邱繼生，任建喜，熊光紅，文艷芳

（西安科技大學建工學院，陜西西安 710054）

基于卓越工程師培養(yǎng)的結構力學課程改革與實踐①

邱繼生，任建喜，熊光紅，文艷芳

（西安科技大學建工學院，陜西西安 710054）

基于國家對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的要求，根據(jù)社會對工程人才綜合性、系統(tǒng)性、實踐性和創(chuàng)新性的要求，結合目前結構力學課程教學中存在的問題，從引入項目教學法、實施現(xiàn)場教學法、加強教師的工程素質及改進課程的評價體系等方面，對提高結構力學在卓越工程師培養(yǎng)中的作用進行了探討。

卓越工程師;結構力學;項目教學法;現(xiàn)場教學法;評價體系

教育部實施的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”作為中國教育部落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》的重大改革項目是推進高等工程教育適應我國新型工業(yè)化和創(chuàng)新型國家建設需要，培養(yǎng)適合工業(yè)界需求的合格工程師的重要舉措，是我國高等工程教育領域的一項重大改革。目前我校在積極參與“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的實施，而土木工程作為省級及國家級特色專業(yè)具有計劃實施的基礎和優(yōu)勢，也計劃在地下工程的特色專業(yè)上試點“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，并根據(jù)實施的情況總結經驗進而推廣到其他專業(yè)。

土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是使畢業(yè)生能夠掌握本專業(yè)必須的基礎理論和專業(yè)知識，具有從事本專業(yè)實際工作的基本技能，具備終身學習和在本專業(yè)上進一步發(fā)展和深入的能力。西安科技大學建工學院本科主要有建筑工程、地下空間結構工程、道路與橋梁工程及巖土工程等幾個專業(yè)，這些專業(yè)中均要開設結構力學。結構力學［1－2］分2個學期開設，第一學期為36學時，第二學期為80學時，共計116學時，是學時最多學分最高的課程之一。結構力學的前導課程是高等數(shù)學、大學物理、計算機基礎知識、FORTRAN語言等基礎課，后續(xù)課程是鋼筋混凝土結構、結構設計原理、鋼結構、砌體結構、有限元理論、基礎工程、隧道工程及橋梁工程等大量的專業(yè)課。結構力學即與工程實踐有緊密的聯(lián)系，又要為后續(xù)的專業(yè)課學習奠定良好的基礎，具有不可替代的作用。正是由于力學類課程在土木工程專業(yè)的核心地位，所以國內外高等院校都非常重視結構力學課程的教學改革，清華大學、同濟大學、東南大學、長安大學、西安建筑科技大學等院校都根據(jù)自身存在的問題提出了一些改革方法，如利用多媒體手段、與前沿科技相結合、整合其與其他課程間的資源等，取得了一定的效果。

基于國家對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的要求，根據(jù)社會對工程人才綜合性、系統(tǒng)性、實踐性和創(chuàng)新性的要求，圍繞這種素質的培養(yǎng)需求和目前結構力學教學中存在的問題通過調整教學內容，創(chuàng)新教學方法，完善考核評價體系、加強教師的工程教育來提高結構力學在“卓越工程師”培養(yǎng)中的基礎作用。

1 存在的問題

目前我校土木工程專業(yè)結構力學教學中主要存在以下幾個問題:第一，結構力學學時多、內容多、作業(yè)多、難點重點多，學生學習起來比較吃力;第二，結構力學重在講解基本概念、基本原理和基本方法，所采用的原理和方法與實際工程相差較遠內容較抽象，學生理解起來較困難;第三，結構力學的基本原理與實踐聯(lián)系較少，雖然講課中盡量聯(lián)系實際，但是大多數(shù)學生不能形象的將實踐與原理有機的結合起來，不能利用原理解決實際問題，反之也不能通過實際工程加深對原理的理解;第四，目前結構力學主要采用傳統(tǒng)的板書的教學方法，手段單一，難以調動學生的積極性。這些問題已嚴重影響結構力學類對學生工程素質、創(chuàng)新能力、實踐能力的提高。

目前在教學過程中也對結構力學的教學方法和內容進行了一些改革，比如改進多媒體教學方式，在授課中盡量理論聯(lián)系實際，對提高學習積極性及教學效果起到了較好的作用。但限于教學條件與教學資源的匱乏，該課程的教學改革還沒有形成系統(tǒng)性、連續(xù)性及規(guī)模性，尤其不能適應目前加強對學生工程實踐能力和綜合素質培養(yǎng)的要求。

2 解決途徑

2．1 引進項目教學法

項目教學法是根據(jù)瑞士著名心理學家皮亞杰提出的建構主義理論而提出的一種教學方法，它以探索問題來引發(fā)和維持學生的學習興趣和動機，主張教師將教學內容隱含在一個或幾個有代表性的任務中，課堂講授、教材組織和實驗實訓環(huán)節(jié)均圍繞一系列的任務進行［3－5］。這種教學方法將傳統(tǒng)的單純教師講授轉變?yōu)閺娬{學生的學習活動與多個任務或問題相結合，以完成任務作為教學活動的中心。學生在完成任務的動機引導下，在教師的指導幫助下，通過對任務的分析討論，然后主動應用一切資源，在自主探索和互動協(xié)作過程中，找出完成任務的方法，最后通過任務的完成實現(xiàn)意義的建構。項目教學法與傳統(tǒng)課堂講授法不同點是。知識不是通過教師傳授而得到的，是學生在完成任務過程中，借助教師及其他學生的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得。

土木工程專業(yè)是一門與實踐結合很緊密的課程，要想培養(yǎng)學生的工程素質就得讓其盡量多接觸工程實踐，在實踐中去理解舊知識，發(fā)現(xiàn)新知識，達到理論知識與實踐能力有機結合的目的。在結構力學中實施項目教學法，任務的制定是關鍵。第一，任務要能緊密結合結構力學的教學內容，又能緊密聯(lián)系工程實踐;第二，任務的設計要能激發(fā)學生學習的興趣及探索欲望，變要我做為我要做，讓學生能自主完成任務;第三，任務的設計要充分考慮到學生的特點、現(xiàn)有文化知識、認知能力與知識接受能力的差異，難易適中，要有一定的區(qū)分度。在設計的過程中，要始終從學生的角度考慮，根據(jù)學生的實際水平來設計每一個任務，針對不同程度的學生來設計不同層次的練習，也就是說“任務”要有層次感。這幾個環(huán)節(jié)從內容、出發(fā)點、方法到最終目標是一個有機的整體，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將影響項目教學法的效果及課堂教學的成效。

項目主要包括2種方式即力學模型制作試驗和實際工程力學分析。以項目為載體，讓學生通過查找資料、現(xiàn)場調研、模型制作等，對實際工程結構或者模型結構進行力學分析，深刻理解結構力學與實際工程間的聯(lián)系及其在實踐中的應用，將以教師講授為中心的教學模式向以學生動手為中心的教學模式轉變。通過項目完成的過程培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性、項目構思設計及實施能力、查閱文獻的能力及交流能力，能夠全面培養(yǎng)學生的綜合素質。另外積極組織學生參加全國及各高校組織的結構設計大賽，通過參加比賽，在比賽中學習，在競爭中提高。

2．2 引入現(xiàn)場教學

充分利用學院建立的土木工程實習基地，將課堂教學與現(xiàn)場實習相結合引入現(xiàn)場教學，針對實際工程中的力學問題現(xiàn)場講解，既能讓學生了解結構力學在實踐中的應用，又能通過實際工程加深學生對原理的理解，同時還能提高學生的學習興趣?，F(xiàn)場教學主要包括學生、教師和教學基地3個方面，這3個方面明確各自職責與目標，相互配合是現(xiàn)場教學取得預期效果的前提和基礎。

現(xiàn)場教學中學生是教學的核心主題，因此要求學生在課前做好思想準備，了解現(xiàn)場工程的基本概況及相應的知識準備，這樣才能體會到現(xiàn)場教學的獨特性、興趣性、創(chuàng)新性;在現(xiàn)場教學中學生要全身心的融入到現(xiàn)場、感受現(xiàn)場，積極思考，并結合所學理論知識發(fā)現(xiàn)問題提出問題并尋求解決問題的方法，將現(xiàn)場教學中看到的感性認識進行深化提高，從而更加深刻的理解結構力學的基本原理方法與實際工程的關系;現(xiàn)場教學后，學生要積極總結，書寫總結報告，將基本原理與實踐相結合并內化為指導實踐的方法。

教師是現(xiàn)場教學法的組織者協(xié)調者及講解著，在一些情況下也可讓現(xiàn)場工地的相關工程人員與老師共同完成這一任務。現(xiàn)場教學法對教師提出很高的要求，第一要求教師具有深厚的理論功底，能夠解決現(xiàn)場學生提出的各種問題;第二要求教師具備清晰的思維、生動的語言，能夠深入淺出的將工程中的各種實際問題與結構力學中的理論有機結合起來;第三要求教師具備現(xiàn)場的協(xié)調組織和應變能力，能夠緊扣主題，通過講解、提問等方式，啟發(fā)學生的思維，逐步將感性認識升華到結構力學的理性認識上。另外，教師講解中避免知識點的講解過多過亂，甚至離題跑題現(xiàn)象，將現(xiàn)場教學變成走馬觀花式的參觀實習，降低現(xiàn)場教學效果。

教學基地是項目教學法的物質基礎，首先教學基地應該多樣性，以滿足結構力學對不同結構形式及理論知識的要求。其次，教學基地的建設應該長期化固定化，否則每學期上課時都要臨時尋找工地，不但提高實施該方法的難度，還將降低其時效性。第三，教學基地還要具備便捷的交通，并能保證教學時師生的安全。

在制度和管理方面，學院應該制定專門的現(xiàn)場教學管理辦法，將現(xiàn)場教學規(guī)范化、制度化、程序化。課程開始之前，應將現(xiàn)場教學具體的時間和內容安排在教學計劃和教學日歷中，以確保現(xiàn)場教學實施的規(guī)范性和實效性。此外，學院應該在教學基地的聯(lián)系、交通工具的安排、師生安全的保障等方面進行制定嚴格的管理辦法，并通過現(xiàn)場教學情況的反饋，加強各方面的溝通，不斷改進，不斷對制度和管理辦法進行完善，從而提高現(xiàn)場效果。

現(xiàn)場教學將課堂與工地、感性認識與理性知識、力學知識與工程實踐、教師講授與現(xiàn)場互動交流等方面有機結合，是提高結構力學知識的理解與應用，培養(yǎng)具有實踐精神創(chuàng)新精神的高素質的工程人才的一條重要途徑。

2．3 加強教師的工程實踐教育

項目教學法及現(xiàn)場教學法對教師的綜合素質尤其是工程素質提出了更高的要求，但大多數(shù)教師都是直接從學校畢業(yè)后加入的教師隊伍，沒有從事實踐工程的經驗?！耙虢o人一碗水，必須先有一桶水”，而教師缺乏工程素質就很難培養(yǎng)出真正的工程人才。因此，可利用實習基地與企業(yè)合作，讓教師利用課余時間或者假期深入生產一線，在實踐中不斷加強工程素質教育。

2．4 改進課程評價體系

目前，結構力學仍然采用卷面考試的方式進行考核，考試題目也基本與實際工程無關，因此需要改進目前以掌握“知識點”為本的評價體系，形成以素質提升為本的、適應新時期社會需求的評價體系并使之滲入整個培養(yǎng)過程。比如期中考試可采用團隊力學模型制作的方式來進行考核。現(xiàn)場教學法的總結報告也可作為成績評定的一個內容，納入到結構力學的評價體系里面，并降低期末卷面成績所占的比重，形成現(xiàn)場總結報告、項目實踐報告與期末考試相結合的立體式的評價體系，提高工程素質教育部分所占的比重。

3 結論

根據(jù)目前結構力學課程教學中存在的問題及教育部實施卓越工程師培養(yǎng)計劃的要求，本文就如何提高結構力學在卓越工程師培養(yǎng)中的作用，提出以下建議:

1）引入力學模型制作試驗和實際工程力學分析等方面的項目，通過項目完成的過程培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性、項目構思設計及實施能力、查閱文獻的能力及交流能力，能夠全面培養(yǎng)學生的綜合工程素質。

2）現(xiàn)場教學將課堂與工地、感性認識與理性知識、力學知識與工程實踐、教師講授與現(xiàn)場互動交流等方面有機結合，是提高結構力學知識的理解與應用，培養(yǎng)具有實踐精神創(chuàng)新精神的高素質的工程人才一條重要途徑。

3）提高教師的工程修養(yǎng)是保證卓越工程師培養(yǎng)計劃實施的一個重要方面，因此應讓教師深入生產一線，提高教師自身的工程素質。

4）應改進結構力學課程評價體系，形成現(xiàn)場總結報告、項目實踐報告與期末考試相結合的立體式的評價體系，提高工程素質教育部分所占的比重。

［1］龍馭球，包世華．結構力學（第2版）［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［2］李廉坤．結構力學（第五版）［M］．北京:高等教育出版社，2010．

［3］岳彩義．專業(yè)課程項目教學模式探析［J］．職業(yè)教育研究，2008（10）:46－47．

［4］楊 敏．影響民辦學校教師幸福感的因素探析［J］．邵陽學院學報（社會科學版），2013（1）:101－106．

［5］張雪芳．以項目教學活動為載體，提升學生綜合實踐能力［J］．職業(yè)教育研究，2008（6）:86－87．

（責任校對 謝宜辰）

G642

A

1674－5884（2014）08－0140－03

2014－03－19

西安科技大學教改項目（JG1205，JG1256）

邱繼生（1977－），男，山東臨沂人，副教授，博士，主要從事結構力學課程的教學與研究工作。