王士龍，江 濤，曹現雷

(安徽工業(yè)大學 建筑工程學院, 安徽 馬鞍山 243002)

一、引言

未來新興產業(yè)和新經濟對工科人才在實踐能力、創(chuàng)新能力、國際競爭力等方面提出了更高的要求，這類高素質復合型“新工科”人才除了在某一專業(yè)領域上學業(yè)精深之外，還應具有“學科交叉融合”的特征[1]；不僅要能夠運用所掌握的知識去解決現有的問題，還要學習新知識、新思想、新技術去解決未來發(fā)展中出現的新問題，對未來技術和產業(yè)起到引領推動作用。新工科建設以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，以培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才為目標[2]。在新工科建設理念的引領下，工科類課程教學必須改革以應對工科專業(yè)建設和工程人才培養(yǎng)的新要求。

理論力學是研究機械運動的一般規(guī)律，闡述力學中最基本的理論，是工科專業(yè)中理論性較強的技術基礎課，它既是各門后續(xù)力學課程(如材料力學、結構力學等)和相關設計類課程(如混凝土結構設計原理、鋼結構設計等)的理論基礎，又是一門具有完整體系并繼續(xù)發(fā)展的獨立學科，在許多工程技術領域和科學研究中有著廣泛的應用。但是，由于理論力學課程具有概念多、理論性強、解題靈活以及數學公式推導繁瑣等特點，在傳統(tǒng)的教學模式下，往往會出現課堂效果不理想，學生學習積極性下降，成績分化嚴重等問題。此外，在新工科建設大力推進的背景下，作為眾多工科專業(yè)的領路課程，理論力學的教學模式迫切需要變革以適應新時期人才培養(yǎng)的目標。

二、傳統(tǒng)理論力學課程教學存在的問題

(一)教學內容抽象，與工程實踐脫節(jié)

理論力學作為力學類的基礎課程，具有內容抽象、概念多、公式繁多等特點，因此，對于教學內容的編排不僅要符合認知規(guī)律，還要讓學生對知識脈絡有清晰的認識，能夠積極主動參與其中[3]。理論力學的另一顯著特點是幾乎所有的力學模型都來源于具體的工程實際，這也是力學類課程與工程實踐密切聯系的基礎。在對內容講授時除了對提煉的數學模型進行邏輯上的嚴密推導分析，還應著重強調與之相應的力學模型提煉過程，讓學生明確概念的來源及其應用場景，了解計算模型的提煉簡化思想，從而增強學生解決實際工程問題，尤其是對于非力學專業(yè)的學生而言更為重要。國外的理論力學教材內容，所涉及到的配套例題、習題幾乎都有相應的工程應用實例來佐證，這樣就使得理論知識不再是空洞的概念和公式，學生往往會主動探索解決實際工程問題的途徑和方法，對所涉及到的知識原理更容易理解、掌握。目前，我國不少工科院校使用的理論力學教材大多沿用哈工大理論力學編寫體系，這類教材內容比較充實具體，兼顧了不同專業(yè)對力學基礎知識的要求。盡管對不同專業(yè)授課時可以根據專業(yè)需要、學時的多少來進行詳略取舍，但教材所列舉的工程實例往往不具有代表性和針對性，如對于土木工程專業(yè)學生而言，在學習動力學部分的內容時就顯得比較困難，教材中所選案例多為機械結構，而這些與土木工程專業(yè)契合度相對較低。因此，需要結合專業(yè)性質，對課本原有的內容進行整合，引入更多與本專業(yè)相關的工程案例來完善課程內容的構建。

目前理論力學課程的教學主要側重于力學基本概念和原理的講解，并結合簡化的工程算例進行鞏固強化，少有開展工程實踐探索、仿真虛擬操作、課題任務活動等實踐性教學環(huán)節(jié)，尤其是對于少學時的非力學專業(yè)，偏離了力學類課程與技術專業(yè)“工程化”的核心，無法滿足課程教學的要求。

(二)授課模式單一

以面授為主的課堂教學模式是目前采用最為廣泛的教學方式之一，在講解完一個知識點后補充相關習題，讓學生課堂練習，通過查看學生解題的出錯思路，與學生面對面的交流，能夠更為直接地了解學生的知識點的掌握情況，有助于培養(yǎng)學生解決問題的規(guī)范性、思考問題的邏輯性[4]。但面授為主的教學方式往往使學生處于被動接受的局面，且無法顧及不同層次學生的需求，缺乏個性化的培養(yǎng)方案。此外，傳統(tǒng)的授課模式過于強調教師的主導地位，教與學的互動較少，滿堂灌輸的局面尤為常見。對于概念眾多、環(huán)環(huán)相扣的力學課程而言，以單向知識輸出為主的教學模式，學生積極性不高，課堂效果不理想。

(三)課程考核評價方式不靈活

作為專業(yè)基礎課程，理論力學課程大多沿用“平時成績”和“期末統(tǒng)考”相結合的模式來加以考核評價。平時成績占比較低(≤30%)，期末統(tǒng)考則由授課教師根據培養(yǎng)方案的要求自主命題。這種考核方式能夠直觀反映學生對該課程內容的掌握程度，如基本概念的理解、力學模型的簡化分析、數學模型的建立求解等?；旧?，該考核模式能較為客觀反映學生對理論知識的把握以及學習態(tài)度情況。但就評價學生的綜合能力而言，這種量化的考核方式缺乏全面性。比如，考題往往是圍繞某一個或者幾個知識點的高度簡化模型，難以訓練實際復雜工程問題的分析求解過程。此外，在學科間的交叉融合、理論實踐相結合、文獻調研以及溝通協(xié)作等能力上無法對學生作較為合理有效的評定。

三、新工科背景下理論力學教學改革舉措

(一)優(yōu)化教學內容

“兼具理論知識、創(chuàng)新能力和工程實踐能力”是 “新工科”人才培養(yǎng)的要求，同時也是我校最新修訂的土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案目標之一。因此，需要根據土木工程專業(yè)的特點，對理論力學的教學內容進行優(yōu)化，合理分配學時。如靜力學是土木工程專業(yè)的核心內容，可適當增加該部分的學時讓學生充分掌握力學模型的簡化、受力分析的方法，平衡問題的求解等。而對于運動學和動力學部分可以適當弱化公式的推導過程，重點講解基本概念和力學原理，理清各知識點的邏輯關系，展示基本的力學原理在實際工程中所能解決的具體問題。

精心的教學內容設計是提升課堂教學效果的基礎，也是調動學生參與課堂教學的關鍵。結合理論力學的特點和工科專業(yè)對學生理論實踐能力的要求，設計探究性的教學內容。從工程實例出發(fā)，提出相應的問題，將整個教學活動從教師單方面的知識講授轉變?yōu)閷W生主動參與探索型教學活動，引導學生思考如何去分析解決所提出的問題。如講解桁架結構的內力計算一節(jié)時，首先從工程中常見的結構(如機場、火車站的桁架頂棚，建筑中的腳手架，輸電塔等)出發(fā)，引出“桁架”的概念，進一步引導學生思考該類結構的布置原則，明確桿件內力分布需要采取的計算模型和求解方法。此外，“點的運動合成分解”這一章節(jié)，涉及的概念繁多且較為抽象，對土木工程專業(yè)的學生而言，吊車梁是結構實驗室中比較熟悉的起重工具，通過吊車梁的運動來講解動點、牽連點，絕對運動、相對運動以及牽連運動等基本概念時，學生能夠根據構建出的場景理解相關概念的含義。

在教學內容上還應融入最新的科學進展，讓學生了解本專業(yè)和相關學科的科技發(fā)展新動態(tài)。如在靜力學部分的 “力系的簡化”一節(jié)可引入裝配式建筑結構的發(fā)展應用；“剛體的簡單運動”章節(jié)可展示建筑3D打印機器導桿的運動情形，以及該技術在構建自由形式建筑結構方面的研究進展和未來發(fā)展趨勢。通過最新科技的發(fā)展介紹，拓寬學生視野的同時讓學生體會不同學科間的交叉融合。

(二)融合不同課堂教學模式

為了改變傳統(tǒng)以教師單向講授為主導的理論力學教學模式帶來的弊端，提升學生的主觀能動性，順應新時期卓越工程師的培養(yǎng)要求，各類新型的課堂教學模式逐漸被提出。如將教師講授為主，學生通過練習完成知識內化的傳統(tǒng)教學模式轉變?yōu)閷W生課前完成知識的學習，而在課堂上教師協(xié)助實現知識內化，這種 “翻轉課堂”的教學模式突出以學生為主體，讓學生最大程度參與到課堂教學環(huán)節(jié)，能夠培養(yǎng)學生的自學能力和高階思維能力[5]。此外，互聯網技術的發(fā)展使得知識的傳播和獲取變得更加的多樣化，優(yōu)質的網絡課程資源(如慕課)能夠作為課下的補充材料，進一步鞏固、提升學生在課堂上未能完全消化的知識內容，同時也為教師提供了向同行學習交流的平臺。

現代教育技術的融入增強了課堂的靈活性，促進了學生參與課堂教學的互動性，同時也搭建了師生高效溝通的平臺。目前，我校大力推進 超星“學習通”在課堂教學中的應用，試圖將課堂教學、在線教學平臺與多種移動終端有機結合，推動“互聯網+教育”環(huán)境下的教學改革，提高教學效果。借助于“學習通”平臺，教師可將各類教學資源(如PPT課件，動畫演示案例，工程場景實錄，學術文獻等)上傳，方便學生隨時隨地在移動終端上進行課前預習、課后鞏固。課堂教學中，教師可通過現場測試的方式來了解學生對某一知識點掌握情況，根據測試結果的反饋報告，適時調整授課方案和授課進度。在習題設置上，結合知識點的需要設置不同難易程度的試題，既考慮到基礎薄弱學生的訓練，又兼顧能力較強學生的發(fā)展提高。通過學習平臺APP軟件，可隨時查看學生的學習動態(tài)、習題完成情況，掌握每一名學生對課程的掌握理解程度，從而可以有針對性地給予輔導。

(三)探索多元化的考核機制

近年來，我校大力推進課程考核模式改革，在原有“平時成績+期末考試”的傳統(tǒng)模式基礎上，逐步完善形成性評價考核體系，加大“平時成績”的比例，豐富平時成績的考查形式。對于理論力學課程，平時成績除了課后作業(yè)、課堂表現以及隨堂測試之外，還逐步開展了工程實際研究性題目設計求解環(huán)節(jié)，如靜力學部分特定荷載工況下桁架橋梁的設計，運動學部分的飛機可回收起落架的尺寸設計等，要求采取小組合作的方式進行，可采取理論計算、仿真模擬等手段完成設計內容，同時對各小組成員的參與情況作簡要說明。這種考評模式能夠有效提高學生分析解決實際工程問題的能力、團隊協(xié)作意識和創(chuàng)新思維能力。

此外，李俊峰在理論力學課程的考核方式上也作了其他類型的改革嘗試。具體做法是：學生可自愿選擇參加口試，并決定是否將口試的成績作為最終的考試成績而不再參與期末考試?？谠嚨膬热葜饕獋戎赜诳疾閷W生對理論力學中一些基本概念的理解深度以及對知識體系的構建[6]。現代教育技術的發(fā)展也促進了與之相應考核方式的興起，如利用超星學習通平臺開展過程性考核。采取多元化的課程考核方式能夠有效提高學生在教學活動中參與度，更加合理、全面地反映學生對該課程基本內容的理解以及該課程所承擔的能力培養(yǎng)目標的實現狀況。

四、 結語

理論力學課程是搭建工科基礎課和專業(yè)課之間的橋梁，也是承擔培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的重要載體之一，在新工科建設的背景下，理論力學的課程內容要與時俱進、傳承創(chuàng)新，積極探索不同的教學方式，課堂教學要不斷與現代教育技術相結合，充分發(fā)揮現代教學手段的價值，不斷完善考核評價體系，實現課堂效率和學生的學習成績的雙重提高。