工程教育背景下理論力學課程教改探索

丁點點，張 生

工程教育背景下理論力學課程教改探索

丁點點，張 生

(宿州學院，安徽 宿州 234000)

基于2012級土木工程專業理論力學課程教學問卷調查結果，結合教學經驗和體會，分析和總結了理論力學教學中存在的問題，在2013級土木工程專業試點從教學內容、實驗教學、教學方法和考核方式等方面對理論力學課程進行教學改革，使其更適用于應用型人才培養模式下的教學。

理論力學;教學內容;實驗教學;教學方法;考核方式

一、引言

理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學。該課程主要包括三部分內容:其一是靜力學—主要研究物體受力平衡的原理，物體的受力分析和在平衡狀態下求解未知力;其二是運動學—主要研究物體運動的軌跡，物體運動的速度、加速度等，但忽略引起物體運動的物理原因;其三是動力學—主要研究質點和質點系的運動和其受力之間的關系。

理論力學是土木工程專業的一門專業基礎課，它是后續專業課(材料力學、結構力學等)的基礎，是一門理論性較強的課程，教學內容包括大量的原理和公式，學習本課程需要學生具有良好的數學和物理基礎。本文基于在2013級土木工程專業進行理論力學課程教改試點，探索在工程教育背景下如何開展理論力學課程的教學。

二、理論力學教學中存在的問題

1.理論性強，內容抽象

基于對2012級土木工程專業學生《理論力學》課程教學的問卷調查，結果顯示64.3%的學生認為理論力學課理論性強，學習有難度;20.3%的學生認為該課程難度一般，部分內容掌握不理想;僅有15.4%的學生認為該課程內容較簡單。由于該課程需要一定的數學、物理基礎和較好的邏輯能力，調查結果顯示有87.5%的學生對公式的推導感覺吃力，僅有12.5%的學生能夠自行推導出相關公式。教學內容有一定的難度，學生容易產生畏難情緒，影響學生學習的積極性。

2.實驗教學模式單一

目前我校土木工程專業理論力學課程課內實驗有摩擦因數的測定及復擺轉動慣量的測定。之前該課程實驗教學均是演示型實驗，即實驗老師講解實驗原理，然后親自操作，學生按照老師操作的過程再模擬一次，這種教學模式較為古板，缺乏了教師和學生之間的互動，學生在實驗課堂教學一直處于被動的角色，沒有充分發揮學生的主觀能動性，與提高學生工程素養的目標不符。

3.教學內容與工程實踐脫節

目前理論力學課程共54學時，其中理論教學48學時，實驗6學時。課程內容包含靜力學、運動學和動力學三塊，共14章，學時少，內容多，課堂教學僅能講授教材內基本的理論知識，無法拓展和工程實踐相關的教學環節，使得教學內容與工程實踐脫節，不滿足工程教育背景下課程教學的要求。

4.考核方式亟待改革

該課程一直采用傳統的考核方式，即期末考試成績占70%，平時成績占30%。部分學生只是為了應付考試選擇考前突擊復習，另外，這種傳統的考試方式容易造成學生過于在意考試結果，不注重平時的學習和知識的積累，造成高分低能現象的出現。

三、理論力學教學改革措施

針對以上總結的問題，課題組教師赴安徽建筑大學、安徽理工大學、合肥工業大學等學校學習該課程的教改經驗，并結合宿州學院應用型人才培養模式的特點，在2013級土木工程中試點理論力學教學改革，教學改革措施主要從以下幾個方面進行。

1.調整教學內容

理論力學靜力學部分中的靜力學公理、物體的受力分析和摩擦等知識點，動力學部分中的動量與沖量、動量定理、動能定理等內容學生在高中物理和大學物理中都有接觸，因此這些學過的部分，可以簡單的復習一下即可，壓縮理論教學學時，增加工程實踐應用的教學。在教材內容講解基礎上，介紹常用數值計算軟件，比如常用的計算軟件Matlab，理論力學中部分計算比較繁瑣，利用Matlab軟件不僅可以簡化計算時間，同時可以實時顯示分析的過程，有利于培養學生的力學思維，為學生以后解決實際的工程問題奠定基礎。

2.試行互動式、開放式實驗教學模式

教學環節不應該只是以教師為主體，而應該是教師和學生互動的過程，在13版土木工程專業人才培養方案中將理論力學課程實驗類別修改為設計型，對于設計型實驗，老師僅給出實驗的方向，讓學生自己提前設計實驗的思路，經與老師討論方案可行后，方可自己動手操作實驗，中途如有問題及時找老師或同學共同商討解決問題的辦法，最后獨立完成實驗結果的分析和實驗報告的撰寫，使學生學習由被動變主動，調動了學生學習的積極性。

對于2013級學生，我們開設了開放式實驗教學環節，宿州學院—安徽省煤礦勘探工程技術研究中心現有多口力學實驗室，機房裝了相關的計算軟件，機房對每一位學生都敞開大門，只要學生有好的想法，并且思路是可行的，再征得教師許可情況下，均可以到機房利用實驗室現有設備和軟件解決問題，盡可能讓學生的想法轉化為具體的成果。

指導學生利用現有實驗室資源和教學資源，參加力學競賽，如全國大學生周培源力學競賽、力學與實踐競賽等，鼓勵學生撰寫小論文，培養學生的科研能力和創新意識。

3.優化教學思路

基于學生問卷調查的結果，針對理論性較強，公式推導難度大的特點，教師在授課過程中改變教學方法，結合生動的生活實例講解理論知識，增強知識的趣味性，例如在講授摩擦滾動力偶矩這一節時，將一個籃球放置于講臺，通過演示讓學生思考為什么籃球的滾動比滑動容易?利用這樣一個例子引出本節的內容，吸引學生的注意力，最后通過公式推導得出結論:使球體滾動所需的水平力比使其滑動所需的水平力要小得多，合理地解釋了滾動比滑動容易的原因。學生不僅能夠輕松地記住知識點，同時也培養他們學以致用的能力。

生活中還有很多實例可以利用理論力學的知識點解釋，學生可以通過歸納、總結凝練出自己的想法，借助宿州學院大學生科研立項平臺，有助于培養學生解決實際問題的能力。

4.改革考試模式

在13級土木工程專業，試點理論力學課程考試改革，考核方式為:平時出勤和作業成績占20%，課堂討論占10%，實驗成績占20%，期末考試成績占50%。其中實驗部分考核來源于工程實踐問題，工程實踐問題往往是綜合性的問題，主要考察學生綜合素質，學生不僅需要有扎實的理論基礎，還要有活躍的思維和創新的意識，最后以大作業的形式提交。期末考試試卷不再是單一的理論計算，為了培養學生的應用能力，增加主觀題比重，例如讓學生利用所學知識對某一個實際問題進行解釋，開發學生的發散思維能力。

四、結語

應用型人才培養模式要求學生具備解決實際工程問題的能力，具體到理論力學這門課，就是要求學生會用理論力學中的原理解決實際問題，因此在教學過程中就要思考如果培養學生的工程素養。在2013級土木工程專業開展理論力學課程的教改正是基于應用型人才培養的一次嘗試。

課程改革并不是一蹴而就的，需要反復的探索和實踐，這些改革仍然存在一些問題，一是實驗考核部分學生完成的效果并不理想，和預期有一定差距;二是改革后的理論課程教學對于基礎薄弱的學生來說稍顯吃力。今后，課題組將繼續開展并深化理論力學課程的教學改革，以期培養更多具有創新意識和解決工程實際問題能力的應用型人才。

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