郇筱林 王崇革 戴素娟

摘要：力學(xué)系列課程是土建類專業(yè)的主干課程，也是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。文章分析了目前地方院校土建類專業(yè)力學(xué)系列課程教學(xué)體系存在的問題，提出力學(xué)系列課程“三模塊、三層次”的教學(xué)體系改革思路。實(shí)踐證明，這種模塊化、層次化的課程教學(xué)體系，符合地方院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：力學(xué)系列課程;三模塊;三層次;教學(xué)體系改革;地方高校

中圖分類號：G6420;TU43?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?文章編號：1005?2909（2019）03?0068?05

力學(xué)系列課程是土建類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是土建類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程的主線，在土建類專業(yè)教學(xué)中起著承上啟下的重要作用。該系列課程上承高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理等基礎(chǔ)課程，下啟鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑材料、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程。力學(xué)系列課程的學(xué)習(xí)直接影響后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量，而且力學(xué)課程與工程實(shí)際有著密切的聯(lián)系，既可以是后續(xù)課程的力學(xué)基礎(chǔ)，又可以直接應(yīng)用于工程的力學(xué)分析，在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新能力及解決實(shí)際工程問題能力方面有著其他課程所不能替代的特殊作用。因此，力學(xué)系列課程的教學(xué)是土建類專業(yè)教學(xué)工作的基本支撐點(diǎn)，抓好了力學(xué)系列課程的教學(xué)就抓住了土建類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。

經(jīng)過專業(yè)調(diào)整以后，高等院校將原來的建筑工程、地下工程、巖土工程等8個專業(yè)合并為“大土木”專業(yè)，也就是土建類專業(yè)。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的地方院校也常常將本校的一些特色自設(shè)專業(yè)歸屬為土建類專業(yè)。以山東科技大學(xué)為例，土建類專業(yè)就包含建筑工程、巖土工程、城市地下空間工程、礦山建筑工程、道路與橋梁工程、水利水電工程、工程管理等7個專業(yè)方向。對這種多方向的土建類專業(yè)，既需要有統(tǒng)一的專業(yè)課程平臺，又需要非統(tǒng)一的平臺課程教學(xué)內(nèi)容。因此，不同方向課程體系的建設(shè)特別是力學(xué)系列課程教學(xué)體系建設(shè)需要不斷完善，才能適應(yīng)市場對人才培養(yǎng)的要求。

一、力學(xué)系列課程教學(xué)體系存在的問題

多年來，力學(xué)系列課程學(xué)時多，時間長，相互獨(dú)立，內(nèi)容重復(fù)，體系欠緊密，內(nèi)容融合不夠，教學(xué)效果不理想，歸結(jié)起來主要有以下幾方面的問題。

（一）每門課各自獨(dú)立，課程體系難以形成有機(jī)整體

長期以來，力學(xué)系列課程的主干課程如理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、流體力學(xué)、土力學(xué)等，各門課程的任課教師歸屬于不同的教學(xué)系所或教研室，以致每門課程教學(xué)各自獨(dú)立，彼此之間缺乏交流，片面強(qiáng)調(diào)單門課程的重要性，注重單門課程知識的完整性，課程相互之間知識割裂，弱化了整體知識結(jié)構(gòu)體系的連貫性和完整性。特別是不同的專業(yè)方向，對各個方向所需具備的整體力學(xué)知識體系的把握與單門課程的知識分布缺少統(tǒng)籌，難以形成有機(jī)整體。

（二）課程內(nèi)容既重復(fù)又缺乏聯(lián)系，課程體系不緊密

傳統(tǒng)的力學(xué)系列課程教學(xué)體系過于強(qiáng)調(diào)各門課程的系統(tǒng)性，以致出現(xiàn)個別內(nèi)容重復(fù)，而且課程之間缺少相互的滲透融合，缺乏必要的銜接，導(dǎo)致很多內(nèi)容脫節(jié)，甚至出現(xiàn)對同一原理或知識點(diǎn)的敘述不夠一致。例如，理論力學(xué)課程中單自由度體系的振動理論在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程里都有講述;梁的支座約束及支座反力的計算等內(nèi)容，在理論力學(xué)和材料力學(xué)課程里重復(fù)講授;材料力學(xué)課程中計算桿件的內(nèi)力以及計算位移的單位荷載法，與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算和結(jié)構(gòu)位移計算內(nèi)容重復(fù)[1];結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的矩陣位移法在有限單元法與程序設(shè)計中也有重復(fù)講授;材料力學(xué)課程中的壓桿穩(wěn)定理論與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性內(nèi)容既重復(fù)又缺乏聯(lián)系;材料力學(xué)課程中超靜定結(jié)構(gòu)的計算部分在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中也有講授，而且方法要比材料力學(xué)課程中的簡潔得多。再如，許多地方院校，由于材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程任課教師往往不屬于同一學(xué)院，在講授材料力學(xué)彎矩圖的畫法時，因?yàn)椴牧狭W(xué)是以單個桿件作為研究對象，往往是把正的彎矩畫在桿軸的上方，而結(jié)構(gòu)力學(xué)是以桿件組成的結(jié)構(gòu)為對象，常常是彎矩畫在受拉側(cè)。

上述課程內(nèi)容上的重復(fù)和脫節(jié)，原因在于課程體系缺少統(tǒng)籌優(yōu)化。一方面，就教師而言，課程學(xué)時本來就十分有限，但還要重復(fù)講授，浪費(fèi)學(xué)時，以致影響課程教學(xué)效率和效果;另一方面，就學(xué)生而言，既要重復(fù)聽講相同的內(nèi)容，還要面對同一內(nèi)容不同的解題思路和方法帶來的困惑，必然影響學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握，進(jìn)而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（三） 課程內(nèi)容、教學(xué)方法與工程技術(shù)發(fā)展不同步

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，現(xiàn)代工程技術(shù)特別是土木工程技術(shù)也有了飛速發(fā)展。目前，土建類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程主線的力學(xué)系列課程，無論是課程內(nèi)容還是教學(xué)方法都存在與工程技術(shù)發(fā)展不同步的問題。

（1）在教學(xué)內(nèi)容上，偏重于傳統(tǒng)的經(jīng)典理論教學(xué)，對經(jīng)典力學(xué)理論介紹得過深過細(xì)。隨著新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，與之相應(yīng)的新理論卻難以在現(xiàn)有教材中找到，教學(xué)內(nèi)容陳舊滯后，有的甚至與后續(xù)課程的專業(yè)規(guī)范不適應(yīng)。比如材料力學(xué)課程中關(guān)于桿件的設(shè)計和校核的內(nèi)容，采用安全系數(shù)法，而這種方法在后續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)等許多結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中早已被淘汰了，教學(xué)內(nèi)容與新的工程科學(xué)理論顯然不同步。

（2）在教學(xué)方法上，傳統(tǒng)力學(xué)課程教學(xué)注重傳授知識和技能，不注重工程的應(yīng)用，學(xué)生只是學(xué)到了理論知識，在利用力學(xué)原理進(jìn)行分析的時候，由于缺乏工程背景和工程意識，解決實(shí)際問題的能力比較差，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。另外，傳統(tǒng)的力學(xué)教學(xué)，更注重定量分析，而忽略定性分析。隨著電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，工程計算中手算地位降低，電算得到普及。對電算分析的結(jié)果進(jìn)行定性分析，從而對工程問題有一個總體把握顯得尤為重要。

二、基于“三模塊、三層次”的力學(xué)系列課程教學(xué)體系改革實(shí)踐

鑒于地方高校土建類力學(xué)系列課程存在的以上問題，筆者及課題組的成員結(jié)合山東科技大學(xué)省級精品課程結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、巖石力學(xué)、彈性力學(xué)和土力學(xué)的建設(shè)情況，以及山東省教學(xué)改革項(xiàng)目，對力學(xué)系列課程教學(xué)體系進(jìn)行了整合研究，提出了基于“三模塊、三層次”的力學(xué)系列課程教學(xué)體系改革方案，即把力學(xué)系列課程進(jìn)行全面優(yōu)化組合，重新搭建課程結(jié)構(gòu)，形成三大模塊，即基礎(chǔ)模塊、工程基礎(chǔ)模塊和專業(yè)模塊;又根據(jù)不同專業(yè)方向的要求，形成三個層次，即通用層次、專業(yè)層次和擴(kuò)展層次，供不同專業(yè)方向選擇。

（一）內(nèi)容整合，重視內(nèi)容交叉，避免重復(fù)脫節(jié)

拋棄傳統(tǒng)的狹義力學(xué)課程概念，改變課程相互獨(dú)立的狀況，對土建類專業(yè)力學(xué)系列課程進(jìn)行全面的優(yōu)化組合，重新組織課程結(jié)構(gòu)。首先將結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)和理論力學(xué)課程作為基礎(chǔ)模塊，并將其內(nèi)容重新整合，分成若干個知識單元;再將各知識單元按照不同專業(yè)方向的需求，歸屬不同的層次，供不同專業(yè)方向選擇，這樣各專業(yè)學(xué)生就能按需選擇課程。比如理論力學(xué)課程運(yùn)動學(xué)部分學(xué)時較多，內(nèi)容也繁雜，但是除了水利水電專業(yè)，其他專業(yè)往往并不需要涉及這部分內(nèi)容，完全可以進(jìn)行優(yōu)化處理。其次將土力學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和巖石力學(xué)課程作為工程基礎(chǔ)模塊，彈性力學(xué)、有限單元法與程序設(shè)計等課程作為專業(yè)模塊，每個模塊的內(nèi)容又分不同的層次（具體見表1）。模塊的劃分主要與培養(yǎng)方案的要求相適應(yīng)，同時根據(jù)模塊位置來安排課程先后關(guān)系，基礎(chǔ)模塊是為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備的，必須安排在專業(yè)課程之前，工程基礎(chǔ)模塊和專業(yè)模塊跟專業(yè)課可以同時開設(shè)，但各專業(yè)應(yīng)根據(jù)需要有選擇地開設(shè)。而層次的劃分，特別是理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程按照知識單元來確定，可以保證學(xué)生在有限的學(xué)時學(xué)到專業(yè)需要的力學(xué)知識。通用層次是各專業(yè)必修部分，各專業(yè)可根據(jù)需要選擇專業(yè)層次里部分或者全部知識單元和課程進(jìn)行必修，擴(kuò)展層次則屬于選修部分。例如，建筑工程專業(yè)學(xué)生除了通用層次課程外，在專業(yè)層次，對理論力學(xué)課程的運(yùn)動學(xué)部分并不需要，工程基礎(chǔ)模塊的巖石力學(xué)也不需要，擴(kuò)展層次課程可作為選修課供學(xué)生自行選擇;工程管理專業(yè)，只需要必修基礎(chǔ)模塊和工程基礎(chǔ)模塊的通用層次內(nèi)容就足夠了。具體到各個專業(yè)，在修訂培養(yǎng)方案的時候可根據(jù)模塊、層次的內(nèi)容進(jìn)行選擇確定。

為了避免課程各自獨(dú)立和

內(nèi)容的重復(fù)

，學(xué)校在進(jìn)行教學(xué)大綱修訂時，組織各門課程的負(fù)責(zé)人和主講教師一起研討各個知識單元或各門課程的具體內(nèi)容，著重討論內(nèi)容重復(fù)部分的歸屬和內(nèi)容交叉部分的銜接，以及前后銜接內(nèi)容在教學(xué)中的一致性。根據(jù)各門課程學(xué)時安排，將單自由度體系的振動理論在理論力學(xué)課程振動部分講解，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中則不重復(fù)講解;梁的支座約束及支座反力在理論力學(xué)課程講解，材料力學(xué)課程中不再重復(fù);計算內(nèi)力、位移的單位荷載法和超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中講解，材料力學(xué)課程中的相應(yīng)內(nèi)容則作刪除;壓桿穩(wěn)定計算在材料力學(xué)課程中講解，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中不再重復(fù);原結(jié)構(gòu)力學(xué)矩陣位移法的內(nèi)容并入有限單元法與程序設(shè)計課統(tǒng)一講述。通過調(diào)整既避免了課程內(nèi)容的重復(fù)和脫節(jié)，又注重了內(nèi)容的交叉協(xié)調(diào)。

（二）刪除陳舊過時內(nèi)容，補(bǔ)充先進(jìn)科技成果資料

力學(xué)系列課程教學(xué)內(nèi)容要適應(yīng)新的工程工藝和工程技術(shù)發(fā)展的需求，及時刪除陳舊過時的內(nèi)容，增補(bǔ)最新的專業(yè)信息，特別是補(bǔ)充先進(jìn)科技成果方面的內(nèi)容。即使那些在歷史上曾經(jīng)發(fā)揮過重要作用但是在實(shí)踐中已基本不用的理論和方法，該淘汰的也要淘汰，代之以比較成熟的、有影響力的先進(jìn)科技成果。比如刪除圖解法，除了講解數(shù)解法計算，應(yīng)引入結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行計算;再比如淘汰材料力學(xué)壓桿穩(wěn)定設(shè)計部分桿件穩(wěn)定設(shè)計校核的安全系數(shù)法，用與后續(xù)專業(yè)課程相銜接的穩(wěn)定系數(shù)法取而代之。配合力學(xué)課程的課堂教學(xué)，安排講座或討論課，介紹最新工藝和技術(shù)的信息，比如與力學(xué)系列課程有關(guān)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的具體應(yīng)用、學(xué)科發(fā)展動態(tài)等，以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣。在教學(xué)改革中學(xué)校開設(shè)了由多個教師共同講授的力學(xué)與現(xiàn)代工程、力學(xué)導(dǎo)論、計算結(jié)構(gòu)力學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)進(jìn)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等課程，供各個專業(yè)的學(xué)生選修。這種講座形式的選修課，一方面可以擴(kuò)大學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣;另一方面也能進(jìn)一步深化和豐富力學(xué)課程的課堂內(nèi)容，同時對有志報考研究生繼續(xù)深造的學(xué)生，能培養(yǎng)其科學(xué)研究思想，增強(qiáng)其科學(xué)研究的信念。

（三）改進(jìn)教學(xué)方法和手段，與工程技術(shù)發(fā)展協(xié)調(diào)一致

適應(yīng)地方高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，改革力學(xué)課程的教學(xué)方法。力學(xué)課程教學(xué)既要注重傳授知識，更要注重知識的后續(xù)應(yīng)用，這就要求教師在講授理論、例題或者布置習(xí)題時，應(yīng)與工程實(shí)例相結(jié)合，講清楚其中的來龍去脈，便于學(xué)生理解和掌握。在教學(xué)輔助設(shè)施上，學(xué)校結(jié)合精品課程建設(shè)，已建立了省級精品課程網(wǎng)站（有結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)課程），作為學(xué)生課下輔助學(xué)習(xí)的系統(tǒng)平臺;開設(shè)理論力學(xué)求解器[2]和結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器上機(jī)實(shí)習(xí)課;建立結(jié)構(gòu)模型室，方便教師講課和學(xué)生使用。在教學(xué)手段上，合理使用多媒體教學(xué)[3]，擴(kuò)大知識量，并將大量工程實(shí)例搬上大屏幕，提高教學(xué)效果。

三、結(jié)語

作為土建類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，力學(xué)系列課程應(yīng)適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)的要求，對課程教學(xué)體系的研究和改革不僅必要而且也非常重要。通過以上模塊化、層次化的教學(xué)體系改革實(shí)踐，學(xué)生對知識的理解和掌握程度都有所提高，效果明顯。但是力學(xué)系列課程教學(xué)體系的建設(shè)，是一項(xiàng)長期和艱巨的任務(wù)，需要廣大力學(xué)課程教育工作者深入研究和實(shí)踐。

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Reform and practice of teaching system for mechanics

series courses of civil engineering specialty in local universities

HUAN Xiaolin，WANG Chongge，DAI Sujuan

（School of Civil Engineering and Architecture ， Shandong University of

Science and Technology， Qingdao 266590， Shandong， P. R .China）

Abstract：

Mechanics series courses are main courses and important professional basic courses of civil engineering specialty. This paper analyzes the current existing problems on teaching system in mechanics series courses of civil engineering specialty in local institutions and put forward the teaching system reform thinking of“three modules， three levels” for mechanics series courses. Practices have proved that the modular， hierarchical course teaching system is importance to adapt to the request of applied talents training in local colleges and universities.

Key words：mechanics series courses; three modules; three levels; teaching system reform; local colleges and universities