土木工程專業(yè)工程力學(xué)課程教學(xué)改革研究及實踐

楊永東 張斌偉

【摘要】工程力學(xué)課程是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和職業(yè)性的特點。針對目前在教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，提出本門課程的改革措施，以期為工程力學(xué)課程的教學(xué)改革提供一些建議。

【關(guān)鍵詞】土木工程專業(yè) 工程力學(xué) 課程教學(xué)改革

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11 -0051-03

Teaching Reform and Practice of Engineering Mechanics of Civil Engineering Specialty

YangYongdong，ZhangBinwei

（College of Civil Engineering， Longdong university， Qingyang， Gansu，745000）

【Abstract】Engineering Mechanics is an important professional basic course of civil engineering specialty. It has the features of basic， applied and occupation. According to the problems which is encountered in the teaching and learning， the reform measures are put forward. All of these can give some suggestion for teaching reform of the course.

【Key Words】 civil engineering specialty Engineering Mechanics teaching reform

工程力學(xué)課程是研究物體的機械運動規(guī)律及構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性理論的學(xué)科，主要包含理論力學(xué)和材料力學(xué)的內(nèi)容，是土木工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一[1-2]。目前應(yīng)用型本科院校的學(xué)生數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)較一般，主動學(xué)習(xí)的意識不強，在課時量被要求縮減的今天，如果教學(xué)針對性不夠強，教學(xué)的思路方法不改革，作為專業(yè)性基礎(chǔ)課程的工程力學(xué)的相關(guān)教學(xué)將達不到預(yù)期的效果[3-4]。本文通過對工程力學(xué)課程教學(xué)過程中存在的問題展開討論，提出課程教學(xué)改革的思路，為本專業(yè)的工程力學(xué)課程教學(xué)改革實踐提供一些建議。

1 當(dāng)前工程力學(xué)課程教學(xué)過程中存在的問題

1.1 以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式使學(xué)生接受和消化知識產(chǎn)生困難

在應(yīng)用型本科院校，大部分學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)能力和自我的控制能力差。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，工程力學(xué)課程教學(xué)更看重課程的系統(tǒng)性和完整性，對于數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)的要求較高，使得整個教學(xué)過程較為復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)工程力學(xué)課程時，產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣不濃，對知識的接受和消化存在困難。

1.2 學(xué)習(xí)過程枯燥，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣

由于工程力學(xué)課程所包含的理論力學(xué)部分和材料力學(xué)部分所涉及到的內(nèi)容本身就具有抽象性和復(fù)雜性，也包含一些難以理解的內(nèi)容。而且工程力學(xué)課程一般開設(shè)在第2、第3學(xué)期，這個階段學(xué)生很少接觸具體的工程問題， 缺乏必要的感性認識， 因此在學(xué)習(xí)中往往無法將理論與實際聯(lián)系起來， 出現(xiàn)似乎能聽懂，但不知道怎么去用、用到何處的問題，這與學(xué)生所感興趣的實際工程向去甚遠，使得學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不強，增加了學(xué)習(xí)難度。此外工程力學(xué)課程的概念多，理論性、邏輯性強。理論力學(xué)分析問題、解決問題的方法靈活多樣；材料力學(xué)內(nèi)容龐雜， 實踐性強。如果教師不采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行教學(xué)， 則很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 高校教師一職多能，教學(xué)過程無法形成有效的PDCA循環(huán)

PDCA是英語單詞Plan（計劃）、Do（執(zhí)行）、Check（檢查）和Action（處理）的第一個字母，

PDCA循環(huán)就是按照這樣的順序進行質(zhì)量管理，并且循環(huán)不止地進行下去的科學(xué)程序[5]。教學(xué)質(zhì)量的提高和教學(xué)目標的完成，貫穿于整個教學(xué)過程。教學(xué)過程包括教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)測量、教學(xué)評價等等。在教學(xué)過程中使用PDCA循環(huán)：P-確定教學(xué)目標；D-在教學(xué)過程中所采用的教學(xué)手段和方法；C-教學(xué)效果評價；A-對教學(xué)過程中存在的問題進行改正，確保教學(xué)目標的完成。教師是整個教學(xué)過程的組織者，每個部分的完成都離不開教師，但在整個教學(xué)過程中由于高校教師一職多能的特點，導(dǎo)致無法有效對教學(xué)過程進行組織，在PDCA循環(huán)中缺失環(huán)節(jié)，導(dǎo)致無法對教學(xué)質(zhì)量進行有效控制，達不到預(yù)期效果。

2 工程力學(xué)課程改革的研究

工程力學(xué)課程的定位，決定了課程的重要性，作為土木工程專業(yè)學(xué)生來說需要熟練掌握。所以針對所提出的問題，提出一些改革建議，以供參考。

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革

工程力學(xué)課程是一門應(yīng)用性較強的課程，是土木工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，是連接高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理與結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程的橋梁，是土木工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)由基礎(chǔ)教育向工程實踐教育的重要轉(zhuǎn)折點，其在實踐教學(xué)中的作用越來越明顯，但是教學(xué)內(nèi)容過分強調(diào)力學(xué)作為一門獨立學(xué)科的系統(tǒng)性和完整性，而忽視力學(xué)作為應(yīng)用學(xué)科的實用價值。工程力學(xué)的任務(wù)是學(xué)會如何對力學(xué)問題建模、如何將模糊的問題和想法用數(shù)學(xué)來描述，并培養(yǎng)提出、分析、設(shè)計以及解決科學(xué)和工程問題的能力[6]。為了能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力，拓寬學(xué)生運用力學(xué)的方法解決實際的工程問題，應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容上加以優(yōu)化。一是重視基本概念、原理和方法的更新，增加新的教學(xué)內(nèi)容，如工程力學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)、新進展、新概念、新實驗以及國內(nèi)外土木工程等領(lǐng)域的實際問題。二是為了使學(xué)生對力學(xué)課程產(chǎn)生興趣，在緒論課程中應(yīng)引入經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展史。目前，在教材編寫中，由于“少而精”的要求，緒論中更多的是介紹課程的研究內(nèi)容、研究任務(wù)、研究方法以及研究目的，而弱化了力學(xué)發(fā)展史的介紹。從古代墨子“力，形之所以奮也”到牛頓力學(xué)《自然哲學(xué)原理》的編寫，再到哈密頓《一個動力學(xué)普遍方程》的發(fā)表，經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷的漫長的時間，期間出現(xiàn)了很多促使力學(xué)發(fā)展的科學(xué)家，如牛頓、麥克斯韋、達朗伯、拉格朗日、哈密頓等等。這些歷史及歷史人物的介紹，可以達到喚醒、激勵、鼓舞學(xué)生的目的。三是強調(diào)概念性和實踐性內(nèi)容的重要性，適當(dāng)減少計算性內(nèi)容。工程力學(xué)具有基礎(chǔ)性和應(yīng)用性的特點，在教學(xué)內(nèi)容安排中，一方面弱化理論推導(dǎo)過程，另一方面應(yīng)適量增加一些具有實踐性或趣味性的教學(xué)素材；例題中，應(yīng)突出對實際問題的力學(xué)模型建立過程的描述，在課后習(xí)題中引入基于力學(xué)分析的工程實踐的綜合運用實例，以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生用力學(xué)方法分析問題和解決問題的能力。

2.2 教學(xué)方法的改革

工程力學(xué)教學(xué)方法的改革，關(guān)鍵在于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一方面可以通過制作精美的教學(xué)課件增加課堂的趣味性和直觀性?，F(xiàn)有的課件和通常意義上所說的板書并沒有多大區(qū)別，只是將原來用在黑板上推導(dǎo)完成的公式，放到了多媒體課件中加以展示。這樣的課件在教學(xué)過程中，達不到吸引學(xué)生的目的，自然無法引起學(xué)生的興趣?？紤]到在工程力學(xué)課程教學(xué)中會用到大量的力學(xué)簡圖和實驗結(jié)論，如果可以將這些力學(xué)簡圖和試驗項目（如在理論力學(xué)課程運動學(xué)篇中出現(xiàn)的連桿機構(gòu)，材料力學(xué)課程中桿件的各種變形等等）用類似flash動畫的直觀方式表現(xiàn)出來，就可以豐富課件的內(nèi)容，增加學(xué)生的興趣。另一方面是引入課堂試驗。力學(xué)課程中的基本原理都是建立在實驗基礎(chǔ)上，但目前力學(xué)的教學(xué)中，由于條件所限，工程力學(xué)課程中的實驗部分主要集中在材料力學(xué)的一些驗證試驗中，如金屬材料的拉伸壓縮試驗、梁的彎曲正應(yīng)力試驗、扭轉(zhuǎn)試驗等等。這些試驗的開設(shè)，能在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，但要達到力學(xué)教學(xué)的目的，還有一定的距離。為了改變這一現(xiàn)狀，可以借鑒一些國外大學(xué)經(jīng)典力學(xué)的教學(xué)方法，在這些課程的教學(xué)中，教師在每堂課的教學(xué)中會會通過隨堂實驗的方式，驗證本堂課所涉及到的相關(guān)內(nèi)容和原理，盡管這些實驗的結(jié)果大家都是非常熟悉的。此外還可以采用離開教室的現(xiàn)場教學(xué)。土木工程專業(yè)是應(yīng)用性較強的一門學(xué)科，作為土木工程專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，應(yīng)該在在學(xué)期中，安排2-4個學(xué)時將教學(xué)從教室搬到現(xiàn)場，通過利用現(xiàn)場的工程實物，教會學(xué)生如何對實際工程問題模型化，并用所學(xué)的力學(xué)知識進行分析解答。

2.3 教學(xué)模式的改革

傳統(tǒng)教學(xué)模式是以教師為中心的“填鴨式”教學(xué)，教師起主導(dǎo)作用。由于高校教師一職多能的特點，使得教學(xué)過程質(zhì)量控制稍顯不足。鑒于這種情況，應(yīng)對傳統(tǒng)教學(xué)模式加以改革，形成以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。在這一過程中，應(yīng)以班級為基礎(chǔ)建立4-6人為一組的學(xué)習(xí)小組進行研討式教學(xué)。研討課教學(xué)是讓學(xué)生參與教學(xué)，教學(xué)相長，師生互動，通過專題研討使學(xué)生主動建構(gòu)和拓展知識，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力[7-8]。教師可以針對課程重難點問題，設(shè)置相關(guān)專題討論課。教師通過引導(dǎo)，教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生間通過互動交流，對所學(xué)的知識進行拓展。也可以設(shè)置一些與學(xué)科前沿相關(guān)的內(nèi)容及熱點，學(xué)生通過課后查閱文獻，以小組為單位，通過板書、圖片、多媒體、實物模型等靈活的形式展示，并由教師與其他同學(xué)進行提問、討論，最后教師進行總結(jié)和點評。此外，在作業(yè)形式中也應(yīng)該改變傳統(tǒng)以課后習(xí)題為主的作業(yè)模式，為了能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，可以布置一些研究型的題目，通過查閱文獻，以論文的形式的完成。比如通過材料力學(xué)課程中梁的合理設(shè)計問題，可以提出鋼筋混凝土梁的合理設(shè)計問題、鋼梁的合理設(shè)計問題等等，然后將這些題目布置下去，讓學(xué)生查閱資料，并完成相關(guān)論文。總之，要以這種教學(xué)形式改變傳統(tǒng)的 “填鴨式”教學(xué)，實現(xiàn)課堂教學(xué)從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)論和總結(jié)

工程力學(xué)課程是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和職業(yè)性的特點，結(jié)合作者的教學(xué)和研究體會，針對目前在教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在精力不夠和興趣不濃的問題，從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式三個方面進行了思考和探索，提出了相應(yīng)的改革措施。旨在提高學(xué)生的實踐和力學(xué)應(yīng)用能力，改進工程力學(xué)的教學(xué)效果，促進教學(xué)改革，達到培養(yǎng)合格工程人才的目的。

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基金項目：甘肅省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題（GS[2013]GHB0928）