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土木工程理論力學(xué)教學(xué)改革研究論文
摘要：應(yīng)用型高校是以培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才作為目標(biāo)的，理論力學(xué)作為土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也必須圍繞這一培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行改革�；诖耍瑢�(duì)理論力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)考核三方面的改革進(jìn)行了研究，以期更好適應(yīng)土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改變，為培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才提供可靠參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；土木工程；理論力學(xué)；教學(xué)改革
隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展從依賴資源、勞動(dòng)力向依賴創(chuàng)新、人才的轉(zhuǎn)移和教育教學(xué)改革的深入，地方性普通本科高校向應(yīng)用型本科院校的轉(zhuǎn)型，為地方和行業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型、專業(yè)化的高素質(zhì)人才迫在眉睫。[1-2]理論力學(xué)作為土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)理論課，是學(xué)習(xí)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等其他力學(xué)基礎(chǔ)課，也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)課的基礎(chǔ)，這門課程的教學(xué)效果將會(huì)直接影響到后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及工科專業(yè)畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量[3]。理論力學(xué)的課程教學(xué)也需要在向應(yīng)用型本科高校的轉(zhuǎn)型浪潮中不斷進(jìn)行革新與實(shí)踐。
1理論力學(xué)教學(xué)改革的背景
在近幾年教學(xué)實(shí)踐過程中，筆者意識(shí)到土木工程專業(yè)的理論力學(xué)教學(xué)效果逐年下降，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.1教材設(shè)計(jì)針對(duì)性不強(qiáng)
理論力學(xué)這門課程對(duì)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)要求較高，但是由于種種原因，應(yīng)用型本科高校生源的數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)研究型大學(xué)或教研型大學(xué)的生源而言要弱許多，而現(xiàn)有的理論力學(xué)教材大多是針對(duì)研究型大學(xué)編寫的，偏重理論性研究，教材的應(yīng)用性設(shè)計(jì)不明顯。理論力學(xué)是土木專業(yè)和機(jī)械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，現(xiàn)有的理論力學(xué)教材囊括了土木專業(yè)和機(jī)械專業(yè)的全部內(nèi)容，在內(nèi)容設(shè)置上沒有考慮不同專業(yè)的需求。如靜力學(xué)部分，對(duì)于土木專業(yè)的學(xué)生來說，與建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的約束，如梁和樓板的靜力平衡計(jì)算和桁架的內(nèi)力計(jì)算是重點(diǎn)，其中梁和樓板的靜力平衡計(jì)算能為材料力學(xué)的學(xué)習(xí)起到很好的鋪墊作用，桁架的內(nèi)力計(jì)算能為將來結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，而對(duì)機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來說，圓柱鉸鏈、徑向軸承、止推軸承的受力分析則需要重點(diǎn)講授，桁架的內(nèi)力計(jì)算則可以一帶而過。[1]
1.2教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際脫節(jié)
理論力學(xué)包括靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)三部分內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容繁雜、理論抽象、公式較多。例如我校土木專業(yè)的理論力學(xué)僅為48課時(shí)，短時(shí)間內(nèi)課堂教學(xué)只能講授教材中基本的理論知識(shí)，難以讓學(xué)生構(gòu)建全面的理論力學(xué)知識(shí)體系，更無法開展與工程實(shí)踐相關(guān)的教學(xué)環(huán)節(jié)。同時(shí)缺乏實(shí)驗(yàn)課時(shí)，讓理論力學(xué)的學(xué)習(xí)抽象而不直觀，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏感性認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟理解困難增大，而且教材中過于理想化、模型化的題目與工程實(shí)際聯(lián)系脫節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難對(duì)理論力學(xué)課程的實(shí)際應(yīng)用性作直觀的判斷。如理論力學(xué)中的剛體就是理想化的模型，而在實(shí)際的工程實(shí)踐中是不存在的。
1.3學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不佳
理論力學(xué)作為我校土木專業(yè)學(xué)生入學(xué)后的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在大學(xué)一年級(jí)的上半學(xué)期進(jìn)行。目前，理論力學(xué)的教學(xué)方式仍是以課堂教學(xué)為主，老師單向傳授，學(xué)生被動(dòng)聆聽，教學(xué)過程枯燥乏味，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也差強(qiáng)人意。究其原因，主要有兩個(gè)方面：一方面隨著高校教育“大眾化”伴隨而來的擴(kuò)招，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力正在逐年下降，而該課程教學(xué)內(nèi)容要求學(xué)生不僅需要具備一定的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)，還需要擁有形象思維和邏輯思維能力，而學(xué)生基礎(chǔ)的參差不齊使學(xué)生很容易產(chǎn)生畏難情緒，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；另一方面課時(shí)的精減導(dǎo)致老師和學(xué)生過多地依賴于多媒體課件教學(xué)，對(duì)于應(yīng)用型本科高校的學(xué)生來說，要求在這么短的時(shí)間內(nèi)掌握這么多的內(nèi)容是極具挑戰(zhàn)性的，況且學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性較差，學(xué)生不能及時(shí)消化課堂所學(xué)，久而久之，隨著課程深入的增加，未能掌握的知識(shí)越積越多，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意愿也就越來越小。[2]
2教學(xué)改革的內(nèi)容
針對(duì)理論力學(xué)在教學(xué)過程中所表現(xiàn)出的種種問題，理論力學(xué)的改革刻不容緩。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)考核等方面研究了適合應(yīng)用型本科高校的理論力學(xué)教學(xué)模式。
2.1明確教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)我校土木專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，理論力學(xué)的課程應(yīng)定位為“學(xué)生能熟練運(yùn)用理論力學(xué)的基本理論去分析和解決實(shí)際工程問題，理論與實(shí)踐密切結(jié)合”，這就要求老師在教學(xué)過程中，合理分配教學(xué)課時(shí)，刪繁就簡，弱化理論公式的推導(dǎo)，重視分析方法與實(shí)踐應(yīng)用。表1即為我校土木專業(yè)學(xué)時(shí)分配表。對(duì)于土木工程專業(yè)來說，靜力學(xué)中物體受力分析和受力圖的畫法及平面任意力系的平衡是理論力學(xué)課程的核心和重點(diǎn)，必須安排較多課時(shí)講解和練習(xí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打好根基。運(yùn)動(dòng)學(xué)中的速度、加速度的計(jì)算和動(dòng)力學(xué)中的動(dòng)量定理、動(dòng)能定理這部分內(nèi)容與中學(xué)物理和大學(xué)物理交叉重復(fù)，可適當(dāng)加快進(jìn)度，安排較少課時(shí),科氏加速度對(duì)理論力學(xué)后面幾章及將來其他力學(xué)專業(yè)課的學(xué)習(xí)亦無影響，且學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，在學(xué)時(shí)精減的情況下，適當(dāng)刪掉是合理的。對(duì)于理論力學(xué)中一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)，如點(diǎn)的速度合成定理，不需要講其復(fù)雜的理論推導(dǎo)過程，只需要強(qiáng)調(diào)怎樣使用定理去分析問題、解決問題。[3]在例題和習(xí)題的取舍上，題目不可過于抽象化、模型化，應(yīng)多與工程實(shí)踐相聯(lián)系，增加習(xí)題的趣味性和綜合性，盡可能地為學(xué)生留出想象的空間。例如講到平面任意力系的平衡計(jì)算，可以列舉工程中常見的塔吊，分析其在工作過程中的受力情況，講到力偶時(shí)可以列舉生活中我們常見的方向盤等等，這種理論與實(shí)際的結(jié)合可以讓學(xué)生對(duì)這些力學(xué)知識(shí)產(chǎn)生一種直觀認(rèn)知，加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解和應(yīng)用。[4]
2.2轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性
應(yīng)用型教育質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于教學(xué)方式是否正確。有研究表明，學(xué)生一堂課的注意力集中時(shí)間不到20分鐘，教師的教學(xué)效果的優(yōu)劣，體現(xiàn)在能否在有限的時(shí)間內(nèi)最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。[4]理論力學(xué)知識(shí)傳統(tǒng)的傳授過程是老師向?qū)W生的單向復(fù)制和灌輸，缺少師生間的互動(dòng)和交流，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。理論力學(xué)的教學(xué)方式應(yīng)讓教師與學(xué)生在教與學(xué)的互動(dòng)中去實(shí)踐。[5]在發(fā)揮教師主導(dǎo)作用的同時(shí)，尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主體地位，可以通過啟發(fā)式、討論式和研究式等生動(dòng)活潑的教學(xué)方式，互換師生角色，安排學(xué)生上講臺(tái)講授自己對(duì)某部分課程內(nèi)容的自學(xué)總結(jié)，使學(xué)生真正參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中。此外增加實(shí)踐教學(xué)，如開展簡單的力學(xué)實(shí)驗(yàn)或增配教學(xué)模具等方式，讓學(xué)生通過實(shí)際的力學(xué)模型將理論知識(shí)上升到實(shí)踐認(rèn)知，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維模式；還可以通過手工制作實(shí)體力學(xué)架構(gòu)模型，如紙質(zhì)大跨度簡支橋，對(duì)其施加作用力，觀察并分析其受力狀態(tài)及特點(diǎn)；或是通過計(jì)算機(jī)建立力學(xué)模型，運(yùn)用cad或ansys等軟件，模擬其受力變形過程，這樣不僅可以極大的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，還可以使學(xué)生從中獲得成就感，并對(duì)理論力學(xué)知識(shí)在實(shí)踐中的具體運(yùn)用有深入的了解。
2.3完善考核方法，突出實(shí)踐能力
理論力學(xué)課程教學(xué)方向的改革還需科學(xué)合理的考核制度的配合。[6]目前我校理論力學(xué)的考核仍然是閉卷考試，考核內(nèi)容偏重于理論，輕視實(shí)踐能力，學(xué)生成績由平時(shí)成績和期末成績兩部分組成，所占比重為3:7，顯然這種考核方式對(duì)于評(píng)價(jià)學(xué)生的能力是有限的。因此結(jié)合前述的討論，在考核方式的改革中，可以將總成績劃分為幾個(gè)部分：平時(shí)考勤占10%，作業(yè)占20%，課堂討論占15%，實(shí)踐成績占15%，期末考試成績占50%，其中實(shí)踐成績可以通過建立力學(xué)模型或進(jìn)行力學(xué)計(jì)算模型分析或參加力學(xué)競賽等來評(píng)定。這種考評(píng)機(jī)制可以提升學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新思維的能力、分析問題解決問題的能力，使理論力學(xué)知識(shí)不僅僅停留在紙面上，而是應(yīng)用在實(shí)際工程中。
3結(jié)語
理論力學(xué)作為一門兼有基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)雙重性質(zhì)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在土木類應(yīng)用型人才課程體系中起著承上啟下的作用。它的教學(xué)改革將是一個(gè)反復(fù)探索不斷實(shí)踐的過程，也是我們每一位理論力學(xué)工作者不懈追求的目標(biāo)。
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