張潔 顏紅專

摘 要

針對(duì)力學(xué)課程的特點(diǎn)和應(yīng)用性人才培養(yǎng)的要求，進(jìn)行土木工程專業(yè)力學(xué)課程群整合研究與改革。本文從教學(xué)內(nèi)容的整合、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、實(shí)踐教學(xué)和考核方式的改革方面，闡述了土木工程專業(yè)力學(xué)整合與改革的思路，以期提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效益。

關(guān)鍵詞

土木工程專業(yè);力學(xué)課程群;課程研究

中圖分類號(hào)： ?TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.014

0 前言

課程及課程體系建設(shè)是培養(yǎng)人才素質(zhì)和專業(yè)能力的核心環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才的過程中占據(jù)不可替代的作用。在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)以及力學(xué)課程特點(diǎn)的背景下，研究土木工程力學(xué)課程群的整合與改革，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才知識(shí)、能力和素質(zhì)目標(biāo)，構(gòu)建以實(shí)踐能力培養(yǎng)為中心課程體系，促進(jìn)應(yīng)用型本科教育建設(shè)的發(fā)展。

課程整合是通過設(shè)計(jì)一種課程，使得相關(guān)概念、理論、內(nèi)容、過程集中在一起，并以學(xué)習(xí)者為中心組織學(xué)習(xí)。本文就是通過設(shè)置若干知識(shí)模塊，按照邏輯關(guān)系，并根據(jù)力學(xué)課程的特點(diǎn)和應(yīng)用性人才培養(yǎng)需要，整合三門力學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)力學(xué)課程進(jìn)行改革分析。

1 力學(xué)課程整合和改革的必要性

1.1 課程特點(diǎn)

力學(xué)課程是高等院校土木工程專業(yè)的必修課，是理論性比較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的重要課程，為本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。武昌工學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院開設(shè)了理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三門力學(xué)課程，理論力學(xué)總學(xué)時(shí)是56，其中理論學(xué)時(shí)56，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0;材料力學(xué)總學(xué)時(shí)72，其中理論學(xué)時(shí)56，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16;結(jié)構(gòu)力學(xué)總學(xué)時(shí)80，其中理論學(xué)時(shí)72，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8。

1.1.1 重理論輕實(shí)踐

我院人才培養(yǎng)方案中力學(xué)課程總學(xué)時(shí)208，理論課時(shí)占80%以上，在力學(xué)的教學(xué)過程中，講授的理論課程占了絕大部分時(shí)間，而提高學(xué)生動(dòng)手能力的實(shí)驗(yàn)以及實(shí)踐教學(xué)卻很少。這樣一來，學(xué)生在力學(xué)的掌握中，先入為主的是以理論學(xué)習(xí)，忽略了解決實(shí)際工程問題的需求。

1.1.2 內(nèi)容重復(fù)

理論力學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握剛體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本概念原理及應(yīng)用;材料力學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)是構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等基本概念、基本理論、基本方法;結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)目標(biāo)是熟悉繪制靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖，并能對(duì)各類結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形計(jì)算。雖然每門課程都有各自大綱和教學(xué)目標(biāo)，但是不同的課程由不同教師授課，授課教師按照大綱的要求自己確定教學(xué)內(nèi)容，無可避免地造成內(nèi)容的重復(fù)。例如，理論力學(xué)中結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)力學(xué)重復(fù);材料力學(xué)中的桁架計(jì)算與結(jié)構(gòu)力學(xué)重復(fù)。

1.1.3 各門力學(xué)課程之間無銜接

雖然授課教師在教學(xué)過程中嚴(yán)格按照教學(xué)大綱的要求進(jìn)行授課，但是各門課程各自為政，各成體系，相互封閉，課程之間無邏輯，無銜接。學(xué)生學(xué)到的是內(nèi)力、應(yīng)力、變形等一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，在處理綜合問題時(shí)不能把各個(gè)知識(shí)點(diǎn)綜合起來應(yīng)用。這不利于學(xué)生解決實(shí)際問題能力的提高，也不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

1.1.4 內(nèi)容陳舊，與崗位需求不適宜

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，CAE技術(shù)（計(jì)算機(jī)輔助工程）的發(fā)展已滲透于力學(xué)學(xué)科，但是CAE技術(shù)的應(yīng)用只停留在教學(xué)研究，未真正的應(yīng)用于力學(xué)課程的教學(xué)中去?，F(xiàn)有的力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，未隨著新技術(shù)和新科學(xué)的發(fā)展進(jìn)行更新，培養(yǎng)的學(xué)生未能滿足高新技術(shù)應(yīng)用型人才的崗位需求。

1.1.5 考核方式

現(xiàn)有我院的力學(xué)課程的考核統(tǒng)一采取考試（閉卷）形式，考核內(nèi)容以大綱的知識(shí)點(diǎn)為主，分值分布應(yīng)與本大綱的學(xué)時(shí)安排相符，試卷題型千篇一律，無創(chuàng)新和綜合應(yīng)用題目。最終成績(jī)的評(píng)定按照平時(shí)成績(jī)與期末成績(jī)的比例為3：7 。這樣的考核方式不利于學(xué)生注重平時(shí)知識(shí)的學(xué)習(xí)，不利用于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的提高。

1.2 應(yīng)用型人才的培養(yǎng)

土木工程專業(yè)需要掌握必要土木工程專業(yè)知識(shí)，具有專業(yè)實(shí)踐能力的人才，土木工程以“精施工，懂管理，會(huì)設(shè)計(jì)”的培養(yǎng)目標(biāo)，同時(shí)要求土木工程師具有一定的力學(xué)知識(shí)。但是學(xué)生在處理實(shí)際的工程問題時(shí)無法將力學(xué)課程中的計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際的工程實(shí)例進(jìn)行聯(lián)系，造成了理論與實(shí)踐相脫節(jié)，從而無法解決現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問題。比如在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生無法正確地按照橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和組成簡(jiǎn)化為力學(xué)分析的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如果不改變課程設(shè)置，將會(huì)影響學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，從而影響土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。隨著教學(xué)總課時(shí)的削減，基礎(chǔ)課程的增加，在構(gòu)建創(chuàng)新性課程體系過程中，加強(qiáng)課程群之間的溝通，處理好理論課程與實(shí)踐課程的關(guān)系，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效益。

2 力學(xué)課程群的整合與改革

2.1 力學(xué)課程整合

2.1.1 內(nèi)容刪減

在理論基礎(chǔ)課課時(shí)削減的趨勢(shì)下，滿足“必需、夠用”的前提，保證力學(xué)基礎(chǔ)理論和基本概念完整，刪除重復(fù)的、不必要的、純推導(dǎo)過程的教學(xué)內(nèi)容。比如刪除理論力學(xué)中與大學(xué)物理重復(fù)的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和剛體簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，刪除理論力學(xué)動(dòng)力學(xué)中的三大定律，刪除材料力學(xué)中與結(jié)構(gòu)力學(xué)重復(fù)的桁架計(jì)算和超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算，刪除結(jié)構(gòu)力學(xué)中間接影響線的計(jì)算內(nèi)容。

2.1.2 內(nèi)容重組

按照三門力學(xué)課程的邏輯關(guān)系，對(duì)力學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，例如把理論力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容放在結(jié)構(gòu)力學(xué)中講解，對(duì)于應(yīng)用性培養(yǎng)的學(xué)生而言，運(yùn)動(dòng)學(xué)的內(nèi)容在后續(xù)的專業(yè)課程和工作中基本用不到，動(dòng)力學(xué)的知識(shí)也用不多，可以把這兩部分內(nèi)容合并在一起放在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析部分。把材料力學(xué)中的彎曲變形計(jì)算放在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的結(jié)構(gòu)位移計(jì)算部分，這樣既可以節(jié)省教學(xué)時(shí)間，也可以通過對(duì)比分析的方法加深結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的知識(shí)。刪除材料力學(xué)中能量方法和動(dòng)荷載與交變應(yīng)力的內(nèi)容。

2.1.3 模塊化設(shè)置

為了提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)，對(duì)力學(xué)課程進(jìn)行模塊化設(shè)置。力學(xué)課程的教學(xué)設(shè)置從“為什么學(xué)”入手，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和目的就是掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，熟練準(zhǔn)確地計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力和變形;其次確定“學(xué)什么”，通過不同結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造的分析、內(nèi)力、應(yīng)力和變形計(jì)算方法的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練達(dá)到教學(xué)的目的，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要;在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生“如何學(xué)”確定教學(xué)方式和方法，按照人培和大綱，進(jìn)行備課，編寫教學(xué)計(jì)劃和教案，按照內(nèi)容的需要選擇不同的教學(xué)方法。

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，將“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”三門課程整合為力學(xué)課程，其主要內(nèi)容歸納為三力一變，即為結(jié)構(gòu)外力分析與計(jì)算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與計(jì)算、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與計(jì)算、結(jié)構(gòu)變形分析與計(jì)算。其中結(jié)構(gòu)外力分析與計(jì)算中增加自重荷載的計(jì)算，使學(xué)生了解力的來源，也將力統(tǒng)一到工程術(shù)語荷載上。體積荷載、均布線荷載和均布面荷載的相互轉(zhuǎn)換，增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡(jiǎn)化，并與約束類型結(jié)合起來，明確約束類型是由工程實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡(jiǎn)化抽象而來;結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與計(jì)算是為了結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算建立學(xué)習(xí)平臺(tái)，教學(xué)的重點(diǎn)是應(yīng)力在截面上的分布和應(yīng)力大小計(jì)算;直觀感受應(yīng)力在橫截面上的分布情況;結(jié)構(gòu)變形與計(jì)算是為結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算建立學(xué)習(xí)平臺(tái)，把受彎構(gòu)件變形計(jì)算與結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算進(jìn)行整合，了解變形情況，確定最大撓度值及其位置。

2.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

力學(xué)課程采用超星泛雅教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，學(xué)生可以采用電腦和手機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且不受時(shí)間的限制，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。教師進(jìn)行課程概況，學(xué)習(xí)單元和測(cè)試考試的建設(shè)，其中課程概況包括課程考核，參考書目、課程大綱，教學(xué)計(jì)劃，按照學(xué)時(shí)和知識(shí)點(diǎn)設(shè)置學(xué)習(xí)單元，每個(gè)學(xué)習(xí)單元中包括教學(xué)課件、教學(xué)教案、教學(xué)視頻、教學(xué)資源鏈接和作業(yè);測(cè)試和考試包括單元測(cè)試題庫和其中測(cè)試題庫。課上教師按照單元組織學(xué)生測(cè)試，學(xué)生可以利用移動(dòng)客戶端完成測(cè)試內(nèi)容，課下教師發(fā)布任務(wù)，學(xué)生可以利用電腦網(wǎng)頁版和移動(dòng)客戶端完成學(xué)習(xí)任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以讓學(xué)生突破時(shí)空的限制參與到課程學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，加強(qiáng)師生交流，提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果，有利于課程信息化改革。

2.3 實(shí)踐教學(xué)

加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，結(jié)合工程實(shí)際和專業(yè)實(shí)際，使基礎(chǔ)理論知識(shí)與專業(yè)技能對(duì)接，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，比如橋梁方向的學(xué)生，結(jié)合橋梁工程的發(fā)展現(xiàn)狀，按照橋梁類型布置實(shí)踐任務(wù)，學(xué)生了解工程背景和橋梁組成和構(gòu)造施工圖的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)化，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析;以橋梁施工為背景，進(jìn)行橋梁構(gòu)件吊裝施工和模板施工的力學(xué)分析。在結(jié)構(gòu)力學(xué)分析時(shí)，結(jié)合Midas軟件和PKPM軟件，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)建模分析能力。

2.4 考核方式

力學(xué)課程的考核成績(jī)由作業(yè)成績(jī)、單元成績(jī)、期中測(cè)試成績(jī)和期末測(cè)試成績(jī)綜合給出，增加單元成績(jī)和期中測(cè)試成績(jī)的比重，減少期末測(cè)試成績(jī)的占比，注重過程考核。

作業(yè)主要是對(duì)于本次課及以往知識(shí)點(diǎn)的訓(xùn)練，除此之外，應(yīng)該補(bǔ)充一些結(jié)合實(shí)際工程的綜合性的題目，讓學(xué)生感知和熟悉結(jié)構(gòu)，了解結(jié)構(gòu)的受力來源。單元測(cè)試在單元結(jié)束后，隨堂進(jìn)行測(cè)試，期中測(cè)試在教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一半之后組織進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的題目可以從單元測(cè)試的題目中選取，這樣可以更好的加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握，也能更好地鼓勵(lì)學(xué)生復(fù)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。單元測(cè)試和期中測(cè)試可以通過超星泛雅平臺(tái)，限定時(shí)間，隨堂提交，提交之后學(xué)生可以查看成績(jī)。期末測(cè)試的內(nèi)容要求覆蓋大綱的知識(shí)點(diǎn)，并且補(bǔ)充綜合分析題目考察學(xué)生的實(shí)際解決問題的能力。最終確定的考核成績(jī)=作業(yè)成績(jī)（25%）+單元成績(jī)（30%）+期中測(cè)試（15%）+期末測(cè)試（30%）。

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