土木工程專業(yè)工程力學課程教學改革研究及實踐

楊永東 張斌偉

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

【關鍵詞】土木工程專業(yè) 工程力學 課程教學改革

【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

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

1 當前工程力學課程教學過程中存在的問題

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

在應用型本科院校，大部分學生基礎薄弱，學習能力和自我的控制能力差。在傳統(tǒng)教學模式中，工程力學課程教學更看重課程的系統(tǒng)性和完整性，對于數(shù)學和力學基礎的要求較高，使得整個教學過程較為復雜，學生在學習工程力學課程時，產(chǎn)生畏難情緒，學習興趣不濃，對知識的接受和消化存在困難。

1.2 學習過程枯燥，學生缺乏學習興趣

由于工程力學課程所包含的理論力學部分和材料力學部分所涉及到的內(nèi)容本身就具有抽象性和復雜性，也包含一些難以理解的內(nèi)容。而且工程力學課程一般開設在第2、第3學期，這個階段學生很少接觸具體的工程問題， 缺乏必要的感性認識， 因此在學習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，這與學生所感興趣的實際工程向去甚遠，使得學生學習主動性不強，增加了學習難度。此外工程力學課程的概念多，理論性、邏輯性強。理論力學分析問題、解決問題的方法靈活多樣；材料力學內(nèi)容龐雜， 實踐性強。如果教師不采用適當?shù)姆绞竭M行教學， 則很難提高學生的學習興趣。

1.3 高校教師一職多能，教學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程序[5]。教學質(zhì)量的提高和教學目標的完成，貫穿于整個教學過程。教學過程包括教學目標、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、教學測量、教學評價等等。在教學過程中使用PDCA循環(huán)：P-確定教學目標；D-在教學過程中所采用的教學手段和方法；C-教學效果評價；A-對教學過程中存在的問題進行改正，確保教學目標的完成。教師是整個教學過程的組織者，每個部分的完成都離不開教師，但在整個教學過程中由于高校教師一職多能的特點，導致無法有效對教學過程進行組織，在PDCA循環(huán)中缺失環(huán)節(jié)，導致無法對教學質(zhì)量進行有效控制，達不到預期效果。

2 工程力學課程改革的研究

工程力學課程的定位，決定了課程的重要性，作為土木工程專業(yè)學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教學內(nèi)容的改革

工程力學課程是一門應用性較強的課程，是土木工程專業(yè)的核心基礎課程之一，是連接高等數(shù)學、大學物理與結構力學、彈性力學、土力學、混凝土結構設計、鋼結構設計、砌體結構設計等課程的橋梁，是土木工程專業(yè)學生教學由基礎教育向工程實踐教育的重要轉(zhuǎn)折點，其在實踐教學中的作用越來越明顯，但是教學內(nèi)容過分強調(diào)力學作為一門獨立學科的系統(tǒng)性和完整性，而忽視力學作為應用學科的實用價值。工程力學的任務是學會如何對力學問題建模、如何將模糊的問題和想法用數(shù)學來描述，并培養(yǎng)提出、分析、設計以及解決科學和工程問題的能力[6]。為了能夠更好的培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力，拓寬學生運用力學的方法解決實際的工程問題，應從教學內(nèi)容上加以優(yōu)化。一是重視基本概念、原理和方法的更新，增加新的教學內(nèi)容，如工程力學領域的新技術、新進展、新概念、新實驗以及國內(nèi)外土木工程等領域的實際問題。二是為了使學生對力學課程產(chǎn)生興趣，在緒論課程中應引入經(jīng)典力學的發(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、研究方法以及研究目的，而弱化了力學發(fā)展史的介紹。從古代墨子“力，形之所以奮也”到牛頓力學《自然哲學原理》的編寫，再到哈密頓《一個動力學普遍方程》的發(fā)表，經(jīng)典力學的發(fā)展經(jīng)歷的漫長的時間，期間出現(xiàn)了很多促使力學發(fā)展的科學家，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，適當減少計算性內(nèi)容。工程力學具有基礎性和應用性的特點，在教學內(nèi)容安排中，一方面弱化理論推導過程，另一方面應適量增加一些具有實踐性或趣味性的教學素材；例題中，應突出對實際問題的力學模型建立過程的描述，在課后習題中引入基于力學分析的工程實踐的綜合運用實例，以調(diào)動學生的學習積極性和培養(yǎng)學生用力學方法分析問題和解決問題的能力。

2.2 教學方法的改革

工程力學教學方法的改革，關鍵在于提高學生的學習興趣。一方面可以通過制作精美的教學課件增加課堂的趣味性和直觀性。現(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。這樣的課件在教學過程中，達不到吸引學生的目的，自然無法引起學生的興趣。考慮到在工程力學課程教學中會用到大量的力學簡圖和實驗結論，如果可以將這些力學簡圖和試驗項目（如在理論力學課程運動學篇中出現(xiàn)的連桿機構，材料力學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，增加學生的興趣。另一方面是引入課堂試驗。力學課程中的基本原理都是建立在實驗基礎上，但目前力學的教學中，由于條件所限，工程力學課程中的實驗部分主要集中在材料力學的一些驗證試驗中，如金屬材料的拉伸壓縮試驗、梁的彎曲正應力試驗、扭轉(zhuǎn)試驗等等。這些試驗的開設，能在一定程度上提高學生的學習興趣和動手能力，但要達到力學教學的目的，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經(jīng)典力學的教學方法，在這些課程的教學中，教師在每堂課的教學中會會通過隨堂實驗的方式，驗證本堂課所涉及到的相關內(nèi)容和原理，盡管這些實驗的結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。土木工程專業(yè)是應用性較強的一門學科，作為土木工程專業(yè)重要的基礎課程，應該在在學期中，安排2-4個學時將教學從教室搬到現(xiàn)場，通過利用現(xiàn)場的工程實物，教會學生如何對實際工程問題模型化，并用所學的力學知識進行分析解答。

2.3 教學模式的改革

傳統(tǒng)教學模式是以教師為中心的“填鴨式”教學，教師起主導作用。由于高校教師一職多能的特點，使得教學過程質(zhì)量控制稍顯不足。鑒于這種情況，應對傳統(tǒng)教學模式加以改革，形成以學生為中心的教學模式。在這一過程中，應以班級為基礎建立4-6人為一組的學習小組進行研討式教學。研討課教學是讓學生參與教學，教學相長，師生互動，通過專題研討使學生主動建構和拓展知識，培養(yǎng)學生的發(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，設置相關專題討論課。教師通過引導，教師與學生，學生與學生間通過互動交流，對所學的知識進行拓展。也可以設置一些與學科前沿相關的內(nèi)容及熱點，學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進行提問、討論，最后教師進行總結和點評。此外，在作業(yè)形式中也應該改變傳統(tǒng)以課后習題為主的作業(yè)模式，為了能夠更好的培養(yǎng)學生的能力，提高學生的綜合素質(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。比如通過材料力學課程中梁的合理設計問題，可以提出鋼筋混凝土梁的合理設計問題、鋼梁的合理設計問題等等，然后將這些題目布置下去，讓學生查閱資料，并完成相關論文。總之，要以這種教學形式改變傳統(tǒng)的 “填鴨式”教學，實現(xiàn)課堂教學從“以教師為中心”向“以學生為中心”的轉(zhuǎn)變。

3 結論和總結

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

參考文獻：

[1] 馬景槐，朱福先. 應用型本科院校工程力學課程教改與實踐[J].江蘇技術師范學院學報，2012，18（2）：107-111

[2] 王旭芳，王環(huán)武.土建類高職工程力學課程建設的探索[J].力學與實踐，2013，35（5）：93-94

[3] 馬永政，車金如，郭翠芳. 習題環(huán)節(jié)結合輔助手段主導的教學模式設計與應用—工程力學教學改革研究與實踐[J].教學研究，2013，36（3）：77-79

[4] 楊永明.高校工程力學課程教學改革研究與實踐.重慶科技學院學報（社會科學版），2013，（1）：185-186

[5] 劉永. 建筑工程造價控制的PDCA循環(huán)[J]. 科技創(chuàng)業(yè)，2009（8）：80-81

[6] 馮元楨.連續(xù)介質(zhì)力學初級教程[M].北京：清華大學出版社，2009

[7] 劉靜，周曉玲，汪忠厚。淺談工程力學教學中實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 上海理工大學學報（社會科學版），2013，35（2）：177-180

[8] 閻紹澤，申永勝.研究型大學機械類精品課程教學的六個基本要素[J].中國大學教育，2009（9）：5-7

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