基于工程化思想的土建類專業材料力學課程改革研究

朱云輝等

摘要：

材料力學是高等學校土建類專業本科學生一門必修的專業基礎課程。文章在分析“三本”土建類專業學生材料力學教學現狀的基礎上，提出了課程教學的工程化思想，并通過教材選擇及教學大綱優化、“填充式”講義編寫及應用、教學實例庫建設及工程實例兩階段講解，以及增設課程實習環節等幾個方面，研究基于“工程化”思想的材料力學課程教學體系。2011年以來的授課過程中，學生的學習興趣和學習成績不斷提高，一定程度檢驗了此課程體系的教學效果，也從另一側面表明基于“工程化”思想的課程體系更加適于三本土建類專業學生的實際狀況。

關鍵詞：材料力學；工程化思想； 教學實例庫； 填充式講義

中圖分類號：G6423；TU501 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）02005003

材料力學是高等學校土建類專業必修的一門專業基礎課程。課程基本理論是在滿足強度、剛度、穩定性的要求下，以最經濟的代價，為構件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，為構件設計提供必要的理論基礎和計算方法[1]。通過本課程的學習，學生可具備一定的土木工程材料設計、選用及構件失效分析的能力，并可直接應用課程知識解決工程實際問題，從而提高工程實踐能力。作為土建類專業課學習的基礎課程，材料力學具有理論嚴密、邏輯性強、與實踐結合緊密的特點，在土建類學科課程體系及專業發展中舉足輕重，從而受到廣大院校及授課教師的高度重視，也從課程教學等不同側面開展研究工作，一定程度豐富了材料力學課程教學體系，提高了教學質量[2-4]。

從溫州大學甌江學院第三批土建類本科學生的實際情況出發，在分析材料力學實際教學情況及存在問題的基礎上，提出了工程化課程體系的思想，從教材選擇、教學大綱內容優化、建設教學實例庫及填充式講義的編制及應用等方面改革材料力學課程體系，并形成系統化的教學思想和教學材料。通過近幾年的教學實踐，課程教學體系不斷完善，課程的教學效果得到了一定程度的提升，為學生后續專業課程學習奠定了更加堅實的基礎。

一、土建類專業材料力學課程教學現狀

（一）生源現狀

溫州大學甌江學院作為溫州大學的獨立學院，主要招生對象為第三批本科學生，每年招生土建類專業學生200人。從平均角度而言，三本學生在知識基礎、綜合素質、學習興趣及主動性方面都不及一本及二本同專業學生。因此，課程授課要在充分提升學生學習興趣、調動學生學習積極性的基礎上開展。

（二） 材料力學課程的專業學習基礎

根據教學培養計劃，材料力學課程在大二上半學期開設。在此之前，學生僅通過認識實習實踐環節、工程材料及土木工程概論課程，初步接觸到土木工程專業的基礎知識，但對結構型式、結構受力等深層次的內容尚未理解。因此，學生在材料力學課程的學習過程中，難以將授課內容與工程實際建立起聯系，容易僅看到課程枯燥的理論內容，從而失去課程學習的興趣。因此，授課過程中，建立理論與工程實際的結合點，讓學生看到所學內容的實用性，有利于提升學習興趣和主動性。

（三） 材料力學授課現狀

在2009—2010年度第一學期之前，由于缺乏適合三本學生的教材，在授課過程中采用與二本學生相同的教材、教學大綱及授課方法。但由于生源素質的差異，課程效果并不十分理想，影響學生后續專業學習和發展。

從上述情況來看，材料力學課程授課存在與三本學生實際需求不符的現象，不利于學生的專業學習和職業發展，亟需

找尋適于三本學生的課程教學方法及思路。2009年后，經過學院材料力學教學團隊近四年來的教學實踐和探索，提出了“工程化”的課程教學思想，不斷完善后形成了適于三本學生實際的材料力學課程教學體系，在教學過程中取得了一定的效果。

二、材料力學 “工程化”課程改革思想

（一）調整授課教材和優化教學大綱

教材和教學大綱是課程教學綱領性文件。為了實現課程教學工程化思想，首先要使學生能夠掌握課程理論內容與工程實踐的結合點，如土木工程領域構件拉伸和壓縮的知識主要在工程實踐的哪些構件上應用等。有了這些明確的結合點，學生會直接感受到理論知識的實用性，一定程度提升學習的興趣。為此，課程組將授課教材更換為邱棣華教授主編的《材料力學》[1]（高等教育出版社出版，教育科學“十五”國家規劃課題研究成果）。該教材以“應用型”為基本思想，每章都以工程實際構件舉例作為出發點，使章節內容的工程應用具有明確的指向，符合“工程化”課程教學改革的思想。

在此基礎上，從工程化的角度出發，結合三本學生理論學習基礎薄弱，實踐學習興趣大，未來就業多在技術崗位等特點，對教學大綱內容進行調整。在專業委員會課程大綱內容的基礎上，加強了軸向拉伸與壓縮、扭轉、彎曲內力、彎曲應力及彎曲變形等實踐中應用度高的內容要求。同時，把能量法、交變應力及材料在彈塑性狀態下的強度計算等難度較大、實踐應用具有特定性的內容降低到“知其理論、曉其應用”的程度。教學大綱的修改，使課程內容與工程實際結合更加緊密，對三本學生而言更加具有針對性。

（二） 采用基于“填充式”講義的授課方法

在材料力學的授課過程中，“課堂上教師講學生聽、課后學生練教師改”是常規的授課方式。由于教與練的不同步性，使課程學習按照“教師教—學生聽—課后練—發現問題—教師糾正”的過程展開。在這種授課模式下，學生對掌握偏差的

知識點糾偏過程漫長，同時對學生課堂學習積極性、課后練習主動性提出了很高的要求。針對三本學生課程學習興趣不強、上課注意力集中度差、缺乏課后練習主動性等問題，課程組研究編寫“填充式”講義，并應用于教學過程中?；凇疤畛涫健敝v義的授課方法是在教師進行PPT授課的同時，印發與PPT授課內容同步的講義。講義主要包括授課內容要點和例題解答，使學生能掌握知識框架及要點，并能在教師完成知識點講解后，采用講義進行同步練習。講義對例題解答過程部分采用填充式編寫，即僅顯示例題的主要解答步驟及非關鍵性的解答內容，對構建計算式、套用公式、關鍵參數選取等關鍵內容采用填空方式讓學生完成。在學生完成填充式練習后，教師通過PPT講解正確答案。從教學實踐來看，因例題已顯示內容的導向作用，非常有利于學生對知識點的掌握及題目解答過程的規范化。同時，“填充式”講義的編寫和應用，在充分調動學生學習積極性的同時，也使教與學在課堂內同步完成，縮短了知識點的消化過程，使學生課后練習更具針對性和有效性。

（三） 建設教學實例庫，加強授課過程中工程實例的講解

基于“應用型”的教材和教學大綱內容，授課教師在實踐過程中對材料力學理論知識的實踐應用進行了系統的歸納和整理，形成了與章節理論知識點相對應的教學實例庫，包括工程圖片、動畫及錄像等。工程圖片主要是對應于某一理論知識點的構件，如：與構件受拉內容對應的工程圖片包括桁架下弦桿、懸索橋懸索等。實例庫的動畫及錄像主要是針對構件拉伸實驗、復雜變形實例變形過程等。在授課過程中，除了在講授理論知識點時適時播放動畫或錄像，使學生更加直觀理解課程內容外，對實例庫中的工程實例圖片采用兩階段講解方法，進一步加強理論知識點與實踐的結合。兩階段講解方法是：在章節引言部分，首先介紹本章節的理論內容，然后結合教學實例庫實例，對這些理論內容在工程實踐中的應用進行初步講解，使學生清楚知道本章節學習的內容主要用在工程實踐的哪些方面，并提出在這些構件分析時需要解決的問題，使學生帶著問題參與課程學習活動。在章節理論知識講解完畢后，對前言中講解過的工程實例進行詳細講解，主要是應用本章節理論內容具體分析前言部分講解的實例，使學生在掌握理論知識的同時，一定程度上提高應用理論知識解決實際問題的能力，以及具體構件的分析能力。

（四）設置課程實習環節，提高學生的工程實踐認知

為解決學生工程實踐認知能力薄弱的問題，在授課過程中設置6個學時的工程現場實習環節。在緒論部分理論內容講解完成后，通過現場實習，讓學生了解與課程內容對應的工程構件實際狀況。在后續授課過程中，根據課程進展，通過現場實習的方式加深學生對理論知識與實踐結合點的認識，并對理論與實際的差異性進行分析，拓展學生視野。

三、課程改革效果

作為土建類專業的一門重要的專業基礎課程，材料力學受到了廣大師生的重視。為提高學生課程學習的效果，筆者基于三本材料力學教學中存在的問題，提出課程教學的工程化思想，并從教材選擇、大綱優化、教學實例庫建設及“填充式”講義授課方法等方面，對課程進行了系統的改革研究。通過2011年以來的課堂應用和實踐，基于“工程化”思想的課程教學體系不斷完善成熟，同時，不斷提高的學生學習興趣及學生課程成績也一定程度佐證了課程改革的效果，此系統教學方法可以作為相關課程改革的借鑒。參考文獻：

[1]邱棣華. 材料力學[M]. 北京：中國高等教育出版社， 2004.

[2]李玉蘭， 張永祥， 樊小龍. 材料力學課程教學改革與實踐[J]. 高等建筑教育， 2010，19（5）：78-80.

[3]戴波， 紀文剛， 劉建東，等. 以工程能力培養為主線建構專業人才培養模式 [J]. 高等工程教育研究，2011 （6）：136-140.

[4]張揚， 李四平， 趙社戌. 材料力學課程教學改革實踐[J].中國電力教育， 2012（28）：59-60.