基于工程認知能力培養的土木水利類基礎力學課程教學模式

黃宜勝+彭輝+劉章軍+葉永+田東方

（三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌 443002）

摘要：本文緊緊圍繞“工程認知能力培養”這一主線，提出了基于工程認知能力培養的土木水利類基礎力學課程教學模式改革的新思路和新模式，核心是強調提高學生的工程意識和對工程實際問題的認知、分析能力，對土木水利類大學生的動手能力、分析問題以及解決問題能力的培養起到了積極的推動作用，也為土木水利類基礎力學課程教學模式后續的改革與發展奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：認知能力；土木水利；基礎力學；教學模式

中圖分類號：F407.9 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0133-02

一、引言

我校目前開設的土木水利類專業主要有水利水電工程、農業水利工程、水文與水資源工程、港口航道與海岸工程和土木工程，其中水利水電工程專業和土木工程專業已進入“卓越工程師教育培養計劃”。理論力學、材料力學、結構力學等基礎力學課程均是上述專業的核心課程。在新時期下為了推動“卓越工程師教育培養計劃”的良好發展，必然要求培養的學生具有較強的解決工程實際問題的科學素養，而這種科學素養的培養必須建立在學生具有較強的工程認知能力基礎之上，上述基礎力學課程正是培養學生工程認知能力的重要起點。在此背景下，本文緊緊圍繞“工程認知能力培養”這一主線，提出了基于工程認知能力培養的土木水利類基礎力學課程教學模式改革的新思路和新模式，對土木水利類大學生的動手能力、分析問題以及解決問題能力的培養起到了積極的推動作用[1-3]。

二、教學理念上注重教學、科研與工程認知能力培養相結合

基礎力學課程作為土木水利類專業核心基礎課，在提高學生認知和分析結構能力方面有著重要的支撐作用。形成了“三個注重”的基本理念：在力學課程的教學過程中注重挖掘基本內容的學術深度，在力學綜合教學中注重自主設計教學，在力學課程的教學中注重培養建模能力和解決土木水利工程實踐問題的能力。在基礎力學課程的教學過程中注重從力學基本理論、工程實例、災難性工程事故和學科發展歷史挖掘基本教學內容的深度。在基礎力學與專業課程教學中注重自主設計教學：一是注重數學在力學教學中的基礎作用；二是注重力學課程相關知識點的聯系；三是注重綜合運用力學課程知識的能力；四是注重將工程問題、力學、數學及計算機技術交叉融合。

三、教學方式上注重基礎力學與專業教學相結合

以水利水電工程專業為例，水工建筑物、水電站建筑物、水利工程施工是該專業的核心專業課程。學習這些課程需要達到兩個目標：一是概念上認識結構特點，另一個則是從理性角度尋求分析和解決結構包含的工程問題，并提出合理的處理措施。為此，在基礎力學課程的教學中，提出了“基于工程實踐問題的基礎力學課程教學”，強調水利工程背景介紹，注重培養學生建模能力和解決水利工程實踐問題的能力；在與材料相關的課程教學中，提出了“緊扣規范、重視安全兼顧經濟”方式，學生應盡早了解專業背景和行業規范，學習中不斷領悟結構設計的目的是什么，為什么這么設計？在工程結構分析中，提出了“結構力學中定性分析與定量計算能力的培養”，強調水利工程的結構意識培養，注重“概念結構力學”。

四、教學研究上注重基礎力學與土木水利類工程特色相結合

課題組依托“基于工程認知能力培養的土木水利類材料力學教學模式的研究與實踐”、“第二課堂在基礎力學教學中的實施內容及模式研究”、“水利工程特色的材料力學課件編制”、“力學課程教學質量提高的思考與措施”、“留學生理論力學教學內容優化與課堂實踐”等教研項目，開展了基礎力學教學平臺和課程體系研究，教學研究中力求工程意識和研究型思維的培養。研究成果主要體現在《卸荷巖體力學原理與應用（ISBN：9787030463067）》這本教材中，該書中的問題都來源實際土木水利工程，突出了基礎力學知識的綜合應用。

五、教學內容上注重理論知識點與科研項目內容相結合

結合基于工程認知能力培養教學模式的研究與實踐，讓學生較早地接觸科研項目，并參與做一些初步預研工作和創新活動。這么做既是為了激發學生學好基礎力學，也是為了激發學生產生工程意識，進而培養學生的科研意識和創新意識。例如，水利類專業后面都要學習大壩的應力、變形及穩定性問題，那么這就要用到《材料力學》的相關知識。結合前面所學的《理論力學》知識，在老師的指導下本科生探討了地震作用下重力壩深層抗滑穩定極限狀態表達式的問題，并通過工程實例驗證了上述表達式的正確性和適用性，這大大提高了本科生對工程的認識以及分析工程問題的能力。

六、教學評價上注重工程案例與理論知識考核相結合

檢驗基于工程認知能力培養的土木水利類教學模式的好壞，需要通過對學生學習過程的評價來實現。例如，在考學生對《材料力學》基本概念的認識的時候，出了如下一個題目：湘西矮寨懸索大橋（簡稱“矮寨特大橋”）位于湖南吉首矮寨鎮，橋面與谷底垂直高差達330余米，主跨跨徑1176米，是中國首座塔梁分離式懸索橋。試問：為了保證索塔正常工作，索塔最應滿足哪方面的要求？試說明理由。該題緊密聯系生產實際，答題結果表明大部分同學都回答的比較好，這說明基于工程認知能力培養的土木水利類基礎力學教學模式具有較強的可行性和適用性，能夠培養學生的工程認知技能。

七、教材編寫上注重工程實踐和學科前沿相結合

課題組教師參與了《大學生力學競賽與建模（ISBN：9787508497112）》和《卸荷巖體力學原理與應用（ ISBN：9787030463067）》這兩本教材的編寫。《大學生力學競賽與建模》這本書包含了理工科大學生基礎力學課程的核心內容，書中問題綜合性強、知識涵蓋豐富、難度很大，可作為“全國周培源大學生力學競賽”的輔導教材和“卓越工程師教育培養計劃”的實踐教學。《卸荷巖體力學原理與應用》這本書注重結合土木水利工程專業的水電特色教學，形成了卸荷巖體力學的基本理論與方法，建立了一套完整的卸荷巖體力學基本理論及穩定分析方法，在國內外形成了自己的特色和優勢。

八、結語

“卓越工程師教育培養計劃”要求我們培養的學生具有較強的解決工程實際問題的科學素養，而這種科學素養的培養必須建立在學生具有較強的工程認知能力基礎之上。基礎力學課程作為土木水利類專業教學體系中重要的專業技術基礎課，是培養學生具有工程認知能力的重要起點。本文緊緊圍繞“工程認知能力培養”這一主線，提出了基于工程認知能力培養的土木水利類基礎力學課程教學的新思路和新模式，并取得了一些成果。這些成果切實提高了土木水利類學生的工程意識和對工程實際問題的認知、分析能力，對土木水利類學生的動手能力、分析問題以及解決問題能力的培養起到了積極的推動作用。

參考文獻：

[1]姚文莉，王謙源，曹金鳳.等.基礎力學第二課堂實施內容及模式探究[J].當代教育理論與實踐，2011，3（9）：62-63.

[2]黃宜勝.高校土木水利類專業材料力學教學模式的探討[J].魅力中國，2011（150）：246.

[3]葉永，劉章軍，彭輝，等.土木水利類專業力學課程群建設構想[J].教育教學論壇，2012（21）：141-142.