工程教育背景下理論力學(xué)課程教改探索

丁點點，張 生

工程教育背景下理論力學(xué)課程教改探索

丁點點，張 生

(宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000)

基于2012級土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程教學(xué)問卷調(diào)查結(jié)果，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗和體會，分析和總結(jié)了理論力學(xué)教學(xué)中存在的問題，在2013級土木工程專業(yè)試點從教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)、教學(xué)方法和考核方式等方面對理論力學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革，使其更適用于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的教學(xué)。

理論力學(xué);教學(xué)內(nèi)容;實驗教學(xué);教學(xué)方法;考核方式

一、引言

理論力學(xué)是研究物體機械運動一般規(guī)律的科學(xué)。該課程主要包括三部分內(nèi)容:其一是靜力學(xué)—主要研究物體受力平衡的原理，物體的受力分析和在平衡狀態(tài)下求解未知力;其二是運動學(xué)—主要研究物體運動的軌跡，物體運動的速度、加速度等，但忽略引起物體運動的物理原因;其三是動力學(xué)—主要研究質(zhì)點和質(zhì)點系的運動和其受力之間的關(guān)系。

理論力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它是后續(xù)專業(yè)課(材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等)的基礎(chǔ)，是一門理論性較強的課程，教學(xué)內(nèi)容包括大量的原理和公式，學(xué)習(xí)本課程需要學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)。本文基于在2013級土木工程專業(yè)進(jìn)行理論力學(xué)課程教改試點，探索在工程教育背景下如何開展理論力學(xué)課程的教學(xué)。

二、理論力學(xué)教學(xué)中存在的問題

1.理論性強，內(nèi)容抽象

基于對2012級土木工程專業(yè)學(xué)生《理論力學(xué)》課程教學(xué)的問卷調(diào)查，結(jié)果顯示64.3%的學(xué)生認(rèn)為理論力學(xué)課理論性強，學(xué)習(xí)有難度;20.3%的學(xué)生認(rèn)為該課程難度一般，部分內(nèi)容掌握不理想;僅有15.4%的學(xué)生認(rèn)為該課程內(nèi)容較簡單。由于該課程需要一定的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)和較好的邏輯能力，調(diào)查結(jié)果顯示有87.5%的學(xué)生對公式的推導(dǎo)感覺吃力，僅有12.5%的學(xué)生能夠自行推導(dǎo)出相關(guān)公式。教學(xué)內(nèi)容有一定的難度，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.實驗教學(xué)模式單一

目前我校土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程課內(nèi)實驗有摩擦因數(shù)的測定及復(fù)擺轉(zhuǎn)動慣量的測定。之前該課程實驗教學(xué)均是演示型實驗，即實驗老師講解實驗原理，然后親自操作，學(xué)生按照老師操作的過程再模擬一次，這種教學(xué)模式較為古板，缺乏了教師和學(xué)生之間的互動，學(xué)生在實驗課堂教學(xué)一直處于被動的角色，沒有充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，與提高學(xué)生工程素養(yǎng)的目標(biāo)不符。

3.教學(xué)內(nèi)容與工程實踐脫節(jié)

目前理論力學(xué)課程共54學(xué)時，其中理論教學(xué)48學(xué)時，實驗6學(xué)時。課程內(nèi)容包含靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三塊，共14章，學(xué)時少，內(nèi)容多，課堂教學(xué)僅能講授教材內(nèi)基本的理論知識，無法拓展和工程實踐相關(guān)的教學(xué)環(huán)節(jié)，使得教學(xué)內(nèi)容與工程實踐脫節(jié)，不滿足工程教育背景下課程教學(xué)的要求。

4.考核方式亟待改革

該課程一直采用傳統(tǒng)的考核方式，即期末考試成績占70%，平時成績占30%。部分學(xué)生只是為了應(yīng)付考試選擇考前突擊復(fù)習(xí)，另外，這種傳統(tǒng)的考試方式容易造成學(xué)生過于在意考試結(jié)果，不注重平時的學(xué)習(xí)和知識的積累，造成高分低能現(xiàn)象的出現(xiàn)。

三、理論力學(xué)教學(xué)改革措施

針對以上總結(jié)的問題，課題組教師赴安徽建筑大學(xué)、安徽理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等學(xué)校學(xué)習(xí)該課程的教改經(jīng)驗，并結(jié)合宿州學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的特點，在2013級土木工程中試點理論力學(xué)教學(xué)改革，教學(xué)改革措施主要從以下幾個方面進(jìn)行。

1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

理論力學(xué)靜力學(xué)部分中的靜力學(xué)公理、物體的受力分析和摩擦等知識點，動力學(xué)部分中的動量與沖量、動量定理、動能定理等內(nèi)容學(xué)生在高中物理和大學(xué)物理中都有接觸，因此這些學(xué)過的部分，可以簡單的復(fù)習(xí)一下即可，壓縮理論教學(xué)學(xué)時，增加工程實踐應(yīng)用的教學(xué)。在教材內(nèi)容講解基礎(chǔ)上，介紹常用數(shù)值計算軟件，比如常用的計算軟件Matlab，理論力學(xué)中部分計算比較繁瑣，利用Matlab軟件不僅可以簡化計算時間，同時可以實時顯示分析的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維，為學(xué)生以后解決實際的工程問題奠定基礎(chǔ)。

2.試行互動式、開放式實驗教學(xué)模式

教學(xué)環(huán)節(jié)不應(yīng)該只是以教師為主體，而應(yīng)該是教師和學(xué)生互動的過程，在13版土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中將理論力學(xué)課程實驗類別修改為設(shè)計型，對于設(shè)計型實驗，老師僅給出實驗的方向，讓學(xué)生自己提前設(shè)計實驗的思路，經(jīng)與老師討論方案可行后，方可自己動手操作實驗，中途如有問題及時找老師或同學(xué)共同商討解決問題的辦法，最后獨立完成實驗結(jié)果的分析和實驗報告的撰寫，使學(xué)生學(xué)習(xí)由被動變主動，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

對于2013級學(xué)生，我們開設(shè)了開放式實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，宿州學(xué)院—安徽省煤礦勘探工程技術(shù)研究中心現(xiàn)有多口力學(xué)實驗室，機房裝了相關(guān)的計算軟件，機房對每一位學(xué)生都敞開大門，只要學(xué)生有好的想法，并且思路是可行的，再征得教師許可情況下，均可以到機房利用實驗室現(xiàn)有設(shè)備和軟件解決問題，盡可能讓學(xué)生的想法轉(zhuǎn)化為具體的成果。

指導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有實驗室資源和教學(xué)資源，參加力學(xué)競賽，如全國大學(xué)生周培源力學(xué)競賽、力學(xué)與實踐競賽等，鼓勵學(xué)生撰寫小論文，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新意識。

3.優(yōu)化教學(xué)思路

基于學(xué)生問卷調(diào)查的結(jié)果，針對理論性較強，公式推導(dǎo)難度大的特點，教師在授課過程中改變教學(xué)方法，結(jié)合生動的生活實例講解理論知識，增強知識的趣味性，例如在講授摩擦滾動力偶矩這一節(jié)時，將一個籃球放置于講臺，通過演示讓學(xué)生思考為什么籃球的滾動比滑動容易?利用這樣一個例子引出本節(jié)的內(nèi)容，吸引學(xué)生的注意力，最后通過公式推導(dǎo)得出結(jié)論:使球體滾動所需的水平力比使其滑動所需的水平力要小得多，合理地解釋了滾動比滑動容易的原因。學(xué)生不僅能夠輕松地記住知識點，同時也培養(yǎng)他們學(xué)以致用的能力。

生活中還有很多實例可以利用理論力學(xué)的知識點解釋，學(xué)生可以通過歸納、總結(jié)凝練出自己的想法，借助宿州學(xué)院大學(xué)生科研立項平臺，有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

4.改革考試模式

在13級土木工程專業(yè)，試點理論力學(xué)課程考試改革，考核方式為:平時出勤和作業(yè)成績占20%，課堂討論占10%，實驗成績占20%，期末考試成績占50%。其中實驗部分考核來源于工程實踐問題，工程實踐問題往往是綜合性的問題，主要考察學(xué)生綜合素質(zhì)，學(xué)生不僅需要有扎實的理論基礎(chǔ)，還要有活躍的思維和創(chuàng)新的意識，最后以大作業(yè)的形式提交。期末考試試卷不再是單一的理論計算，為了培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，增加主觀題比重，例如讓學(xué)生利用所學(xué)知識對某一個實際問題進(jìn)行解釋，開發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

四、結(jié)語

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式要求學(xué)生具備解決實際工程問題的能力，具體到理論力學(xué)這門課，就是要求學(xué)生會用理論力學(xué)中的原理解決實際問題，因此在教學(xué)過程中就要思考如果培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。在2013級土木工程專業(yè)開展理論力學(xué)課程的教改正是基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一次嘗試。

課程改革并不是一蹴而就的，需要反復(fù)的探索和實踐，這些改革仍然存在一些問題，一是實驗考核部分學(xué)生完成的效果并不理想，和預(yù)期有一定差距;二是改革后的理論課程教學(xué)對于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說稍顯吃力。今后，課題組將繼續(xù)開展并深化理論力學(xué)課程的教學(xué)改革，以期培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新意識和解決工程實際問題能力的應(yīng)用型人才。

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