面向現(xiàn)代化的土木工程大學(xué)生力學(xué)類課程教學(xué)模式研究

彭楚才 王光輝 童小龍 李斌

摘 要 針對教育現(xiàn)代化對于高素質(zhì)應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，本文以學(xué)科競賽為紐帶，開展了力學(xué)類課程“理論-實踐-創(chuàng)新”三位一體教學(xué)模式研究。通過分析學(xué)科競賽與力學(xué)理論、實踐教學(xué)的關(guān)聯(lián)機制，總結(jié)了學(xué)科競賽培訓(xùn)體系與力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)的現(xiàn)狀與瓶頸，并基于信息化教學(xué)平臺建立了力學(xué)類課程立體化教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞 教育現(xiàn)代化 立體化教學(xué) 力學(xué)類課程

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.07.053

Abstract In view of the new requirements of educational modernization for the cultivation of high-quality applied civil engineering talents， this paper studies the trinity teaching mode of "theory-practice-innovation" based on the discipline competition and mechanics course. By analyzing the correlation mechanism among subject competition， mechanics theory and practice teaching， this paper summarizes the current situation and bottleneck of subject competition training system and mechanics basic course teaching. Based on the information-based teaching platform， the three-dimensional teaching system of mechanics courses is established.

Keywords education modernization; three-dimensional teaching; Mechanics Course

力學(xué)系列課程是土木工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，包括了理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、流體力學(xué)、有限元與程序設(shè)計等多門課程，[1]在整個專業(yè)課程體系中起著基礎(chǔ)和框架的作用。然而，傳統(tǒng)的力學(xué)課程教學(xué)與工程實踐脫節(jié)，我們需要打破以往過分側(cè)重理論知識傳授而忽視對學(xué)生創(chuàng)造性能力培養(yǎng)的教學(xué)模式，全面提高學(xué)生運用專業(yè)知識解決工程實際問題的能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團隊合作精神。通過以學(xué)科競賽為依托來推動辦學(xué)模式和培養(yǎng)模式的多元化發(fā)展，促進教與學(xué)的一體化進程是目前比較有效的教學(xué)改革方法之一。

本文以學(xué)科競賽為紐帶，將力學(xué)類實驗和理論課程關(guān)聯(lián)起來，通過信息化的教學(xué)平臺將教學(xué)互動延伸到課外，提升課堂教學(xué)互動的深度和廣度。通過對力學(xué)類課程體系與學(xué)科競賽指導(dǎo)進行統(tǒng)籌安排，實現(xiàn)課程教學(xué)資源整合與知識體系多層次推進，將因材施教，協(xié)同創(chuàng)新，互助合作的教學(xué)理念融入到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中。

1 力學(xué)課程教學(xué)與學(xué)科競賽目前存在的問題

力學(xué)競賽與結(jié)構(gòu)模型競賽是土木專業(yè)的兩大重要學(xué)科競賽項目，該兩項競賽均包括國賽和省賽，同為我國高等教育最高層級的大學(xué)生科技競賽活動之一。[2]兩項學(xué)科競賽一項測重于理論，一項側(cè)重于實踐，對于學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握及運用能力的培養(yǎng)是相互補充，相互促進的。隨著“以本為本”教學(xué)理念以及“強基計劃”的提出，很多高校對學(xué)科基礎(chǔ)教育以及學(xué)科競賽都給予了高度的重視，但是在教學(xué)和參賽過程中仍然存在不少問題。通過我院在長期教學(xué)實踐中進行的探索和分析，將面臨的問題總結(jié)為四個方面：

首先，不論力學(xué)類課程還是力學(xué)競賽的理論教學(xué)，目前各高校多以“灌輸式”的教學(xué)方式為主。隨著信息時代的到來，“信息化教學(xué)”“網(wǎng)絡(luò)課堂”“翻轉(zhuǎn)課堂”等新的教學(xué)模式給傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式帶來較大的沖擊，學(xué)科競賽（如結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽）對于各種力學(xué)分析軟件的使用也給我們基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)提出了新的要求。怎樣調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破時間和空間對于力學(xué)教學(xué)的束縛，增加力學(xué)教學(xué)的深度和廣度是我們面臨的一個挑戰(zhàn)。

其次，學(xué)生對于學(xué)科競賽認(rèn)識度不夠，缺乏主動性。力學(xué)競賽往往包括校賽，省賽和國賽，只有國賽才設(shè)置了團體實驗項目，由于比賽性質(zhì)和比賽規(guī)模地控制，團體賽地入圍門檻比較高，大部份高校不具備參加具有較強實踐性和創(chuàng)新性的團體實驗競賽項目的資格，所以這就使得很多學(xué)生片面地認(rèn)為力學(xué)競賽只是純粹的理論競賽。[3]而結(jié)構(gòu)設(shè)計競大家更加注重的是結(jié)構(gòu)整體設(shè)計和手工工藝訓(xùn)練，而往往忽略了用力學(xué)知識來指導(dǎo)和優(yōu)化方案。認(rèn)識的片面性和局限性必然會影響到參賽的積極性和熱情度。

再次，競賽培訓(xùn)與課堂教學(xué)分離，以賽促學(xué)的效果不佳。力學(xué)競賽的知識點覆蓋了“理論力學(xué)”和“材料力學(xué)”兩門課程，與傳統(tǒng)的力學(xué)課堂教學(xué)相比，力學(xué)競賽的筆試題無論從知識點的深度，賽題的抽象性，還是從解題的技巧性都要高得多。[4]同樣，結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽與土木工程的相關(guān)專業(yè)課程有良好的對接關(guān)系。選手們不僅要有扎實的基礎(chǔ)知識，豐富的專業(yè)知識，同時還要借助相關(guān)專業(yè)軟件進行計算分析。因此，各高校往往在校賽選拔后，會對參賽的選手或團隊進行集中培訓(xùn)。但課堂外的競賽培訓(xùn)人數(shù)往往有限，覆蓋面太窄，教學(xué)資源利用率低。競賽和專業(yè)課程結(jié)合不夠緊密，和課程設(shè)計等實踐課在學(xué)生實踐能力培養(yǎng)上相互之間過于獨立，也在一定程度上分散了學(xué)生的精力，使實踐難以深入，進一步影響了以賽促學(xué)的初衷。如何加強學(xué)科競賽與課堂教學(xué)的融合是需要解決的一個問題。

最后，實踐和創(chuàng)新能力培訓(xùn)的針對性不強，缺乏系統(tǒng)性的規(guī)劃和設(shè)計。對于探索性的實驗分析，提煉力學(xué)模型的能力以及軟件的使用僅僅靠學(xué)生自學(xué)往往是不夠的，這需要建立好系統(tǒng)的學(xué)習(xí)體系，整合學(xué)習(xí)資源，并創(chuàng)造學(xué)習(xí)環(huán)境，從而實現(xiàn)以賽促學(xué)的效果。[5]目前許多高校以學(xué)科競賽為載體的創(chuàng)新實踐平臺在管理上還存體系不完善、效率不高等問題，沒有建立具體的能力培養(yǎng)體系。因此，如何科學(xué)合理地構(gòu)建以學(xué)科競賽為載體的創(chuàng)新實踐體系，保證創(chuàng)新實踐平臺的高效運行，也是亟待解決的關(guān)鍵問題。

2 基于學(xué)科競賽建立系統(tǒng)性的力學(xué)類課程教學(xué)體系

教育部《中國教育現(xiàn)代化2035》八大理念的提出給我們的教學(xué)改革指明了方向，我們可以以此為契機，根據(jù)專業(yè)特色進行更廣泛全面地教學(xué)模式探索和改革。

（1）建立多元化的力學(xué)類課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。一方面要加強資源共享和分類，促進教學(xué)資源和競賽資源的融合。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)日趨成熟，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的課堂教學(xué)已演變?yōu)橐环N普遍的開放式教學(xué)形式。針對土木工程專業(yè)而言，把力學(xué)類課程進行分類整合，通過劃分難度系數(shù)將各門力學(xué)課程的教學(xué)將資源分類，能夠滿足不同層次的學(xué)生對于教學(xué)資源的需求。另一方面利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建立全方位的交互體系，將課堂學(xué)習(xí)延續(xù)到課外，營造良好學(xué)習(xí)氛圍。構(gòu)建教師與教師，教師與學(xué)生以及學(xué)生與學(xué)生之間的全方位交流互動環(huán)境，鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生之間在平臺上交流學(xué)習(xí)，為啟發(fā)式教學(xué)提供空間。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中的典型力學(xué)問題和解決方案，可以整理為案例供教學(xué)和競賽參考。將以“教師為中心”的教學(xué)模式向以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化，使學(xué)生“探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)”的能力得到較大程度的提高。

（2）整合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式，創(chuàng)建“理論-實踐-創(chuàng)新”三位一體的教學(xué)體系。將競賽內(nèi)容進行簡化分解后融入到力學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容中，能大大地豐富理論教學(xué)內(nèi)容，增強理論教學(xué)與實踐的互動性。讓學(xué)生在上課的同時能夠接觸到學(xué)科競賽背后的基礎(chǔ)理論知識，讓學(xué)生對競賽不再感到神秘，激發(fā)學(xué)生對理論知識學(xué)習(xí)的積極性。比如結(jié)構(gòu)競賽中的靜載荷作用下桿件的受力和變形分析可分解為結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，桿件的穩(wěn)定性分析可分解為材料力學(xué)知識，材料的力學(xué)性能可以通過材料力學(xué)實驗進行測定，同時動載荷作用下的桿件受力分析可結(jié)合相關(guān)專業(yè)課知識進行分析。同時進一步加強課程與課程之間，競賽培訓(xùn)與基礎(chǔ)教學(xué)之間以及理論與實踐之間的交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和研究興趣。一方面讓學(xué)生學(xué)會充分利用實驗室資源以理論指導(dǎo)實踐，在實踐中尋找創(chuàng)新的靈感;另一方面學(xué)生可以通過實踐驗證創(chuàng)新性設(shè)計，再通過理論來分析實踐成果背后的基本原理，形成“理論-實踐-創(chuàng)新”三位一體的完整教學(xué)體系。

（3）建立長效激勵機制，細(xì)化教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，強化過程考核。很多學(xué)校都制定了嚴(yán)厲的督學(xué)管理制度，通過行政管理的手段來監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)，這樣的方法是有缺陷的，強制和壓迫的督學(xué)措施一方面會引起學(xué)生的逆反心理，另一方面會磨滅學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主探索的興致。我們應(yīng)當(dāng)尊重學(xué)生、相信學(xué)生、依靠學(xué)生，把學(xué)習(xí)的權(quán)利還給學(xué)生，讓課堂充滿鮮活的生命力，努力改變學(xué)生被動學(xué)習(xí)甚至厭惡學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，通過建立有效的激勵措施和輕松的教學(xué)氛圍，幫助學(xué)生在課堂上找到學(xué)習(xí)的快樂，在競賽中獲得成功的體驗。要明確課程考核和評價要求，從學(xué)生成長的角度設(shè)計過程考核形式。比如評分方式可以采取積分式，即不同類型的題有不同的積分，每個章節(jié)的學(xué)習(xí)需要完成一定量的積分，做錯題積分為0，即不扣積分，只要每個知識點能完成相對應(yīng)總積分即可。“加分制”比傳統(tǒng)的“扣分制”更能體現(xiàn)出對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的認(rèn)可，增強其學(xué)習(xí)自信心，讓學(xué)習(xí)目標(biāo)更具體，同時還利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，傳遞的是一種人文的關(guān)懷和積極進取的價值觀。

（4）堅持“以賽促教”和“以教促賽”，推進“賽教融合”。根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)能力和學(xué)科特點建立系統(tǒng)的學(xué)科競賽培訓(xùn)體系。充分利用現(xiàn)有的教學(xué)資源和教師資源，進行統(tǒng)籌安排，通過培訓(xùn)進度的及時反饋，調(diào)整培訓(xùn)安排，做到因材施教。注重總結(jié)和傳承，建立成長型的教學(xué)和培訓(xùn)體系，不斷完善課堂教學(xué)模式，提升競賽組織能力，積累競賽經(jīng)驗，豐富競賽資源，使得硬實力和軟實力能夠同步成長。通過競賽將學(xué)生知識應(yīng)用能力的缺陷和需求反饋給專業(yè)課程教學(xué)，不僅能促進專業(yè)課程教學(xué)的改革，使競賽受益面擴大，同時理論教學(xué)中總結(jié)的經(jīng)驗也可促進競賽水準(zhǔn)的不斷提高，學(xué)生和教師共建共享教學(xué)資源，通過“以賽促教”和“以教促賽”實現(xiàn)“教賽融合”，推進教育現(xiàn)代化進程。

3 總結(jié)

通過加強學(xué)科競賽與力學(xué)類課程教學(xué)的深度融合，提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力是工程教育現(xiàn)代化人才培養(yǎng)所提出的全新的、核心要求。通過分析學(xué)科競賽和力學(xué)傳類課程教學(xué)存在的問題和瓶頸，提出了基于促進學(xué)科競賽與力學(xué)類課程教學(xué)融合的改革方法。運用信息化教學(xué)手段，實現(xiàn)資源共享和平臺共建，建立了“理論-實踐-創(chuàng)新”三位一體教學(xué)體系。通過創(chuàng)建有效的激勵機制和良好的學(xué)習(xí)氛圍，突出了“以學(xué)生為中心”的教育理念和實施方法，為加快推進教育現(xiàn)代化提供了參考。

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