新工科背景下的“工程力学”一流本科课程建设
苏晓星税国双
［摘要］在为国家培养面向未来高科技创新的专业人才与领军人才的战略性需求的推动下，全国范围内各级各类高校都在开展新工科建设，工程力学作为传统学科及工科专业的基础，也应积极进行教学改革创新探索，以更好地服务高等教育变革。以新工科建设为背景，介绍北京交通大学“工程力学”本科专业课程的基本情况，详细介绍了“工程力学”课程在课程体系、教师队伍、教学方法与教学手段以及課程思政建设方面的具体经验和思路，以期为一流本科课程建设提供参考。
［关键词］新工科；工程力学；课程建设；课程思政
［基金项目］2022年度北京交通大学教改项目“‘工程力学一流本科课程建设”
［中图分类号］G642.3［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）26-0001-05［收稿日期］2023-01-17
进入新时代，全世界正在经历以全面智能化和信息化为特征，以基因工程、量子信息、新材料、新能源、移动互联网等新兴技术为代表的新一轮科技革命和产业变革，促进几乎所有工业领域全方位的变革和创新，在短时间内极大地改变了人们的生产和生活方式。另外，在科技突飞猛进发展的同时，人们还需面对资源与能源危机、环境污染、全球变暖、公共卫生危机等，亟须产业结构的调整与优化升级。教育是科技的基础，科技进步和产业结构的调整与升级必然影响教育方式、内容及理念的变革，特别是与技术人才培养联系最为紧密的工科教育。近几年来，教育部积极推进作为“卓越工程师教育培养计划”升级版的新工科建设，主动应对新一轮科技革命与产业变革，为创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家重大战略提供服务支撑。从“复旦共识”到“天大行动”，再到“北京指南”，新工科建设的内涵和外延逐渐清晰，全国范围内的各类高校都在结合自身特点和优势如火如荼地开展新工科建设，打造新形势下领先世界工程教育的中国模式，为全世界工程教育进步贡献中国经验，为新时代的科教兴国和高等教育强国建设贡献力量［1-2］。
发展新工科专业和改造升级传统专业是新工科建设的两个主要方面。新工科专业一般指与新兴产业密切相关的专业，比如区块链、云计算、大数据等以工业智能和互联网为核心的专业，新能源科学与工程等以解决资源与环境问题为目标的专业，智能材料与结构等以发展新材料为目标的专业。学科交叉融合和产学研一体化培养模式是新工科专业的两个主要特征，为探索孵化和发展新兴专业的新模式。2020年5月，第一批未来技术学院被教育部批准在12所领军高校予以建设。除了积极培育新工科专业外，改造升级传统工科专业同样重要，各行各业皆已被新一轮科技和产业革命全面渗透，传统学科为适应新发展也需要做出调整。作为一门传统学科，力学的历史久远，是自然科学和工程技术领域的基础支撑。杨卫院士指出：“力学源于工程且高于工程，旨在发掘蕴含在工程中的基本规律和定量设计准则，为航空、航天、船舶、机械、材料、土木、水利、能源、化工、电子、信息、生物医学工程等发展提供解决关键技术问题的理论和方法。”［3］在国家现代工程和经济建设中，力学大有用武之地，力学也因新兴产业发展而不断出现新生长点，比如力学与医学、太阳能电池、人工智能等领域的交叉，因此人们不断地从外延与内涵上对传统力学进行升级和改造。另外，由于创新型多元化的人才培养目标、工程教育新理念及教学技术信息化的普及，促使我们必须进行相应的力学教学改革。对此，本文在课程内容设置、教学方法、实验实习、课程思政等诸多环节进行改革创新，从而更好地为新工科建设服务，对“工程力学”这门作为众多工科专业的必修基础课来说，是当下的紧迫任务［4］。
一、“工程力学”课程基本情况
“工程力学”系列课程是北京交通大学力学系为交通运输工程、机械工程、土木工程以及环境工程等工科本科专业开设的必修基础课。尽管不同专业在该课程的教学内容侧重点和学时安排上有所不同，但教学目的基本相同，都是使学生掌握静力学的基本概念、理论及物体受力分析和求解物体平衡问题的一般方法；掌握运动学、动力学的基本概念和理论及对质点和刚体进行运动分析的一般方法；掌握材料力学的基本概念和理论及构件的强度、刚度和稳定性分析与计算的一般方法。另外，还结合了主要针对材料力学基本变形部分的实验教学，使学生加深对材料力学理论知识的理解。学生通过对该课程的理论学习与实验训练，奠定了较为扎实的力学知识基础，有利于较为全面地培养学生的计算分析能力、综合运用力学知识解决实际工程问题的能力及动手实验能力。目前，北京交通大学力学系教学团队在“工程力学”系列课程建设中取得了较为丰硕的成果，“工程力学”课程被评为国家级精品资源共享课程，出版了北京市精品教材《工程力学》［5］及北京市高等教育精品立项教材《静力学》［6］《运动学与动力学》［7］和《材料力学》［8］