模块的内容掌握情况良好，应用能力也得到了显著提升；教师也普遍认为模块设置合理，有助于提升教学效果，而也有部分反馈指出某些模块内容需进一步优化和更新，以适应行业发展的需求，此类反馈意见将为后续的课程改进提供重要参考。
通过收集学生和教师的反馈意见以及专家评审的评价，表3展示了课程模块设置的反馈情况。从学生和教师的反馈中可看出，大多数学生对模块内容的实用性表示满意，而部分学生和教师则提到了模块间衔接性和教学资源分配方面存在的问题；专家评审对跨学科交叉融合度给予了积极评价，认为这有助于促进学科间的交流与融合，此类反馈为进一步优化课程模块设置提供了有价值的参考[11]。
（二）存在问题与改进措施
1.模块内容衔接不紧密的问题及解决策略