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[中图分类号] TH79 [文献标识码] A
一、 引言
依据高等教育内外部环境的诸种变化，以及国家自主创新对于创新性人才培养的要求，在“卓越工程师”培养的教育理念指导下，通过对学生知识、能力与创新要素的综合分析研究，本文提出构建一种以学生为中心，以满足创新型人才培养的个性化需要，利于学生自主学习为目标的多模式开放型实验教学体系。该种实验教学体系对创新型人才培养的推动作用主要体现为实验教学的多模式化组织以及综合性开放式实验考核评估2个方面。
生物医学工程及相关仪器专业的学生在实验技术上应培养具备生物医学信息采集、传输、处理、分析新型生物医疗电子、信息与仪器等硬件知识、并具备较强的医学应用软件设计、开发的能力，能够将信息技术与医疗管理、医疗服务有机结合的高级医学信息技术人才。因此在课程内容安排上做到面和点的结合，既要保证知识面广，同时要重点突出。但现状是生物实验与仪器等软硬件平台的挂钩程度不够。目前生物学实验一方面主要涉及以细胞等微观生物信息为主的实验数据，主要以细胞生物学、遗传学、解剖学为代表；另一方面涉及以人体生理信息为主的宏观生理信号为主的实验数据，主要以医学仪器相关实验为代表，均以单一化实验结果作为实验考核依据，限制了学生主动性和创造性的发挥。所以生物学实验需要结合自身的教学经验，对教学中存在的问题进行逐步改进。通过调整实验内容、改革教学方法、完善考评体系等措施，对于生物实验分析不能以短期实验唯一结果论的定性认识为主，而应该强调以“长时程跟踪的过程启发式”为主的定量累积式分析，即在侧重得到实验结果的同时，鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台知识，灵活选择信号特征提取方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势，得到多样化的处理结果，最大程度地增强学生的自主性与参与性。
在以过程化为主的“一问多答”教学模式中，采用启发式的教学方法。教师根据教学内容向学生提出问题，引起学生主动思考，从而变结果灌输式的被动学习为过程启发式的主动学习，加深学生对概念、理论的理解，发现问题，敢于提出问题，渴求解决问题。而课后的各种实验数据处理结果可以直观地了解教师教学内容安排是否合理，教学效果是否明显，为教学改革提供依据，从而为创新性高素质人才的培养作出应有的贡献[1]。
二、现有模式的现状及改革途径
（一）. 微观生物实验内容由于教学条件等因素的限制，多局限于显微镜使用、或细胞膜通透性等验证性实验，对于推动微观细胞生物学快速发展的新技术新方法，缺少教学资料与手段；同时，人体生理信息等宏观医疗仪器生物实验的测试侧重于对医疗仪器面板的操作和各种简单生理信息的直接获取。
（二）. 实验教学模式单调，难以激发学生的积极性和主动性。现行的实验教学基本都先由学生预习实验指导书，实验仪器设备及试剂都由实验教师提前准备好，学生只要按照实验步骤按部就班地做，最后写出实验报告。这种实验教学模式难以很好地启发学生创造性思维，不利于培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。学生容易无精打采，注意力分散，反应迟滞，多数学生被动应付教师的要求，甚至投机取巧，如采用“配色”等方式快速完成生化实验；有的课堂学生随心所欲，各行其是，故意捣乱，师生处于一种对抗状况。在这样的课堂环境里，教学任务难以完成，传授知识、培养素质的目标难以实现[2]。
（三）. 实验教学缺乏综合性、设计性，不利于学生综合素质的培养。由于课时安排固定、实验条件的限制，现行开设的实验项目多为验证性实验，实验过程及可能出现的问题基本固定，结果也基本已知，只要按照步骤去做，基本都能达到较好效果。这种模式限制了学生思维，难以达到学生综合素质的培养[3]。
（四）. 实验课成绩评定方式需要进一步完善。实验课程由于其性质的特殊性，往往难以确定完善的考核指标和体系，从而导致学生实验报告书写的工整和完整程度决定了最终成绩，使得最终实验课成绩评定存在一定的随意性，从某种程度上影响了学生学习的动力[4]。
在此评估基础上，应实现的改革途径主要包含以下两个方面：
第一，生物学实验教学鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台，灵活选择信号特征提取方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势，得到多样化的处理结果，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养学生理论联系实际、独立思考、团队合作、自主创新的科学精神；
第二，通过施行开放式多结果的过程化实验教学模式，注重实验知识的延伸，创造和谐课堂、完善考核制度等改革措施，发挥实验课的实践性优势，努力营造和谐课堂，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养社会需要的创新型、应用型、复合型、外向型人才。
三、实验内容改革的模块化设置
（一）修改完善教学大纲，科学合理设置实验内容。
本专业实验本着充分利用现有资源和仪器设备的原则，综合考虑知识的难点和重点调整实验教学内容，以“综合课程设计”的2-3个相互衔接的短学期形式，对原有实验内容进行筛选和整合，依照学生的实验技能发展过程依次开设基本操作实验、验证性实验、综合性和创新设计性实验。以微观生物实验为例，基本操作实验包括显微镜的使用、显微测量、细胞形态观察等内容；设计验证性实验包括活体染色、细胞化学、核酸存在部位及检测方法、细胞膜的渗透压及细胞吞噬作用等内容；设计综合性实验需要在完成基本操作实验和验证性实验的基础上，指导学生查阅实验资料及设计实验方法，合理利用实验室资源，充分利用实验材料来完成实验，如动物细胞的原代及传代培养可作为设计综合性实验内容。相关生物实验进行后，应着重加强特定生物信号与相应软件处理的结合工作。可简单概况为将专业软件类课程打通，开设一门面向专业的软件设计课程，如“生物医学工程软件设计”，或“电子信息技术及仪器软件设计”课程，处理对象可定位为前期获得的实验数据。而以宏观的动物生理数据为例，离体培养的小鸡或蛙心肌细胞信号可通过相关动物实验获得，通过将测试的信号存储成dap数据格式，输入labVIEW软件进行锁相处理编程及特定滤波处理，实现对所弱信号的分析和相应数字信号处理工具的掌握，达到将感性数据上升到理性知识的目的。
（二）改革教学方法，变结果灌输式为过程启发引导式。
实验过程中，既要发掘实验背后的理论支持，又要培养技术意识，重视实验技术和方法。同时，鼓励师生交流，提倡师生间的问答，活跃课堂气氛。教学过程中，教师在讲清实验目的和原理的前提下，鼓励学生根据所学知识，自主设计实验过程并完成实验，实验报告可考虑通过建立在各种实验数据分析基础上的论文形式完成。
（三）完善考评体系，激发学生对科学的求知欲和对本课程的兴趣。
实验考评体系应以过程累积式考核为主，摈弃传统结果式考评。以细胞生物学实验为例，其考核应以考查学生运用理论重视、运用实验技术的能力为主要内容，可安排综合性实验要求学生利用所学的理论知识和实验技术进行综合分析、实际操作、做出实验结果。对于实验技术，以学生的直接操作作为考核方式，对于实验理论的考核，通过闭卷方式完成，也可以通过学生对实验数据的各信息化平台分析来进行多结果式考核。另外，对于能够自主设计完成实验，积极申报完成开放性实验的学生给予较大系数的鼓励性加分。实验具体路线图如下。
四、实验操作的关键性问题
（一）如何处理实验室的开放问题。
在改革过程中，实验设备资源的开放和教学方式的开放是该长期化衔接实验的重要保障。其主要实现途径为，结合生物学和仪器教学平台，实施“具体生物弱信号案例教学法”，采用学期末“首尾相连”的两个短学期和整个学期的“三明治”夹心时间实施整个实验课程，并由相关实验课的青年教师负责各实验室的公共开放时间和相互协调。这样能有效调动学生的主观能动性，加强课程内容的实践性，在知识的传授过程中渗透工程技术的内容，使学生掌握工程设计、工程实践的一般规律和基本方法，避免工科教学理科化、脱离实际的倾向。如图2所示针对在体心电信号的测试及信号处理方法，可安排在微观动物心肌细胞的培养及生物学方法观察的细胞生物学实验的短学期时间，同时合并进行在体式心肌细胞搏动的信号及噪声分析，加强定性实验及理性的定量分析实验的融合，提高相关理论知识与动手能力的结合（图2）。
（二）如何充分利用实验室资源，引导学生设计综合性实验
第一，以生理仪器平台为主的硬件实践动手能力。
当完成基础性生理实验及相关软硬件知识的授课后，以宏观人体生理信息为主的医学仪器实验，应该以设计开发性实验为主，鼓励学生自己设计开发医学仪器。同样以心电信号为例，如心电监测仪实验中，可要求根据在体式及离体式心电信号的特点（图3（a）（b）），结合理论知识，设计电信号检测原理图，用布线软件软件画出其原理图，并制作电路板、布线和焊接电路，在单片机应用开发环境中编写程序并调试。最后制作简单心电监测仪，通过相关的虚拟仪器平台，在示波器上显示被测者心电图。同时配合相关传感器知识，还可制作体温计、气体检测仪等医学仪器。在此基础上，还可设置网络数据平台，进行远程控制。
第二，以微弱生物信号实验数据分析为主的软硬件结合能力。
信息技术的发展对生物医学信号的检测、处理以及数字信号处理几个方面发挥着重要的作用。生物信号一般可以分成电信号和非电信号，如心电、肌电、脑电等属于电信号；其它如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于非电信号。如从处理的维数来看，可以分成一维信号和二维信号，如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于一维信号；而脑电图、心电图、肌电图、x光片、超声图片、CT图片、核磁等则属于二维信号。医学仪器实验采集到大量的以上一些宏观的人体生理信号数据，应利用学生的相关生物医学信号处理的知识，根据生物医学信号的特点，对所采集到的生物医学信号进行分析、解释、分类、显示、存贮和传输，其研究目的一是对生物体系结构与功能研究，二是协助对疾病进行诊断和治疗。
本学院的相关教研室教师结合labview、DSP等编程工具的实验教学案例，对于“虚拟仪器技术”及“数字信号处理”的综合做了以下研究及整合。“虚拟仪器技术”及“数字信号处理”是一门应用性较强的技术课程。随着信息化的发展，信息技术不断地渗透到科学研究等各个领域中，发挥着越来越大的作用。科学实验、测试信号的处理、工业生产中自动化生产线的测控等都以信号处理为基础。我校“数字信号处理”实验，以数字信号分析为基础，以数字滤波为手段，以数字信号处理为目的，突出谱分析和滤波的应用，加大与信号与系统、自动控制原理，以及后继的通信原理、计算机图像处理等课程之间的衔接，使其与其他课程实验融合为一个有机的整体。
以虚拟仪器中的相关控件调用为例，解决数字信号处理课程中的基本知识点“快速傅里叶变换（FFT） 数字滤波器”的实验设置，对本文提出的“多模式过程启发型实验教学体系”进行具体阐述。
该知识点通常的实验要求和目的为：①加强对labVIEW相关控件工具的使用及虚拟仪器技术编程能力的提高，加深对FFT基本原理和性质的理解；②学习利用FFT对连续或离散时间信号进行谱分析，了解可能出现问题及其原因，以便在实际应用中能够正确使用FFT。
按照基本的实验要求和目的，和多模式开放性原则，对该知识点的实验设置如下：
第一，验证性实验内容。主要通过调用labVIEW“信号分析模块”总的FFT函数，分析序列和其频谱的特点，设计产生相应的虚拟生理信号及噪声源，利用数字信号处理中各滤波器的特点去除噪声，分析去噪后结果，并利用相关原理解释其中的现象。实验目的是通过形象和具体的内容，加深对理论知识的理解。该层面的实验以直观、具体和形象化为主要特点，避免复杂化。学生不会因为陷入繁杂的具体过程，而影响对理论知识的理解和掌握
第二，综合、设计型实验内容。数字信号处理与所采集到的实验数据具有密切相关的联系。生物医学信号中的特点是微弱、噪声大，所以滤波和灵敏度是生物医学信号采集的关键。另外生物医学信号的随机性强，是随机的且非平稳的。正是因为生物医学信号的这些特点，以傅里叶理论为基础的小波变换方法成为生物医学信号分析的有力工具。利用小波变换能将原始心电信号分解为不同频率的信号，然后对信号进行重建，此方法能很好地消除心电信号中的基线漂移，抑制工频和肌电干扰，同时能获得QT间期的精确值，是本专业学生的重要编程思想。
所以，在实际的推进环节中，涉及一个短期的课程推导实践以及长期的过程启发式环节。其中短期内容包括将短学期等实践类课程，如“医学软件编程实习”和本门课程合并，其课时作为本门课程的实践环节；长期内容则包括：①将毕业设计环节和课程合并，增加实践课时；②将所有的硬件测试类课程和相关软件分析生理信号内容合并。如“C程序设计”，“数据库基础”，“面向对象程序设计”等。此时授课教师不再为单个教师，而是整个课程群的全体教师；③学生毕业严格按照“宽进严出”的理念操作。总结后的某“过程启发式”实验具体操作实例如下：
创设情境，提出问题。可安排在微观动物培养及生物学方法观察后，同时协调进行在体式动物信号及噪声分析，加强感性的定性实验及理性的定量分析实验的融合，提高相关理论知识与动手能力的结合：如细胞离体培养后的各种生物信号指标及各种混入的噪声和分类，在此基础上结合该案例讲解相关滤波器的工作原理和基本设计方法，然后将生理信号提取的设计任务作为设计性作业布置给学生。
分组研讨，设计方案。在布置设计任务后，教师组织学生分组研讨。根据学生自主学习能力的强弱和自身特点合理分组，方便学生间相互协作，共同提高。学生利用电子资料库检索，查阅相关资料，获取丰富的信息资源，通过对各种信息资源的分析研究，提出自己的解决方案。
成果展示，分析归纳。在各小组取得了初步的设计成果后，教师以课堂教学形式组织各小组的成果展示与评价。在课堂上通过虚拟实验室系统和数字投影仪，展示各种解决方案所取得的生理信号滤波效果，分析它们的优缺点，引导学生分析归纳出解决此类问题的思路与方法，并共同探讨最佳设计方案。
五、结语
“加强实验教学和实验环节，抓好综合性和创新性实验，大力培养学生实践能力”是我国高校推进自主创新，落实“高等学校教学质量与教学改革工程”，培养创新人才所需采取的重要措施[4]。本文总的改革目标是“遵循以学生为本，注重以互动式教学为核心的教学观念，构建有利于增强求知欲和创造力的课程教学模式”。本文提出的多模式开放性实验教学体系摈弃短期实验唯一结果论的定性实验，强调以“长时程跟踪的过程启发式”为主的定量累积式综合分析实验，在整个学年中分阶段构建以实验教与学为中心的综合型数字化实验教学环境；鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台，灵活选择信号分析方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势。通过施行开放式多结果的过程化实验教学模式，注重实验知识的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增强学生的自主性与参与性，积极响应国家“卓越工程师教育培养计划”，培养出具有专业领域特色，能够基本独立完成初级软硬件规模设计和开发工作的创新型、应用型、复合型、外向型的“卓越工程师”型储备人才。
[参考文献]
[1]张晓东.人才培养与产学研结合实践中的问题及对策[J].沈阳航空工业学院学报，2009，26：41-44.
关键词：网上教学；供给侧改革；优化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0080-03
《建设工程项目管理》是开放教育土木工程（工程管理方向）专业的核心课程，其所涉及的知识与工作实际十分贴合，对于在实际工程管理中起到的作用非常之大。而且本课程还是全国一级建造师执业资格考试的必考科目，所以本课程的建设和教学应与工作实际和学员考证需求紧密结合起来。但受到开放教育教学特点的影响，难以有效地将二者结合起来。为了克服这一问题，笔者从自身专业特c出发，通过近两年的努力，积极推进课程与岗位、证书的对接，使课程的网上教学活动得到了优化，并取得了较好的成效。
一、网上教学活动优化思路
（一）以往网上教学存在问题
在以往的网上教学活动中，客观上，一方面，由于教学所提供的资源不够丰富，并且难以为学员解决实际的问题导致学员的学习兴趣不高；另一方面，由于网上教学载体形式单一，程序繁琐，制约了学员学习的热情。主观上，由于教学组织者和教学参与者的参与热情不够，也导致以往的网上教学活动流于形式，没能取得良好的效果。[1]但实际上，学员对于网上教学和课程的学习需求非常大，特别是对于能够解决学员实际问题，为学员实际需求服务的网络教学内容，有很高的学习热情。
（二）主要思路
开放教育网上教学活动的关键在于课程资源的供给与学员需求的无缝对接，在于教学媒介的手段足够丰富。基于这一特点，笔者对《建设工程项目管理》课程的网上教学活动作如下优化思考。
1.以“岗、证、课”结合为思路，对课程资源和内容进行重构，即：“岗位能力提升、一级建造师考试培训、课程学习”三者有机结合起来，满足学员的学习需求。如在本课程《建设工程项目管理》中，可以将岗位知识、考证知识和课程知识有机结合起来，构建以微视频课程资源、在线题库资源、典型案例解析资源、执业资格能力资源为一体的四大网络教学资源模块。
2.进一步丰富网络教学媒介形式，建立以课程微信公众号为主要媒介资源的网络资源媒介，丰富和优化网上教学活动的媒介手段[2]。在当前互联网+背景下的大数据时代，丰富和改善网络教学的媒介和载体，让学员随时随地便捷地使用学习网络教学资源，将会极大地提升学员的学习兴趣。一方面可以丰富和完善掌上电大APP的学习资源，充分发挥掌上电大学习APP的作用，提高学员使用掌上电大APP学习的普及率，另一方面在开放教育中推行建立专业或者专业课程微信公众号，利用微信公众号实现学员随时随地的学习。比如说：建立土木类专业《建设工程项目管理》课程的微信公众号，由学校专业团队负责对本公众号的管理和维护，实时更新完善视频资源、课程资源，为学员随时随地交流学习提供平台，实现教学互动学习互动的零距离。
3.构建线上、线下一体的教学组织体系。通过网上教学活动的组织以及线下教学活动的补充，教师与学员、学员与学员之间的互动交流，通过互动交流提升学员的自主学习能力、提高学员应用新媒体的水平、解决学员在实际工作和复习备考一级建造师的问题。比如将工程项目管理基本理论模块设置为视频在线学习（规定学时）、在线题库练习、模块知识小测验、仿真资格考试能力测试四个小任务，依次完成指定任务。并在任务中设置奖励，提高任务的趣味性。
4.成立专业或课程教学团队，为网上教学活动提供智力保障。网上教学活动是开放教育人才培养和专业课程学习的组成部分，本人认为应从各省开放教育人才培养的高度出发，成立以省级电大（开放大学）专业带头人为核心，各基层电大专业教师为主体的专业课程教学团队，紧密合作，协调分工，对网络教学资源进行维护和更新，从而实现全省电大同一专业的网络教学资源全面共享，既可以提高网络资源的有效性，降低人才培养的人力成本，又能将全省各级电大的师资整合起来，为开放教育培养质量的提升提供智力保障。
二、网上教学实施过程
（一）网上教学活动模式优化
根据建筑类行业的实际特点，结合本课程与建筑行业之间的关系，按图1所示，优化本课程网上教学活动的模式。通过对学生的分析，重新整合知识点，并将岗位能力、课程要求和证书要求结合起来，开展网上教学活动。
按照这种优化模式，一方面通过对学员的构成和需求在组织教学前进行具体分析，提高了网上教学活动组织的针对性[3]，另一方面通过对课程知识的整合，特别是将岗位知识点、课程知识点和考证知识点整合在一起，提高了课程知识的适应性。同时，在网上教学活动媒介和组织形式上的优化，比如网上教学活动的内容以及真题构建，又如用微信互动、过程学习提醒和过程评价等方式，进一步提高了学员学习兴趣和热情，从而解决了以前课程理论性太强，与实际结合不紧密的不足，提高了学员学习的兴趣。
（二）模式优化细节
1.教学组织前对学情进行分析，以浙江金华电大2015春土木专业为例，学员的情况如表1。通过对学员学情的分析，完善网上教学课程资源建设和课程组织的方式。从分析情况来看，学员的学习目标明确，年龄构成以20到30岁的为主，对于新媒介的使用都较为熟悉。但工学矛盾较大、学习时间相对偏少。
2.整合优化课程知识点，将全国注册一级建造师执业资格《建设工程项目管理》科目的考核知识点和本课程的知识点整合起来，并结合实际岗位能力的需求，将课程知识点划分成五大模块，即：工程项目管理基本理论模块；工程项目管理招投标与合同管理模块；工程项目质量、成本、进度管理模块；工程项目管理实务模块；一级建造师《建设工程项目管理》备考模块。
3.编制网上教学活动导学单，利用导学单明确使用媒体的时间、任务安排及要求，以主动引导学员参加网上教学活动，明确学员的任务[4]。通过事先，提高学员的参与率。导学单格式如下表2：
4.运用微信公众号、QQ、论坛等新媒体，开展网上教学活动，围绕《建设工程项目管理》课程的知识特点，通过集中讨论、个别交流、共同参与等形式开展网上教学活动。具体的实施办法如下：
（1）利用班级QQ群、论坛等开展集中网上教学活动。
（2）利用QQ、论坛、微信、邮件进行学员个别交流活动。
三、教学主要成效
通过《建设工程项目管理》网上教学模式的优化和具体的活动实施，笔者认为本课程网上教学取得了以下几个方面的成效：
1.学员远程实验平台测验完成率大幅提高。以金华电大2015秋土木工程本科学员为例，通过网上教学活动，学员之间互帮互助，该班级学员的远程实验平台作业完成率100%，并且在学期末前一个多月前就已全部完成，一改以往需要辅导教师不断督促才能勉强完成的情况，有效地提高了学员自主学习的能力。
2.实现了教师与学员、学员与学员之间全方位的互动交流。围绕“岗位能力提升、一级建造师考试培训、课程学习”三者有机结合交流学习的宗旨，教师利用QQ、论坛、微信等各类新媒体发起学习讨论，实现教师与学员、学员与学员之间的互动交流。
3.学员综合能力得到一定提升。通过网上教学模式活动的开展，一方面学员使用微信、论坛等新媒体的能力得到了提高，从学员参与的热情以及论坛的使用率和学员远程实验平台的完成率就可以发现。另一方面学员自主学习的能力也得到了提升，学员能够通过自学后利用论坛和QQ进行交流和学习，互相之间能对某些问题进行答疑解惑。再则就是学员的学习认识能力有了提升，通过本次教学活动学员对课程学习和专业学习的认识和分析能力有了提升，学会了用比较的方式去分析问题和解决问题。
4.推动了课程备课模式的改进。利用本次网上教学活动，转变了以往就书本知识而讲书本知识的传统观念，将与本课程相关联的岗位知识、考证知识结合起来[5]，并以一级建造师《建设工程项目管理》考试科目为抓手，将该考试科目的一些重点和难点知识，比如预付款的支付、项目的实际管理要求等等与实际相关的知识点作为备课重点，通过网上教学活动的方式与学员共同交流和学习，提高了本课程学习的实效性。
四、结语
笔者认为开放大学系统提出的“深化课程教学改革，创新网上教学模式，落实教学过程，提升开放教育教学质量”的工作一直在路上，只要每位任课教师能够转变观念，在省级电大（开放大学）以及各基层电大的共同带领下不断完善网络教学资源，丰富网络教学媒介形式，树立团队合作的意识，定能实现供给侧改革思路下开放教育人才培养可持续发展目标。
参考文献：
[1]胡新生，张朝霞，熊锟，张福萍.开放大学背景下面授教学与网上教学一体化设计研究[J].中远程教育，2012，（07），48-52.
[2]隋永博，曹旭.基于网络教学平台的大学计算机教学改革探讨[J].科教导刊，2016，（25）：120-121.
中图分类号：X-019 文献标识码：A
1 工程力学与环境科学的学科交叉理论
工程力学是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。
在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效地手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。
总的来说，工程力学具有现代工程与理论相结合的特点，有很大的知识面和灵活性，对国家现代化建设具有重大意义。
2工程力学理论在环境科学中的发展
2.1环境与力学的学科特点
工程力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。工程力学着重于分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助于新的实验。
工程力学注重从微观到宏观，以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而工程力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是工程力学建立的主导思想和根本目的。
虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。工程力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。
2.2研究内容和方向
工程力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。
工程力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。
工程力学研究方向主要有：非线性力学与工程、工程稳定性分析及控制技术、应力与变形测量理论和破坏检测技术、数值分析方法与工程应用、工程材料物理力学性质、工程动力学与爆破。
3工程力学理论在环境科学中的应用
3.1材料力学与环境
材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器，建筑中的各个结构，小到生活中的塑料食品包装，很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作，所以材料力学就显得尤为重要。
利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象，工程中常利用其原理以提高材料的承载能力，例如建筑用的钢筋与起重的链条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，是加工发生困难，且易产生裂纹，这时应采用退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。
3.2固体力学与环境
自然界中存在着大至天体，小至粒子的固态物体和各种固体力学问题。人所共知的山崩地裂、沧海桑田都与固体力学有关。现代工程中，无论是飞行器、船舶、坦克，还是房屋、桥梁、水坝、原子反应堆以及日用家具，其结构设计都应用了固体力学的原理。
固体力学研究的内容既有弹性问题，又有塑性问题；既有线性问题，又有非线性问题。在固体力学的早期研究中，一般多假设物体是均匀连续介质，但近年来发展起来的复合材料力学和断裂力学扩大了研究范围，它们分别研究非均匀连续体和含有裂纹的非连续体。
固体力学的研究对象按照物体形状可分为杆件、板壳、空间体、薄壁杆件四类。薄壁杆件是指长宽厚尺寸都不是同量级的固体物件。在飞行器、船舶和建筑等工程结构中都广泛采用了薄壁杆件。
3.3流体力学与环境
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2013）01C-
0066-02
工程力学是工科类大学生的一门必修专业基础课，也是学生在大学阶段比较系统地接触实际工程问题的第一门课程，对学生的培养起着承上启下的作用。该课程兼有基础理论和工程应用技术双重性质。该课程以高等数学、机械制图、大学物理等课程为基础，为后续相关专业课程的学习和毕业设计提供必需的基础知识和方法，其课程建设、教学改革和教学效果将直接影响到后续课程的学习及工程技术人才培养的质量。本文探讨以设计为导向的工程力学课程教学模式。
一、工程力学课程教学存在的问题
国内各高校相继对工程力学课程进行了不同形式的教学改革，取得了较好成效。华中科技大学陈传尧带领的工程力学国家级教学团队在课程教学中，提倡启发式教学与创造思维的培养，以启迪研究思维为导向开展了工程力学课程教学改革，并打造了国家级精品课程；北京理工大学梅凤翔带领的“工程力学”国家级教学团队也对课程体系和教学内容进行了改革和探索，获得国家级精品课程；东北大学刘均带领的工程力学教学团队从科学素质、道德素质培养人才入手，力求启发式、讨论式、研究式教学，注意给学生留有一定的思维空间，在教学体系考核环节上设计了“全方位多层次”的考核办法，率先实践了课程免试制度，获得较好的教学效果；河南工业大学也对工程力学进行了教学改革，他们基于创意教学理念，从工程力学的教学方法、教学观念、教学手段和考核方式等各方面进行改革创新，学生的创造能力、实践能力、思维能力等方面都有了显著提高，亦收到良好的教学效果。此外，部分院校结合教学实践的具体实例，探索研究型教学模式在工程力学课程中的实践应用， 有些还提出了问题式教学模式、基于构建主义和创造思维理论的教学模式，基于“大工程”理念的教学模式，等等。但是，在现有的工程力学教学活动中，大多数高校仍存在以下问题。
一是教学过程仍采用传统的工程力学教育模式，往往将工程力学科学化和技术化，只注重学科自身知识的完整与统一，缺乏与其他课程间的关联性、整体性和统一性，导致工程力学教学与实际脱离，孤立于其他知识体系。二是课程教学体系自我封闭，现行教案内容陈旧，部分内容起点低，有些力学概念抽象，与工程结合不紧密，难以建立工程概念，大部分学生反映课程内容枯燥。三是工程力学内容本身是由理论力学的静力学（约占总体的30%）和材料力学的基本变形、组合变形及压杆稳定部分（约占总体的70%）组成，是理论力学和材料力学压缩出的最基础的知识。以广西大学为例，该课程课时根据不同专业要求分为72学时、45学时和36学时不等，课时相对较少，教师在有限时间内，难以突出重点，大都照本宣科，教学效果不太理想。在国内很多高校均存在此问题。四是教学体系各环节联系不够紧密，比如教学环节与实验环节脱离，教师不能就实验环节遇到的关键技术问题给予及时解析与纠正，亦不能根据学生遇到的实际问题，有针对性地调整现行教案。另外，考试内容陈旧，形式单一也是存在的问题之一。种种问题的存在，反映了现行工程力学教学模式的弊端，需要对其作进一步的探索和实践，以期达到较好的教学效果。
二、以设计为导向的工程力学课程教学模式具体探索
工程力学课程静力学部分的理论体系以及分析过程延续了数学、物理的理性思维，在工程应用上，这部分内容又是材料力学的基础，材料力学部分则通过“实验―假设―分析―结论”的过程，强调实验以及在实验基础上的归纳与合理的假设方法对研究的作用，体现了实用概念，与工程应用紧密联系。在工程上所遇到的所有力学问题，均属于工程任务对象设计（包括结构设计与性能设计）的范畴。工程力学理论教学过程亦应紧密联系工程实际，开展教学活动，将课程教学抽象的理论以更具体的设计任务来阐释，使学生在教与学过程中真正体会到学有所用，使力学所涉及的数学、物理的理性思维更具生命力，将各课程知识综合应用于设计任务。
（一）引入以设计为导向的教学模式，改革实践课程体系与内容。针对不同专业、不同层次学生的需求，将课程内容案例化，在各章节重点内容引入具体的、切合实际的设计案例，以工程设计案例代替课堂讲授的算例，即以工程设计案例引导工程力学理论讲解，避免纯理论、逻辑化的课程枯燥教学，理论联系实际，培养学生解决工程设计实际问题的能力以及在工程实际中各理论知识的综合应用能力。教学大纲要求及教案内容突出课程主线，突出理论共性，突出工程力学建模，培养学生工程问题力学化、力学问题数学化、数学问题工程化循环思维能力。形成以设计为导向的案例化课程体系与课程内容。
（二）以设计为向导的教学方法与教学手段改革。改变传统的教学方法，从以教师为中心转为以学生为中心，从单一黑板讲课和多媒体讲授转为以黑板讲授为主，以多媒体演示为辅，从理论教学与实验教学分离转向以设计为导向理论教学贯穿实验讲授。充分利用机械工程实验教学中心的条件，实现讲课、实训一体化。采用分小组大循环的形式，学生的工程设计训练过程尽量实现工厂化管理，营造一种真实的工程氛围。同时通过以设计为任务目标的力学建模训练过程中的合作，培养学生基于力学理论的工程任务性能设计思想，以及工程力学建模分析的数学分析能力，使学生基于工程实际，深刻认识工程力学理论体系，激发学习兴趣。
（三）教学体系改革与实践。针对现有的工程力学教学体系存在的问题，对教学体系进行调整、实践再调整。研究各个环节之间的联系，将工程力学教学体系分成理论教学、实验教学、学术讲座、课程考核四个环节，将具体工程设计案例贯穿工程力学整个教学体系，加强理论教学与实验教学之间的联系与互动，增加学术讲座环节，在教学过程中，在工程力学静力学部分及材料力学部分，抽出两次课时间，以教师各种科研课题为基础，以工程设计任务为导向，凝聚两到三个专题，以学术讲座的形式，介绍力学在工程设计中的应用科学及工程实际意义，并介绍学术界研究的前沿课题，使学生从本科阶段就能了解工程力学科研现状与发展趋势。课程考核环节改变传统的单一考核方式，改变“一卷定终身”的评价方式，采用教学全过程综合测评方式，改变现有试卷内容重理论知识的考核，增加工程力学实际工程综合应用考核内容。
（四）制定新的教学大纲。依据原国家教委工科力学课程教学指导委员会制定的工程力学课程教学基本要求，根据现有的工程力学教学时数及设立、调整的各专业的特点，制定新的工程力学教学大纲和工程力学实验教学大纲。
（五）合理利用现代教育技术。根据每次授课的具体内容及特点，合理地将多媒体教学和传统黑板教学结合起来，发挥各自的优势，增强课堂教学效果，提高课堂教学效率。目前工程力学教师有的采用多媒体课件，有的采用黑板的授课方式。现有授课方式存在诸多弊端。对现有授课方式进行修改与调整，采用以黑板授课为主，以多媒体为辅的授课方式。多媒体教学软件应适应工程力学教学着重培养学生对基本概念的掌握和对基本原理的运用方面的需要，不应做成教材的翻版，也不应只提供简单信息，而应通过动画形象地展现工程设计案例，引导学生思考，使学生结合讨论学以致用。理论讲解主要以黑板授课，理论应用的案例讲解主要利用多媒体，以动画、仿真、实物呈现，生动地体现工程力学的工程应用理念。
在非机械类少学时部分专业实施，其他专业仍按照现行教学模式，对两种模式采用问卷调查、学生评价、综合评测、专家论证的方式，对比评价教学效果，评价教学改革成效，形成长期有效的教学效果跟踪评价体系。并对新教学模式进行再完善，是以设计为导向的工程力学教学模式探索的正确实施思路。
针对工程力学课程教学存在的问题，采用以设计为导向的教学模式，将工程设计这一任务贯穿整个课程教学的各个环节，对工程力学课程体系、教案编排、教学方法、授课模式及教学体系进行新的探索与实践，以革新现行教学存在的弊端，使学生通过工程力学的学习，立足设计任务，建立工程概念，培养力学意识，锻炼学生工程问题力学化、力学问题数学化、数学问题工程化循环思维能力，将会获得更好的教学效果。
【参考文献】
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【Abstract】Engineering Mechanics is an important required course for energy chemical majors，so the construction of the teaching material is important. Existing domestic engineering mechanics teaching materials are similar in the content and the selection of examples and exercises，but the content is more difficult，so they are not suitable for local undergraduate college. In order to adapt to engineering mechanics teaching，the author analyzed the problems existing in the teaching material and put forward some reform measures to improve the teaching.
【Key words】engineering mechanics； teaching material； reform
【基金项目】榆林学院教学改革研究项目（编号：JG1531）。
【中图分类号】G642.44 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0227-01
随着我国普通高等教育的发展，力学教材的建设取得了巨大的进步，出版了一批优秀的力学教材，这些教材在深度和广度方面，基本上偏多、偏难、偏深[1]，因此只有改变这一局面，才能谈得上教育创新。工程力学作为我校能源化工类专业的必修课，在卓越工程师培养目标下，对工程力学教材进行研讨就具有紧迫性和必要性。
1.现有教材中存在的问题
现有教材为国家级规划教材，涵盖了原有工科理论力学、材料力学和流体力学初步等内容[2]，在深度、广度和综合性上都达到了较高水平，但笔者认为其比较适用于研究型大学使用，对于地方性本科院校，则不太实用。主要存在问题为：
（1）理论性强，理论公式推导复杂、抽象，需要学生对基本理论理解透彻。例题数目少且难度大，习题没有详细解答过程，导致学生自学困难，达不到自学目的。
（2）对于工程实际中的典型案例，教材中大都简化成力学模型，这虽然有助于学生理解，但却不利于学生理论和实践的联系。
（3）教材章节多，且相互之间的贯通、融合性较强，对学生的要求较高，给学生留下的思维空间较少，不能激发学生的学习兴趣，学习效率低下。
（4）材料力学章节安排不太合理，一部分在上册，一部分在下册，学生在第二学期的学习过程中，将上册部分内容忘得一干二净，甚至听不懂老师所讲内容。
（5）重理论轻实践，忽视了对学生实际动手能力的培养，力学理论性知识必然需要在工程科学中加以应用才能体现其价值。
为了适应我校对人才培养的需求，我们总结几年来的教学经验，从“学有所用，用有所学”的特色出发，抓住力学知识普遍适用于工程实际的内涵，提出几点改革建议，探索具有优质效果的教学内容，从而提高学生的学业水平，提高教师的业务能力，提升教学实力。
2.教学改革方案
为了更好实现工程力学的教学效果，结合我校的实际情况，对工程力学教材进行改革。注重力学概念和工程实用性，力求理论与应用并重、知识传授与能力培养结合，重视启发式教学，意在加强学生综合素质的培养。改革方案如下：
（1）突出工程应用背景，加强理论联系实际，培养学生独立思考能力，引导学生主动获取知识、解决实际问题的能力。
（2）采用“结构化、模块化”设计，体现“必需够用”，兼顾专业需求和个性发展，以培养实用型人才为主要目标[3]。
（3）增加例题数目，建立和工程实际结合紧密的多媒体试题库和习题册，从而有助于学生解题能力的提高。
（4）精简课程内容，不追求理论的系统性和完整性，减少繁琐的理论推导，着重讲清基本概念，加强工程意识和工程方法的培养。
3.结语
针对当前培养卓越工程师的人才培养目标，分析现有工程力学教材的优缺点，提出几点改革措施，体现以学生为本的人才培养方案，充分发挥学生的自主学习性，加强工程力学与后续课程的联系及在工程实际中的应用。
参考文献：
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3、主要实践性教学环节：包括工程制图、认识实习、测量实习、工程地质实习、专业实习或生产实习、结构课程设计、毕业设计或毕业论文等，一般安排40周左右。
0 引言
力学是研究物质运动和变形规律的科学，所阐述的规律带有普遍性，是一门基础科学。是各技术工程学科的重要理论基础，是沟通自然科学基础理论与工程实践的桥梁。该课程内容由理论力学和材料力学两部分组成，具有理论性、系统性、抽象性的特点，学生在学习过程中感到枯燥乏味，理论与实际相脱离，从而造成教学效果不佳等现象。而本课程又与很多专业课程密切相关，学习的效果直接影响了学生对专业的学习。因此，改变教学方法提高效率，加强学生的学习效果，是该课程教学的大势所在。本文在工程力学的教学中引入项目化教学方法，以实际工作任务为引导，采用基于工作过程的项目化教学法。将生产一线中的实际项目引入课堂，使学生在“做中学，学中做”，加强理论与实践的结合，提升学生职业能力。
1 课程设计方面
在课程设计方面，坚持理论与实际相结合的原则，立足于工程应用，利用多媒体充分说明工程力学在现代工程中的应用情况，使学生认识到本门课程在整个知识体系中的地位与作用，从而引起学生的重视，提高学习的热情，调动学习的兴趣。现以工程力学课题组制定的课程整体设计为例，加以阐述。本课程内容以油压夹紧机构为项目载体，结合工程力学教学目标，设计如下的教学内容，见表1。
在进行课程整体设计时，需注意以下几点：
1、整个课程设计时，要充分进行企业调研，根据学生将来从事的职业岗位的知识、能力要求而设计，课程的教学目标围绕项目训练能力进行，学生通过完成项目（任务）进而训练职业能力，项目又是能力实现的切实载体。
2、为保证设计过程的系统性，用油压夹紧装置的分析是本课程的项目，按照机械设计的设计过程设计了课程顺序，任务和步骤是一个接一个地被展现、被传授、被实现，项目具有连续性、实用性等特性，当这些单项任务都被完成后，学生也就基本具有了从事简单的机械设计、测绘能力。
3、有些子项目或单项任务的前后顺序有待斟酌。
2 教学模式、教学方法方面
教学环节设计，依据项目的选定，结合相应的教学目标，设置教学任务。在设计时，一定注重要基于工作过程的设计模式，并且要注重学生主体，让学生真正在学习的过程中做到“做中学”，任务的设计本着由浅入深，由低到高的原则进行，并且与学生所要掌握的知识紧密结合。另外在教学中任务引导法、案例教学法、头脑风暴法、六步教学法等多种教学方法要综合互补使用。在教学过程中对于要完成的任务，老师要做简单的讲解，使学生既能准确把握研究的方向，又能保持好奇心理和研究动力。每一任务的教学都采用单元设计表格的形式，从而较完善的完成教学任务.
现以课程项目之一：扭转变形在传动轴中的分析和计算为例，展示项目教学法的具体实施过程。
（1）明确本项目的教学内容流程：
复习巩固任务引入任务设置任务分析归纳总结考核评价布置作业
（2）复习巩固：
油压加紧装置中哪些构件受到剪切变形？
杆件的基本变形有哪些？
（3）任务设置：
任务1：传动轴的变形分析；
任务2：传动轴内力的计算；
任务3：传动轴扭矩图的画法；
拓展任务 ：分析传动轴外力偶的合理安排。
（4）任务分析：
任务一 传动轴的变形分析
通过一些图片展示，例如传动系统的传动轴、汽车传动轴、汽车转向轴、攻丝等机构，提出问题：机械中的轴类零件在传动中受到什么共同变形？还有哪些实例属于同种变形？能否总结一下它们的特点是什么？然后引入扭转的变形特点：各横截面绕轴线发生相对转动，杆轴线始终保持直线。
任务二 传动轴扭矩的计算
截面法求扭矩
1、截开：将圆轴沿任一截面1-1截开，取任一部分为研究对象.
2、代替：用内力偶矩代替截去的另一部分.
3、平衡：由T=ΣMi 得 T=？
任务三 传动轴扭矩图的画法
定义：扭矩图表示沿杆件轴线各横截面上扭矩变化规律的图线
目的：①扭矩变化规律；②|T|max值及其截面位置；③强度计算（危险截面）。
拓展任务：分析传动轴外力偶的合理安排
练习：传动系统的主轴ABC的转速n=960r/min，输入功率PA=27.5kw ，输出功率PB=20kw，PC=7.5kw 。试画出ABC轴的扭矩图；如果将轮A和轮B位置对调，试分析对轴的受力是否有利？
（5） 总结归纳
任务1 ：由传动轴的变形分析，可以掌握扭转变形的受力特点和变形特点。
任务2 ：由传动轴内力的计算，能够熟悉的掌握受扭转变形的圆轴内力大小方向的求解。
任务3：由传动轴扭矩图的画法，可以更熟练掌握变形的内力的分布，以便找出危险截面。
拓展任务 ：由分析传动轴外力偶的合理安排能够锻炼学生学以致用、融会贯通的能力，以及耐心、细心、严谨的科学态度和团队的协作精神。
考核评价 教师评价+小组互评+个人自评
布置作业 在校企合作项目“电脑弹簧机”中，有哪些构件属于扭转变形实例，分析它们的特点
3 教学手段方面
合理运用多媒体教学资源：当前，在课堂讲授中应用多媒体教学已成为大家的共识。多媒体教学可以将工程结构直观、形象地展现在学生面前，增加感性认识，使学生将课堂与工程背景联系起来，有助于学生掌握如何建立力学模型的问题，从而激发学生的学习兴趣，提高课堂节奏和教学效率，也提高了课程的教学质量。多媒体教学具有交互界面丰实、生动、逼真、信息量大的特点，可使学生将主要精力集中于理解方面，极大地减少用于繁杂计算上的时间，教师就可以有更多的时间进行启发、诱导；课件在实施过程中可进可退，速度可快可慢，有利于讲授的连贯性和逻辑性的发挥；利用多媒体技术通过三维动画、虚拟现实等多种手段使学生理解教学内容，充分激发学生的想象力、创造力，为学生的创新素质的培养创造了条件，具有传统教学模式无法比拟的优势。
4 考核评价方面
本课程的教学评价由两大部分组成：
1、过程考核：主要包括教师评价，小组互评和个人自评三部分，占总成绩的40%。本考核主要是对学生的出勤、课堂纪律、课程作业、课堂表现（如：是否积极主动地参与讨论和分析；是否敢于表述自己的想法；是否敢于尝试从不同角度思考问题，有独到的见解；能否理解他人的思路，小组成员之间团结协作的的程度，能否在与小组成员合作交流中得到启发与进步；是否有认真反思自己思考过程的意识等。）等进行综合考核。
2、终结考核：是对学生一个学期所学课程内容的综合考核，包括应知（50%）和应会（50%）两部分，采用闭卷考试的形式。应知考试内容以本学期授课内容为主，应会考试内容是根据理论知识结合工程实际进行的知识拓展考核。本考试成绩占学期课程考核成绩的60%。
5 教学效果方面
（1）转变了专业课教师的教学理念，使教师真正认识到教师不仅要关注“如何教”，而且更关注“教什么”。项目化构建成为教师备课的首要任务，教师真正成为课程的开发者。
（2）改变了教师的教学模式，基于教学，将理论知识与实际操作技能相结合，充分体现教学做一体的原则，灵活运用项目教学法、案例教学法、现场教学法等教学方法，增强学生的学习积极性。
（3）转变的学生的学习方式，以往的课堂，学生整节课往往是被动的听，成为课堂的附属。实施项目教学法，学生的“思想自由”得以空前提高，学生成为课堂的主体，可以自主思考、独立或小组协作解决技能训练过程中产生的问题，对解决不了的问题再请老师予以解答。整个课堂步骤循序渐进，学习氛围宽松活跃，学生参与率高，效果良好。
（4）教师教学科研水平稳步提高。教师通过对教学项目的设置，增强了专业知识的理解与见地，并且充分认识到了对深层次知识的不足和新知识的欠缺，从而促使课题组教师走出课堂，走进企业，丰富自己的理论知识和操作技能，再反馈到课堂提高教学质量。同时，通过项目的实施，教师可以发现项目中存在的技术难关与科研课题，并付诸行动，解决难题，无形中提高了教师的整体科研能力。
6 建议与意见
（1）在教学过程中，应立足于加强学生实际操作能力的培养，采用项目教学法，以任务型项目激发学生的学习兴趣。
（2）教学过程由实践到理论，使学生通过感性认识升华到理性认识，除少数必要的基本概念外，切忌直接讲述枯燥的理论知识。
（3）在教学过程中，应以学生为本，注重“教”与“学”的互动，由老师提出阶段性要求，学生在不断练习中逐步达到目标，掌握课程的职业能力。老师应根据学生的实际学习情况，合理调整教学
进度。
（4）教学中，要努力提高学生学习兴趣，创设趣味性情境，练习项目应包含个体练习，小组合作，经验交流及老师点评等不同形式，让学生在愉快的扭转中完成学习。
（5）教学中，通过选用典型活动项目，由教师提出要求或做出示范，组织学生进行活动，让学生在活动中树立责任意识，增强团队的合作精神，掌握课程的职业能力。
（6）教学中注重职业情景的创设，以多媒体、录像和案例分析等方法提高学生解决和处理实际问题的综合职业能力。
7 结束语
工程力学课程的建设与改革是一项长期而艰巨的工作，是一个不断实践完善的过程，不仅需要广大力学教师的共同努力，还需要学校各级领导的大力支持，坚定不移的坚持项目化教学，从摸索到探索直至发挥极致，为职业院校的可持续发展提供一条借鉴之径。
参考文献
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作者简介
中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：
力学是一门重要的应用型学科。在我们日常生活中的许多地方都会用到力学知识。最为典型的就是在采矿工程中的应用。在采矿过程中会遇到许多力学问题，这些问题直接影响着采矿工程进度以及整个矿区的安全生产情况。工程人员必须要解决这些力学问题。
采矿工程是一项非常复杂的系统性工程，在施工过程中经常会遇到一系列难题，其中最为典型的就是力学问题。力学问题难度很大，只有专业的力学人员才能解决。为了有效解决这个问题，笔者认为必须要加强对这采矿工程与力学问题之间关系的研究。力学有多种分类，我们对力学与采矿工程之间关系的探讨可以从多个角度来进行考察，本文将从采矿工程力学和岩石力学这两个角度来探讨采矿工程同力学问题分析之间的关系。
采矿工程力学概述
采矿工程力学的实质是在打破旧平衡的基础上，寻求新的平衡。采矿工程力学是近代以来发展起来的一门应用性和实践性非常强的学科。采矿工程力学的应用范围非常广，其中在地质，水电，地下工程，岩石工程等领域应用范围非常大。力学对采矿工程的影响主要体现在两方面：一是力学本身是采矿工程的理论基础，二是力学的发展又进一步促进了采矿工程技术的进步。力学的主要目的是要寻求新的平衡，而采矿工程的最终目标是要通过打破亿万年的稳定的地层，来获得资源。采矿工程往往需要把大岩石碾碎成小岩块，而后再把小岩快进行粉碎。力学的主要目的是要保证在采矿过程中有一个平衡的空间。
与其他类型的力学学科相比，采矿工程力学有其自身特点。与传统的固体力学相比，采矿工程中用到的力学具有以下几个特征：首先是采矿工程力学是通过打破稳定的地层来寻找新的平衡，而传统的固体力学是通过使用材料，来设计一个稳定的结构；其次是在采矿工程力学中岩石不是单纯的材料。岩石是天然的地质体，其本身具有复杂的结构和条件，我们在采矿过程中不能单纯地把岩石看作材料。最后是在采矿工程中不能忽视地应力的影响。岩石本身具有地应力。地应力是造成岩石工程变形的主要原因。因而加强地应力的研究就显得非常重要。采矿工程力学与其他力学不同的一个显著区别就是地应力。经过人们多年的实践研究，发现矿区岩石本身的地应力具有不确定性。地应力的不确定性增加了采矿工程的风险，我们要想控制这种风险就必须要加强对岩石地应力不确定性的研究。
采矿工程与力学问题之间的关系
在明确了采矿工程力学的基本概念之后，笔者就来详细探讨采矿工程与力学问题之间的关系。针对两者关系的探讨，我们首先必须要了解采矿工程常见的力学问题，而后才能谈得上探讨理解两者的关系。
采矿工程中常见的力学问题
笔者经过对采矿工程进行深入调查并结合多年的实践经验，认为当前我国采矿工程中常见且非常重要的问题有以下几个：一是对采场地压进行科学预测和控制；二是对矿石自然或者受力崩落规律的掌握；三是对采矿工程中造成的地表沉陷问题的研究以及如何控制它所造成影响的探究；四是相关爆破问题以及非爆破破碎方式的掌握；岩石破碎既可以运用爆破方式也可以采用非爆破的形式。在矿区开采过程中必须要结合矿区自身的特点来进行选择；五是对软岩巷道的维护。
采矿过程中力学问题的解决方案
针对矿区采矿过程中遇到的问题，笔者认为主要是要从三个角度来解决。
一是在采矿过程中要高度重视反馈信息的作用。在矿区开采过程中及时分析各种反馈信息，通过分析这些信息来不断调整和修改开采方法。这是有效预防和解决问题的重要手段。采矿工程本身具有一定的短期性。采矿过程中的碾碎与稳定等工序在时间和空间上的布局会对采矿效果造成严重影响，这是需要我们在采矿过程中必须要高度重视的问题。
二是科学准确的测量。在开采过程中科学准确的测量是提高开采效率的重要手段，在开采矿区过程中对各种数据的精确测量有利于工程人员进一步掌握地质工程状况，有助于主动解决问题。开采过程中主要是对平常位移和数据来进行准确测量的，与其他数据相比，平常位移和数据更容易测量。加强对于平常位移和数据的研究是提升采矿水平的重要手段，同时还可以借助声音发射等手段来进行调整。
三是对采矿工程进行科学的可靠性分析。在实际的矿区开采过程中会受到多种因素的影响，不确定性很大。因而加强对采矿工程的可靠性分析就显得尤为重要。矿区岩体的地质结构是非线性的，这种非线性会严重影响到可靠性分析。在实际开采过程中对矿区可靠性的要求并不是要达到百分之百。只要可靠性达到百分之八十就可以进行施工。因而对矿区工程的可靠性测量必须要科学准确。这样可以降低采矿工程的代价，同时还可以节省计算时间。对采矿工程的可靠性分析是一个重要内容，值得我们在未来下大力气研究。
（三）崩落采矿与岩石力学之间的关系
上文提到了采矿工程力学同采矿工程的关系，接下来笔者就来探讨以下岩石力学同采矿工程之间的关系。岩石力学同采矿工程力学之间的关系集中表现在崩落采矿与岩石力学的关系。首先来看岩石力学的概念，岩石力学是一门研究地壳岩石运用，破坏，变形规律的学科。岩石力学是力学的一个重要分支。岩石力学具体的研究方向包括以下几个方面：一是岩石的压力；二是岩石的断裂；三是岩石的稳定性分析；四是岩石的抗力系数；五是岩石的强度；六是岩石的数学模型。岩石力学的重点是有两个：一是对岩性，地下水，构成破坏带，地下水等地质因素和岩石开采方式的研究；二是对岩石的力学性质的研究。加强这两方面的研究对于提升采矿工程的效率具有重要意义。但由于岩石本身具有不确定性且各种要素之间的关系很难用数学模型表达出来，这就给岩石力学的研究带来很大难度。
上文提到岩石力学与崩落采矿的关系非常密切，接下来，笔者就来详细论述岩石力学在崩落采矿中的作用。笔者认为岩石力学在崩落采矿中起着非常关键的指导作用。在崩落采矿过程中首先要对岩体本身的属性有深入了解。只有在了解了岩体本身的属性之后，才能真正高效安全地实现崩落开采。针对岩体特征的了解，我们主要是从岩体的力学特点，断层大小，方向，倾斜角，段层面本身的特点和组成应力；岩石的抗剪强度，抗拉抗压系数，地应力等角度来进行考察。岩体特征考察的主要目的是要考察岩体的可崩性；在确定了岩石可崩性之后接下来就是制定崩落采矿方案，针对崩落采矿方案的制定必须要严格按照相关规定结合岩体本身的特性来进行设计。
随着我国煤炭资源形势日益紧张，我国采矿工程技术获得了迅猛发展。采矿工程技术与力学之间有着很紧密的联系。力学是采矿工程的理论基础，在采矿工程形势日益复杂的今天，加强采矿工程同力学问题分析之间关系的探讨具有非常重要的意义。本文从采矿工程力学与岩石力学，这两个角度探讨了两者之间的关系。由于岩体本身具有不确定性，因而笔者认为加强对岩体力学特性的了解，尤为重要。
参考文献：
[1]吴广，刘兆雷．浅谈采矿工程与力学问题的关系[J].科技资讯，2010(35)．
中图分类号：U448.21+4 文献标识码：A
一、问题背景
悬臂梁作为一种最基本的梁结构，在实际的工程中，被广泛的应用，在工程力学中，其固定端的固定方式都被视为理想的固定端支撑，但是，实际中，固定端的固定方式并不是理想的，例如螺栓固定，焊接固定等。这些不同的固定方式，对梁的约束程度不尽相同，因此，梁的固有频率，必然会受到一定的影响。
二、实验过程
实验采用分组对照实验，按照钢梁的截面，分为三组，分别是10号工字钢、5.6号等边角钢以及12.6号热扎槽钢。实验用固定支座如图1所示。
分别将四种截面的钢梁固定于支座上，通过调节固定端的固定方式，来模拟焊接与螺栓锚固等连接方式。测试其前两阶固有频率。
测试结束后，采用ANSYS 9.0对各种不同的情况进行模拟，并与实际结果相对比。
三、实验结果
改变固定方式前后的各个梁的固有频率分别如表1与表2所示。
一阶固有频率f1/Hz 二阶固有频率f2/Hz
一阶固有频率f1/Hz 二阶固有频率f2/Hz
四、结论分析
从表中数据可以看出，对改变固定方式，对梁的一阶频率的影响较大，这点对于U型槽钢最为明显，而对于二阶频率，则影响不甚明显。因此，在实际的分析中，固定端的不同的约束方式，不能一概的简化为理想固定端计算，就本次实验而言，由于螺栓的约束程度较焊接而言，刚度有所降低，因此，改变连接方式后的梁的固有频率也有所降低，对整体结构的固有频率将会产生不小的影响，所以在实际施工中需要特别注意这种现象。另外需要指出的是，由于实验条件的限制，所测的频率与真实频率存在一定的误差。
参考文献
[1]高淑英，沈火明等.振动力学.中国铁道出版社.2011.
中图分类号：U448
文献标志码：A
文章编号：16744764（2014）02002107
Abstract：it is necessary to balance the failure risk and the maintenance expensive. A methodology for reliability based maintenance optimization of steel bridge welded joints subjected to fatigue is proposed considering linear elastic fracture mechanics （LEFM）， the structure reliability， life cycle cost method and maintenance strategies. The maintenance cost is divided into inspection， repair and failure sections according to the whole life cycle cost methodology. And the maintenance strategy is transformed to the minimum expected lifetime costs with a constraint of the minimum acceptable reliability index. An case concerning to a transverse stiffener of bottom flange welded joint of Qingcaobei bridge is studied with a certain number of simplifications. Some sensitivity analysis is provided. Among all the parameters， discount rate is the most remarkable.
Key words：LEFM； reliability； cablegirder welded anchorage zones； maintenance strategy； fatigue； interest rate； probabilistic optimization
悬索桥吊杆（索）与加劲梁之间的锚固区（通常称为索梁锚固区）是主缆和加劲梁之间的传力构件，是控制加劲梁设计的重要部位。索梁锚固区结构复杂，应力集中，吊杆（索）索力由它传给主梁，其力学性能直接关系全桥的安全[13]。在风与车辆等反复荷载作用下，易发生疲劳破坏。随着中国交通运输业的迅速发展，交通流量不断增加[4]，索梁锚固区更易发生疲劳破坏。
许多大跨度悬索桥修建时对吊索在钢主梁上锚固区域的疲劳性能进行了疲劳试验研究[13，5]。但这些研究大都集中在索梁锚固系统的受力分析与疲劳性能评估，对其养护评估涉及较少。本文基于全寿命养护方法[6]，把桥梁的养护费用分为检测费用、维修费用与失效费用，其中检测费用和维修费用为实际费用，失效费用为风险费用，将线弹性断裂力学（LEFM）、结构可靠度理论、全寿命成本分析法用于焊接钢桥的养护策略，提出了疲劳养护概率优化的方法，以辅助焊接钢桥构件养护决策；通过优化维修时间间隔实现最优的维修费用，并用于悬索桥的索梁锚固系统的疲劳维修示例中。
1基于LEFM的疲劳寿命可靠性评估
在反复荷载作用下，钢构件会出现裂纹，且在荷载作用下不断扩展，易导致疲劳失效[7]。疲劳裂纹扩展的影响因素往往都是随机的，钢构件的疲劳寿命往往具有较大的随机性，因此其疲劳寿命可靠性评估一般采用概率分析的方法[8]。
3.4交通量对疲劳可靠度的影响
随着社会经济水平的不断发展，汽车保有量逐年增长，桥梁承受的交通荷载也会不断地增长，桥梁结构焊接细节所承受的疲劳荷载效应也会持续地增长。在计算服役期内焊接细节的疲劳可靠度时，须将计入疲劳荷载效应的增长。通过蒙特卡洛法模拟计算式（11），则索梁锚固区焊接细节的疲劳可靠度如图7所示。
3.5车辆载重变化对疲劳可靠度的影响
4结论
1）将养护费用分为检测费用，维修费用与失效费用，其中检测与维修费用是实际发生的费用，而失效费用属于风险效应成本，表示疲劳失效可能造成的损失。提出了钢桥焊接构件的疲劳养护优化方法，将养护优化问题变为在构件满足最小允许可靠度的总费用最小的问题。该方法考虑了平均应力、决策者的维修意愿概率和费用成本等多种因素，使分析疲劳养护优化更接近工程实际。
2）在忽略次要因素的基础上，对该疲劳养护优化方法进行了简化，该简化方法简单实用，可操作性强，适用面广。
3）以青草背大桥的主梁的耳板式索梁锚固区的疲劳养护为例，在简化次要参数的基础上分析了检测费用、维修费用、失效费用以及折现率等主要参数对最优检测时刻的影响。
4）结构的可靠度随交通量增长而下降，疲劳养护时刻相应提前。索梁锚固区的焊接细节的疲劳破坏风险随车辆荷载逐年增加而增大，应引起足够的重视。限于篇幅，本文只列举了索梁锚固区疲劳焊接一个细节的养护策略，并未列出其他疲劳细节。多疲劳细节的疲劳养护优化是今后的研究方向。
参考文献：
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【中图分类号】G424 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）9-000-01
基础力学课程是高等院校土木、机械等专业重要的专业基础课，基础力学实验在力学课程中占有重要地位。但是传统的基础力学实验教学仍存在一些问题，主要体现在以下几个方面：第一，部分实验内容陈旧，实验方法与手段缺乏更新，与当前人才培养目标的要求差距较大。第二，验证性演示性实验比例偏大，综合性设计性实验比例太小，实验教学中教师讲解时间较长，学生往往按照教师安排好的步骤进行实验就可以得到数据，而对实验要达到什么目的，为什么要采用预设实验方案，如何利用实验数据证明理论知识等问题思考较少，缺乏能动性。第三，实验所需硬件更新较慢，某些老旧设备台套数较少，状态很差，无法保证正常教学的运行。因此，传统基础力学实验教学状态已经不能在新形势下很好地完成对学生分析能力、实践动手能力和创新能力的培养，其改革已经成为当务之急。本文结合长沙理工大学工程力学实验中心在基础力学实验教学方面所作的改革尝试，进行实验教学改革方面的探索与研究。
1 实验教学改革目标
基础力学实验教学改革目标，抓住实践教学活动的主体始终还是学生，教师在教学活动中占主导地位这个关键，把培养学生的思考能力、实践能力和创新能力作为培养的重点，以建立新的实验教学体系为核心，把教学内容、教学手段、教学方法和实验设备等因素有机联系在一起，从而建立新形势下培养社会急需人才的新教学模式。
2 实验教学改革途径
2.1建立新的实验教学体系
传统的基础力学实验教学模式把是实验教学当成是理论教学的补充和延伸，要求实验课进度紧跟理论教学进度。表面上看实验教学与理论教学紧密衔接，但实质上却降低了实验教学应有的地位，忽视了实验教学做为一个实践环节所具有的自身特点。因为每次实验都是多学科知识的综合运用，如果只强调验证某一理论知识，那么实验教学就变得比较狭隘，造成知识的割裂，不利于学生形成综合的分析能力与实践能力。因此，应将实验课程从理论教学中独立出来，形成独立的实验教学课程和新的实验教学体系。我校已将工程力学实验设置为一门独立的实验课程，16学时，0.5学分，考核方式为全过程动态考核。要求学生实验前做好预习，完成预习报告，课堂中规范地完成实验，教师随堂考核并给出操作成绩，课后完成实验报告。我们对比分析独立设课前后实验教学效果发现，学生进行实验的积极性、主动性增强，对与实验内容和技术相关的工程实际问题，分析与解决问题的能力有明显提高。
2.2采用开放式教学模式
开放式教学能够充分发挥学生学习的主动性，满足每个学生的学习心理需求，使学生的良好个性品质得到充分的发展，有效地培养学生的能力。根据实验教学与理论课程教学的区别，我们打破了班级授课制，分散进行实验，将实验课“以教师为中心”转变为“以学生为主体，教师为主导”，使学生在实验教学这个环节变被动为主动，真正把握好每一次实验机会。我校已经开展了多年的分散式教学模式，学生实验采用实验中心自主研发的“工程力学实验中心预约系统”进行网络预约登记。实践证明，分散式教学首先降低了每组的人数，客观上促使每个学生必须独立动手实验，避免了以前少数同学实验，多数同学旁观的现象。另外，也提高了设备的利用率。
2.3调整实验教学内容
从培养学生的工程素养和能力出发，保留一些传统的经典的基本实验。考虑到电测应力分析实验理论比较成熟，且在工程结构应力分析中使用广泛，因此对其进行了加强。积极开设一些设计性、综合性实验，并且允许学生自己设计实验项目。此外，将基础力学实验教学内容分为“三层次、四模块”。“三层次”即将实验项目按内容难易程度与培养目标划分为“基础”、“综合设计”、“创新提高”三个层次。“四模块”即将实验项目按内容研究方向划分为“力学性能测定实验模块”、“静力行为分析实验模块”、“动力学特性测试实验模块”、“现代力学测试技术模块”四个模块。所有实验项目中又分必做实验和选作实验，由学生根据自身情况选择感兴趣的实验项目。
2.4改造开发实验仪器设备
