李書進(jìn) 厲見芬 高瑞霞

(常州工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，江蘇 常州 213002)

0 引言

力學(xué)類課程是土木工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是解決工程問題的基礎(chǔ)。［1］但是，傳統(tǒng)的力學(xué)課程教學(xué)存在2種傾向:一是側(cè)重理論講述而缺乏工程實(shí)例的支撐，理論教學(xué)與工程實(shí)踐相脫節(jié);二是在部分任課教師中存在重專業(yè)而輕基礎(chǔ)的現(xiàn)象，造成力學(xué)類課程的教學(xué)逐漸被弱化。其結(jié)果導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，學(xué)生難以學(xué)以致用。有關(guān)力學(xué)類課程的教學(xué)改革［2－3］報(bào)導(dǎo)很多，但有的研究過于追求各門力學(xué)課程自身的完善。以課程為中心的教學(xué)對(duì)知識(shí)的相互滲透和銜接不夠，割裂了力學(xué)知識(shí)體系的整體性和綜合性。有的則過于重視力學(xué)類課程的理論性、系統(tǒng)性，與后續(xù)專業(yè)課程的結(jié)合度不夠，不能突出應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標(biāo)。

本文按照新時(shí)期培養(yǎng)應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才知識(shí)、素質(zhì)、能力結(jié)構(gòu)的要求，以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)力學(xué)原理的“工程應(yīng)用能力”為主線，構(gòu)建和優(yōu)化力學(xué)類課程的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，并對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)手段等進(jìn)行了全方位的教學(xué)改革。通過教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了總體教學(xué)質(zhì)量，為土木工程專業(yè)的學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)原理解決工程問題奠定了良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

1 構(gòu)建土木工程力學(xué)類課程體系，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容

1.1 設(shè)置力學(xué)類課程模塊，構(gòu)建“模塊化、專題式”的課程體系

按照力學(xué)類課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)程度將力學(xué)類課程設(shè)置為基礎(chǔ)模塊、工程基礎(chǔ)模塊和專業(yè)模塊。基礎(chǔ)模塊包括3門基礎(chǔ)力學(xué)課程，其內(nèi)容又分成基礎(chǔ)部分和專題部分?；A(chǔ)部分講授力學(xué)基本概念和基本原理，專題部分具體講授工程應(yīng)用。專題部分是后續(xù)課程的重要專業(yè)基礎(chǔ)，可根據(jù)學(xué)生專業(yè)方向不同取舍教學(xué)專題。交通土建方向的專題主要有影響線及其工程應(yīng)用、無(wú)鉸拱的計(jì)算等;建筑工程方向的專題主要有多次超靜定框架體系的求解、無(wú)剪力分配法、塑性鉸等。工程基礎(chǔ)模塊主要講授較復(fù)雜的力學(xué)概念和原理，以及并用其解決工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)問題。專業(yè)模塊重點(diǎn)解決力學(xué)計(jì)算、求解與數(shù)值模擬，包括“工程結(jié)構(gòu)抗震”、“結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)”和“預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件”等課程。土木工程專業(yè)力學(xué)類課程教學(xué)模塊如表1所示。

表1 土木工程專業(yè)力學(xué)類課程的教學(xué)模塊

由于各專業(yè)模塊涵蓋課程較多，表1中僅列出了各模塊中的部分核心專業(yè)課程。劃分3大模塊并選擇不同專題開展教學(xué)，對(duì)課程內(nèi)容和授課形式等方面進(jìn)行必要的調(diào)整，以保證力學(xué)課程體系的科學(xué)性和完整性。統(tǒng)籌各模塊教學(xué)內(nèi)容的取舍，充分發(fā)揮模塊組合效應(yīng)，以滿足不同專業(yè)方向人才培養(yǎng)的需要。

1.2 基于土木工程專業(yè)對(duì)能力培養(yǎng)的要求，優(yōu)化整合力學(xué)教學(xué)內(nèi)容

土木工程專業(yè)要求學(xué)生不僅要具備扎實(shí)的力學(xué)理論知識(shí)，還應(yīng)具備相應(yīng)的建模能力、分析能力、計(jì)算能力、判斷能力和解決工程實(shí)際問題的能力。本專業(yè)各門力學(xué)基礎(chǔ)課程(基礎(chǔ)模塊)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求見表2。

表2 土木工程專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求

雖然土木工程專業(yè)的3門力學(xué)基礎(chǔ)課程側(cè)重點(diǎn)不同，但內(nèi)容上卻有較強(qiáng)的聯(lián)系和交叉。在教學(xué)內(nèi)容的選取上，應(yīng)基于本專業(yè)對(duì)學(xué)生力學(xué)能力培養(yǎng)的要求而統(tǒng)籌編排，避免過于追求各門力學(xué)課程本身的系統(tǒng)性和完整性。對(duì)于相同或相近的教學(xué)內(nèi)容予以優(yōu)化重組，整合后的“理論力學(xué)”課程主要涵蓋靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)基本原理;“材料力學(xué)”課程主要涵蓋構(gòu)件的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定理論;“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程主要涵蓋桿系結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形計(jì)算?！袄碚摿W(xué)”課程中的虛功原理與“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程中單位力法作為精講內(nèi)容，“材料力學(xué)”課程則只需稍加闡述。對(duì)于土木工程專業(yè)來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和桿件扭轉(zhuǎn)等內(nèi)容與后續(xù)課程關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，可適當(dāng)刪減。

此外，還應(yīng)理順力學(xué)類課程和后續(xù)專業(yè)課程的銜接關(guān)系，避免內(nèi)容上的重復(fù)或知識(shí)點(diǎn)的缺位。將“土木工程材料”、“混凝土結(jié)構(gòu)原理”和“鋼結(jié)構(gòu)”等課程有關(guān)材料力學(xué)性能的內(nèi)容，以及“鋼結(jié)構(gòu)”課程中截面幾何性質(zhì)部分均調(diào)整到“材料力學(xué)”課程中，將基礎(chǔ)力學(xué)課程中連接件計(jì)算、實(shí)際壓桿穩(wěn)定計(jì)算等專業(yè)內(nèi)容調(diào)整到“鋼結(jié)構(gòu)”課程中;精講結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算部分，為后續(xù)“工程結(jié)構(gòu)抗震”課程的教學(xué)做好鋪墊。

2 以培養(yǎng)“工程應(yīng)用能力”為主線的力學(xué)類課程教學(xué)實(shí)踐

教學(xué)活動(dòng)應(yīng)始終圍繞培養(yǎng)學(xué)生對(duì)力學(xué)原理的“工程應(yīng)用能力”這一主線，注重結(jié)合工程背景講授力學(xué)原理，避免單純從理論角度灌輸力學(xué)知識(shí)，給傳統(tǒng)教學(xué)方式添加“活化劑”，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.1 運(yùn)用工程案例培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力

結(jié)合工程實(shí)例講授基本力學(xué)概念，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象思維，再加以概括提煉，去偽存真、由表及里地抽象出其中的力學(xué)要素，最終引出力學(xué)概念。運(yùn)用圖片、影像等多種媒介展示具體工程案例，將工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際約束抽象為理想約束而得到力學(xué)計(jì)算模型。如，鋼屋架的焊接、木屋架的榫接以及現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋架，當(dāng)彎矩和剪力較小時(shí)，常簡(jiǎn)化為光滑圓柱鉸，桿件簡(jiǎn)化為鏈桿，屋架則抽象為理想桁架。以實(shí)際工程案例講解剛架、排架和桁架的概念，可以所在教學(xué)樓為鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，教室門窗過梁可簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁等為例。

2.2 鍛煉學(xué)生對(duì)力學(xué)原理的綜合應(yīng)用能力

力學(xué)類課程教學(xué)既要讓學(xué)生掌握系統(tǒng)的力學(xué)知識(shí)，更要做到學(xué)以致用。如，講授斜梁內(nèi)力圖后，可讓學(xué)生對(duì)樓梯進(jìn)行分析計(jì)算;講完排架的內(nèi)力計(jì)算后，可讓學(xué)生對(duì)單層廠房排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。補(bǔ)充講解設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)中常見的受力分析不清、傳力途徑混亂，結(jié)構(gòu)抗力不足等問題。在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和施工實(shí)習(xí)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考構(gòu)件運(yùn)輸、堆放、吊裝、組裝過程中涉及到的力學(xué)問題，使力學(xué)類課程教學(xué)發(fā)揮承前啟后、理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用。

2.3 力學(xué)類課程教學(xué)充分考慮執(zhí)業(yè)考試的需求

目前，土建行業(yè)各類執(zhí)業(yè)注冊(cè)考試基本都含有力學(xué)內(nèi)容，而且所占分值比例較高?？紤]到這一實(shí)際需求，授課內(nèi)容盡可能覆蓋執(zhí)業(yè)注冊(cè)考試大綱的范圍，加大相關(guān)題目的練習(xí)。這也要求授課教師應(yīng)具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，且在當(dāng)?shù)亟ㄖ袠I(yè)具有一定社會(huì)影響，成為培養(yǎng)較強(qiáng)崗位適應(yīng)能力卓越工程師的教師。

3 創(chuàng)設(shè)趣味性、探究式教學(xué)新方法，鍛煉學(xué)生的開放性思維

3.1 趣味性教學(xué)新方法的創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用

興趣是學(xué)習(xí)的最好老師，濃厚的學(xué)習(xí)興趣更容易誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。將抽象晦澀的力學(xué)概念講述以學(xué)生喜聞樂見的方式進(jìn)行，通過蘊(yùn)含力學(xué)原理的事例，增加課堂的趣味性。征引古今中外的力學(xué)趣聞和史話，如，漢代鄭玄對(duì)胡克定律的貢獻(xiàn)，宋代《營(yíng)造法式》關(guān)于木梁高寬比的認(rèn)識(shí)等;討論如何培育抗倒伏水稻、竹子為何長(zhǎng)成中空截面等看似與力學(xué)無(wú)關(guān)的問題，讓學(xué)生加深對(duì)歐拉公式和壓桿穩(wěn)定的理解;將漸進(jìn)法中力矩分配和傳遞過程喻為“按勞分配”、“禮尚往來(lái)”等故事化情景，創(chuàng)造寓教于樂的良好課堂氣氛，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力和智慧潛能的發(fā)揮，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

3.2 探究式教學(xué)新方法的創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用

針對(duì)“以問題為起點(diǎn)，以結(jié)論為終點(diǎn)”的封閉式教學(xué)過程的弊端，創(chuàng)設(shè)一種以案例和問題為核心的情境，激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的研究能力。探究式教學(xué)法以學(xué)生的積極參與為前提，強(qiáng)調(diào)師生互動(dòng)，是一種“問題—探究—結(jié)論—問題—探究”的開放式教學(xué)過程。從熟悉的現(xiàn)象和工程實(shí)際問題入手，廣泛聯(lián)想引出力學(xué)命題，給學(xué)生思考的空間，展開討論并加以引導(dǎo)，將朦朧的感性認(rèn)識(shí)升華到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚?。如，關(guān)于疊加法繪制伸臂梁M圖，先讓學(xué)生對(duì)比分析簡(jiǎn)支梁和伸臂梁的區(qū)別，進(jìn)而分析“高架橋橫梁為何采用伸臂梁的形式”在這種教學(xué)過程中，充分利用學(xué)生的求知欲，使其始終處于主動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，潛移默化地提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，鍛煉了開放性思維。

4 結(jié)語(yǔ)

模塊化、專題式的土木工程力學(xué)類課程體系，可充分發(fā)揮模塊組合效應(yīng)，符合不同專業(yè)方向人才培養(yǎng)的需要。以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)力學(xué)原理的“工程應(yīng)用能力”為主線，注重結(jié)合工程背景，靈活運(yùn)用案例進(jìn)行課程教學(xué)，為學(xué)生學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程奠定堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)。創(chuàng)設(shè)的趣味性、探究式的新型教學(xué)方法，激活用力學(xué)概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思維潛質(zhì)，將傳統(tǒng)的封閉式教學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式的教學(xué)過程。

［1］邱繼生，文艷芳，熊光紅.土木工程力學(xué)類課程系統(tǒng)性及創(chuàng)新性實(shí)踐與研究［J］.陜西教育:高教版，2009(9):40－41.

［2］楊博，孫海濤，楊柳，等.工程化教育背景下土木工程專業(yè)力學(xué)課程體系改革的探討［J］.教育與教學(xué)研究，2010(5):63－64，83.

［3］馬崇武，徐有基，秦懷泉.土木工程專業(yè)力學(xué)課程改革的研究與實(shí)踐［J］.高教論壇，2007(2):112－113.