基于工程實(shí)踐的工程力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐

邸海燕

（西安外事學(xué)院，西安 710077）

1 工程力學(xué)教學(xué)中存在的不足及產(chǎn)生的原因

工程力學(xué)是高職建筑工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是學(xué)生從基礎(chǔ)課到專業(yè)課學(xué)習(xí)的重要橋梁。然而大多數(shù)學(xué)生開始就反映比較抽象、難學(xué)，覺得學(xué)了沒用，沒有學(xué)習(xí)興趣。分析其出現(xiàn)的原因主要有，一是建筑工程技術(shù)專業(yè)旨在培養(yǎng)建筑施工一線的技能型人才，而現(xiàn)有的高職教材僅注重理論的講解，教材中的例題、習(xí)題多是經(jīng)過簡(jiǎn)化和加工后的計(jì)算題，缺乏工程背景的介紹，且與后續(xù)專業(yè)課程聯(lián)系較少，鮮有適合培養(yǎng)技能型人才的教材。二是民辦院校大多辦學(xué)時(shí)間較短，教師隊(duì)伍中多為近幾年引進(jìn)的青年教師，大多數(shù)青年教師畢業(yè)后直接走上講臺(tái)，缺乏工程實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)，以致不少教師授課時(shí)只重視力學(xué)知識(shí)本身的傳授，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考、分析解決工程實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。如何在教學(xué)過程中脫離枯燥無味、形成基于工程實(shí)踐應(yīng)用的力學(xué)知識(shí)體系，將直接影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果，也會(huì)影響學(xué)生今后工作中處理實(shí)際工程技術(shù)問題的能力。筆者根據(jù)自己近幾年的授課經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)工程力學(xué)教學(xué)中存在的不足之處，提出了具體培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的教學(xué)方法和措施，為今后工程力學(xué)課程的教學(xué)改革提供一些參考。

2 學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)方法和建議

2.1 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)專業(yè)意識(shí)

興趣是最好的老師。上好第一節(jié)課對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)課程的興趣很重要，在緒論里面可以穿插講解實(shí)際生活中常見的與力學(xué)有關(guān)的例子。如我國漢代“馬踏飛燕”雕塑，飛奔的駿馬之所以能用一只蹄穩(wěn)穩(wěn)地踏在飛燕上是因?yàn)轳R重心的豎直線能通過飛燕，顯然雕塑的重心經(jīng)過了極其周密的計(jì)算，將奔馬的奔騰不羈之勢(shì)與平實(shí)穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu)凝為一體。自然總是建造最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，處處體現(xiàn)力學(xué)的合理性，如竹子、麥稈、蓮蓬稈等為抵抗風(fēng)引起的倒伏都把有限的材料用在刀刃上，選擇了合理的空心圓截面，既提高了抗彎性能，又提高了自身穩(wěn)定性。另外竹子每隔一段生出一個(gè)竹節(jié)，相當(dāng)于一空心圓截面桿件增加了多個(gè)中間約束，因而大大增強(qiáng)了竹子的穩(wěn)定性，這就是竹子能在風(fēng)雪中挺拔不折的重要原因。通過這些與力學(xué)有關(guān)的例子激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這種學(xué)習(xí)興趣可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為學(xué)生求知的動(dòng)力。

2.2 教學(xué)中引入工程背景知識(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析、思考、解決實(shí)際工程問題的能力

力學(xué)與工程密切相關(guān)。如果工程力學(xué)的每個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)都能將其相關(guān)工程背景知識(shí)引入課堂加以講解和說明，學(xué)生看到他們已掌握的力學(xué)知識(shí)能夠解決實(shí)際問題，以后工作中能用得到，學(xué)習(xí)才會(huì)有積極性。“問渠哪得清如許，為有源頭活水來”，只有在教學(xué)中不斷引入新的教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法，通過教師正確引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，進(jìn)一步獲得提高工程實(shí)踐能力的思路和方法，才是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的源頭活水。

2.2.1 結(jié)合工程背景知識(shí)講解重要知識(shí)點(diǎn)

下面針對(duì)工程力學(xué)課程中的一些重要知識(shí)點(diǎn)略舉幾例加以介紹在教學(xué)中如何通過工程背景知識(shí)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的掌握和工程實(shí)踐能力的提高。

支座，教材中固定端支座、固定鉸支座及可動(dòng)鉸支座等支座形式都經(jīng)簡(jiǎn)化后直接給出，僅介紹其約束性質(zhì)，學(xué)生不知道實(shí)際工程中支座該怎樣簡(jiǎn)化，教師可以用常見的工程實(shí)例加以引導(dǎo)。首先必須了解約束的實(shí)際構(gòu)造，進(jìn)而判定它與哪種約束性質(zhì)基本相同，并將它簡(jiǎn)化為與之相應(yīng)的典型約束形式。例如梁端被牢牢的嵌固在柱中時(shí)，柱限制梁的線位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，其對(duì)梁的約束可視為固定端支座。鋼筋混凝土廠房預(yù)制柱插入基礎(chǔ)較深且四周又用混凝土與基礎(chǔ)澆筑在一起，柱下端嵌固的很牢固，不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和任何方向的移動(dòng)，亦可視為固定端支座。鐵路橋梁中橋臺(tái)處梁的支座可簡(jiǎn)化為固定鉸支座，橋墩處可簡(jiǎn)化為可動(dòng)鉸支座，這種支座的優(yōu)點(diǎn)是梁可適應(yīng)溫度變化引起的伸縮。我國大量建設(shè)的輕型門式剛架房屋，其柱腳沒有吊車時(shí)可簡(jiǎn)化為固定鉸支座，有吊車時(shí)因需防止廠房因水平側(cè)移過大引發(fā)吊車卡規(guī)，這時(shí)實(shí)際工程一般簡(jiǎn)化為固定端支座。鋼結(jié)構(gòu)體育館柱腳采用銷釘連接時(shí)其支座約束形式可認(rèn)為是固定鉸支座。教師在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上，通過將大量的工程背景知識(shí)引入課堂教學(xué)，一步一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入問題的本質(zhì)，使學(xué)生思路打開、思維變得靈活，學(xué)生便逐步學(xué)會(huì)將已有知識(shí)與工程實(shí)際聯(lián)系起來。

扭轉(zhuǎn)，教材中有關(guān)扭轉(zhuǎn)的教學(xué)內(nèi)容大多偏于機(jī)械專業(yè)，引起桿件扭轉(zhuǎn)的力偶都是集中力偶，不完全適合建筑工程技術(shù)專業(yè)工程力學(xué)的教學(xué)，而房屋建筑工程中常見的雨篷其雨篷梁在雨篷板荷載的作用下承受的是分布扭矩，教材中沒有這樣的例子。教學(xué)中應(yīng)補(bǔ)充這些例子讓學(xué)生思考，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題的能力，這樣以利于學(xué)生理論和實(shí)踐的結(jié)合。

壓桿穩(wěn)定，比如在講壓桿穩(wěn)定前，介紹兩個(gè)工程事故以增加學(xué)生對(duì)壓桿穩(wěn)定重要性的認(rèn)識(shí)。1907年在加拿大境內(nèi)首建的Quebec鋼橋在施工中因下弦壓桿穩(wěn)定性不足突然全部墜入河中，造成75名員工遇難的重大工程事故。2011年西安某建筑工地發(fā)生因腳手架受壓失穩(wěn)倒塌造成十幾人死亡的重大安全事故。結(jié)合這兩個(gè)重大安全事故講解受壓桿件若不能滿足穩(wěn)定要求會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，并對(duì)今后的工程實(shí)踐能力打下基礎(chǔ)。教學(xué)應(yīng)當(dāng)為學(xué)生培養(yǎng)和積累工程實(shí)踐能力打基礎(chǔ)，教學(xué)中應(yīng)使學(xué)生逐步明確在今后的工程實(shí)踐中自己應(yīng)該干什么、怎么干，明確職業(yè)的使命感和責(zé)任感，樹立起較強(qiáng)的工程責(zé)任意識(shí)。

2.2.2 加強(qiáng)與其它課程的聯(lián)系

圖1 擋土墻背后總側(cè)壓力分布

工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)應(yīng)貫穿到相關(guān)的課程中去。工程力學(xué)中的一些概念、原理看似簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用豐富。筆者后來在土力學(xué)及地基基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生應(yīng)用已有力學(xué)知識(shí)解決相關(guān)問題的能力很欠缺。例如當(dāng)擋土墻后有幾層不同性質(zhì)的土層或墻后填土有地下水時(shí)墻背的總側(cè)壓力分布形式為復(fù)雜幾何圖形，如圖1所示。總側(cè)壓力E作用點(diǎn)的位置學(xué)生就不知道怎樣計(jì)算，其實(shí)可以用工程力學(xué)課程中組合法求截面形心位置的知識(shí)點(diǎn)來求解。加強(qiáng)與其它相關(guān)課程之間的聯(lián)系需要授課老師具有豐富的專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)以課程中重點(diǎn)內(nèi)容和學(xué)生已有知識(shí)為基礎(chǔ)，課堂上多加引導(dǎo)、啟發(fā)思維，早點(diǎn)讓學(xué)生接觸到工程力學(xué)在相關(guān)課程應(yīng)用的例子，這對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)非常有幫助。

再如組合變形這一章書上的偏心受壓組合變形的例子多以煙囪、水塔、工業(yè)廠房的牛腿柱等為研究對(duì)象，截面應(yīng)力計(jì)算公式見式1。學(xué)生在后續(xù)土力學(xué)課程中接觸到基礎(chǔ)在上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載和水平向風(fēng)荷載、地震作用的共同作用下，基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力的計(jì)算公式來源于工程力學(xué)中短柱的偏心受壓，此時(shí)教材上公式的符號(hào)發(fā)生變化見式2，學(xué)生就覺得很陌生，認(rèn)不出其真面目了，如果老師能早點(diǎn)引入基礎(chǔ)壓應(yīng)力的計(jì)算例子，學(xué)生就能夠豁然開朗。其實(shí)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)只是在原來的基礎(chǔ)上往前邁了一小步，只要老師稍加引導(dǎo)，學(xué)生就能真正體會(huì)到學(xué)以致用的快樂。

2.3 提高教師自身發(fā)展

一所高等院校的定位和特色要靠教師來實(shí)現(xiàn)，一所高等學(xué)校的質(zhì)量最終取決于教師的水平，從根本上、長(zhǎng)遠(yuǎn)上來說，更重要的是要重視大學(xué)教師的自我發(fā)展。在當(dāng)今高校生源不足的情況下，民辦高校必須突出自己的特色才能有更好的的發(fā)展。俗話說“打鐵還需自身硬”，教師應(yīng)該不斷地加強(qiáng)自己的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力水平，不光是基礎(chǔ)理論知識(shí)，還在實(shí)踐技能上要有更高的要求，應(yīng)利用一切可以利用的機(jī)會(huì)深入生產(chǎn)一線熟悉與土木工程相關(guān)的勘察、設(shè)計(jì)及施工等方面的知識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)；需不斷提高自己的教學(xué)能力和講課魅力，使自己擁有的知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生所能掌握的知識(shí)、技術(shù)，為學(xué)生以后從事相關(guān)的職業(yè)做好準(zhǔn)備；需要不斷提高自身的職業(yè)道德，水到渠成地發(fā)揮課程育人的作用。

總之，講好工程力學(xué)課需要教師不斷地豐富自己的專業(yè)技術(shù)水平和工程實(shí)踐能力，更需要熱愛教育事業(yè)，為教育事業(yè)甘于奉獻(xiàn)，才會(huì)培養(yǎng)出社會(huì)發(fā)展所需要的人才。

[1]張亞紅，韓省亮等.對(duì)工科理論力學(xué)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[C]//力學(xué)課程報(bào)告組委會(huì).力學(xué)課程報(bào)告論壇文集2008.北京高等教育出版社，2009：193

[2]王珂晟，薛春芳.工程力學(xué)課程育人功能的發(fā)掘與探索[J]《力學(xué)與實(shí)踐》2010年第1期

[3]潘懋元，董立平.關(guān)于高等學(xué)校分類、定位、特色發(fā)展的探討

[J]《教育發(fā)展研究》2009年第2期