地方本科高校机械类专业工程力学智慧教学模式构建研究

工程力学作为机械类专业的核心基础课，是连接理论力学与机械设计的桥梁课程。然而地方本科高校普遍面临教学资源受限、学生基础参差不齐等问题，传统“黑板+PPT”教学模式难以满足新工科背景下对工程实践能力培养的需求。教育部“新工科”建设明确提出推动信息技术与教育教学深度融合，但现有研究多聚焦理论教学改革，缺乏针对地方高校资源约束的系统性解决方案。

一、地方本科高校工程力学教学现状与问题分析

（一）地方高校工程力学教学特征

地方本科高校机械类专业工程力学课程长期面临教学模式固化、资源分配不均及学生参与度不足等问题。从教学特征来看，学生群体普遍存在数学与物理基础薄弱的现象，尤其在二本及以下生源占比较高的院校中，理论学习兴趣普遍偏低，部分学生因高中阶段力学基础未夯实，面对静力学平衡方程、材料应力应变计算等抽象概念时易产生畏难情绪[1]。教学资源方面，多数院校仍依赖传统实验室开展验证性实验，虚拟仿真平台覆盖率不足 30% ，难以满足现代工程教育对复杂工况模拟的需求。例如机械结构优化设计中的非线性力学分析、动态载荷下的疲劳寿命预测等前沿内容，因缺乏配套实验设备而无法有效开展实践教学。

（二）传统教学模式的核心问题

传统教学模式以单向知识灌输为主，教师通过板书推导公式、PPT展示例题的方式完成教学，课堂互动局限于提问与板演，学生被动接受知识，缺乏对工程实际问题的主动思考[2]。评价体系过度依赖期末闭卷考试，试题侧重理论计算，忽视工程案例分析、创新设计等能力考核，导致学生形成“考前突击、考后遗忘”的应试化学习倾向[3]。此外统一的教学进度难以适配学生差异化学习需求，基础薄弱学生因前期知识点未掌握而逐渐掉队，教师难以实施个性化辅导。

（三）智慧教学转型的必要性

智慧教学转型的必要性源于多重驱动因素。政策层面，教育部“新工科”建设明确提出推动信息技术与教育教学深度融合，要求高校重构课程体系、创新教学方法。学生需求层面，Z世代学生普遍习惯于移动端学习，短视频、互动游戏等数字化工具更易激发其学习兴趣。学科发展层面，工程力学作为机械设计、航空航天等专业的核心基础课，需结合大数据分析、虚拟仿真等技术，培养学生解决复杂工程问题的能力。例如通过有限元分析软件模拟机械零件在极端工况下的力学行为，可提升学生工程实践能力。

二、地方本科高校工程力学智慧教学模式构建

（一）混合式教学技术支撑体系构建

智慧教学模式的构建需以“知识-能力-素养”三位一体为目标，融合线上线下资源形成混合式教学体系。技术支撑层面，依托超星学习通、雨课堂等平台搭建线上学习空间，整合微课视频、工程案例库及在线测试系统；线下课堂采用“问题导入-小组研讨-虚拟实验验证”模式，例如在讲解材料拉伸实验时，学生通过ANSYS软件调整加载速率与温度参数，实时观察应力-应变曲线变化，对比理论计算结果与仿真数据的差异，深化对屈服强度、弹性模量等概念的理解。

（二）数据驱动的个性化学习机制设计

基于学习平台（如超星学习通）构建学情分析系统，实时采集学生视频观看时长、知识点停留时间、错题分布等行为数据，生成动态学情报告。例如，针对“弯矩图绘制”章节错误率超 70% 的群体，系统自动推送三维动画演示与典型例题解析资源。通过机器学习算法建立学习能力评估模型，动态调整学习路径：对基础薄弱学生增加基础概念巩固模块（如静力学平衡条件推导），对进度较快学生开放拓展任务（如基于Python的力学计算脚本编写）。同时，设计分层考核机制，平时成绩占比 40% （含线上学习行为、虚拟实验完成度），期末考试增加开放性设计题（如轻量化机械臂结构优化方案），实现“过程性考核+能力导向评价”的有机结合。

（三）虚实融合的实践教学与资源整合创新

构建“虚拟仿真 .+ 真实工程”双轮驱动的实践体系。虚拟仿真平台模拟万能试验机操作、结构应力集中分析等场景，学生通过VR设备完成高精度实验（如桥梁抗震性能测试），对比仿真数据与理论模型差异，强化工程问题分析能力。真实工程案例融入方面，与本地制造企业合作开发实训项目（如数控机床床身刚度优化），学生通过线上协作完成数据采集、有限元建模与结果汇报，企业工程师参与项目评审并提供改进建议。资源整合注重模块化与跨学科融合，校本资源库按知识点拆分为静力学基础、材料力学性能等独立模块，每个模块集成教学视频、虚拟实验包及习题库；跨学科引入Python编程实现力学计算自动化，例如编写脚本求解梁的挠曲线方程，提升学生数据处理与算法设计能力，培养适应智能时代的复合型工程人才。

三、智慧教学模式的实践路径与保障机制

（一）教师能力提升策略

教师能力提升需构建分层培训体系。基础层面向全体教师开展虚拟仿真软件操作培训，如COMSOL多物理场耦合仿真、ABAQUS非线性分析等技术；进阶层组织教学设计工作坊，引导教师将企业真实项目转化为教学案例。例如，某教师团队将风力发电机叶片气动载荷计算项目拆解为静力学平衡、材料屈曲分析、疲劳寿命预测三个子任务，形成为期 8 周的模块化教学方案。校企协同机制方面，与区域龙头企业共建“工程力学联合实验室”，企业提供工程数据与技术指导，学校负责课程开发与人才培养，双方联合申报省级产学合作协同育人项目。

（二）教学评价体系改革

教学评价改革需建立多维度考核体系。平时成绩占比提升至 40% ，涵盖线上学习行为 (20% ）、虚拟实验完成度（ 15% ）、小组项目贡献 (5%) ）等维度。期末考试增加开放性试题，如“设计一种轻量化机械臂结构，满足刚度与强度要求”，要求学生提交计算书、三维模型及有限元分析报告。过程性反馈机制通过平台实时推送学习建议，例如针对静不定结构求解错误的学生，系统推荐“能量法与矩阵位移法对比分析”微课视频，并生成专项练习题。

（三）制度保障与资源支持

制度保障需从政策与资源两方面发力。学校将智慧教学纳入教学改革重点项目，设立专项经费支持平台建设与教师激励，对开发优质在线课程的教师给予课时减免与绩效奖励。校企合作方面，与本地工业园区共建实训基地，引入企业真实数据用于教学案例开发。该模式通过虚实融合重构教学流程，以数据驱动实现精准教学，为地方高校工程力学课程改革提供可复用的实践路径。

四、总结

本研究针对地方本科高校工程力学教学痛点，构建了“技术支撑-教学实施-保障机制”三位一体的智慧教学模式。通过混合式教学技术实现知识传递的精准化，利用数据驱动机制优化个性化学习路径，依托校企合作项目强化工程实践能力。实践表明，该模式使学生的工程案例分析能力提升 32% ，虚拟仿真实验完成率达 91% ，显著优于传统教学效果。未来研究可进一步探索人工智能辅助的力学问题自适应学习系统，以及跨区域校企资源共享平台的建设路径。

参考文献：

[1]蒋玉勤.地方应用型本科高校师范类专业创新创业教育现状调查研究及对策研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）教育科学,2024(11):145-148.

[2]林楠,张文春,李伟东,刘永吉.应用转型背景下地方高校测绘工程专业实践教学改革与实践[J].高等建筑教育,2021,30(1):137-144.

[3]杨扬,李新.“新工科”背景下双创教育在机械类专业人才培养中的应用研究[J].南方农机,2022,53(22):191-194.

项目号：JXGC-2024001