基于工程化思想的土建類專業(yè)材料力學(xué)課程改革研究

朱云輝等

摘要：

材料力學(xué)是高等學(xué)校土建類專業(yè)本科學(xué)生一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。文章在分析“三本”土建類專業(yè)學(xué)生材料力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了課程教學(xué)的工程化思想，并通過教材選擇及教學(xué)大綱優(yōu)化、“填充式”講義編寫及應(yīng)用、教學(xué)實例庫建設(shè)及工程實例兩階段講解，以及增設(shè)課程實習(xí)環(huán)節(jié)等幾個方面，研究基于“工程化”思想的材料力學(xué)課程教學(xué)體系。2011年以來的授課過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)成績不斷提高，一定程度檢驗了此課程體系的教學(xué)效果，也從另一側(cè)面表明基于“工程化”思想的課程體系更加適于三本土建類專業(yè)學(xué)生的實際狀況。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；工程化思想； 教學(xué)實例庫； 填充式講義

中圖分類號：G6423；TU501 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）02005003

材料力學(xué)是高等學(xué)校土建類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程基本理論是在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟的代價，為構(gòu)件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，為構(gòu)件設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法[1]。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可具備一定的土木工程材料設(shè)計、選用及構(gòu)件失效分析的能力，并可直接應(yīng)用課程知識解決工程實際問題，從而提高工程實踐能力。作為土建類專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程，材料力學(xué)具有理論嚴密、邏輯性強、與實踐結(jié)合緊密的特點，在土建類學(xué)科課程體系及專業(yè)發(fā)展中舉足輕重，從而受到廣大院校及授課教師的高度重視，也從課程教學(xué)等不同側(cè)面開展研究工作，一定程度豐富了材料力學(xué)課程教學(xué)體系，提高了教學(xué)質(zhì)量[2-4]。

從溫州大學(xué)甌江學(xué)院第三批土建類本科學(xué)生的實際情況出發(fā)，在分析材料力學(xué)實際教學(xué)情況及存在問題的基礎(chǔ)上，提出了工程化課程體系的思想，從教材選擇、教學(xué)大綱內(nèi)容優(yōu)化、建設(shè)教學(xué)實例庫及填充式講義的編制及應(yīng)用等方面改革材料力學(xué)課程體系，并形成系統(tǒng)化的教學(xué)思想和教學(xué)材料。通過近幾年的教學(xué)實踐，課程教學(xué)體系不斷完善，課程的教學(xué)效果得到了一定程度的提升，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定了更加堅實的基礎(chǔ)。

一、土建類專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）生源現(xiàn)狀

溫州大學(xué)甌江學(xué)院作為溫州大學(xué)的獨立學(xué)院，主要招生對象為第三批本科學(xué)生，每年招生土建類專業(yè)學(xué)生200人。從平均角度而言，三本學(xué)生在知識基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)、學(xué)習(xí)興趣及主動性方面都不及一本及二本同專業(yè)學(xué)生。因此，課程授課要在充分提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的基礎(chǔ)上開展。

（二） 材料力學(xué)課程的專業(yè)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

根據(jù)教學(xué)培養(yǎng)計劃，材料力學(xué)課程在大二上半學(xué)期開設(shè)。在此之前，學(xué)生僅通過認識實習(xí)實踐環(huán)節(jié)、工程材料及土木工程概論課程，初步接觸到土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識，但對結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)受力等深層次的內(nèi)容尚未理解。因此，學(xué)生在材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)過程中，難以將授課內(nèi)容與工程實際建立起聯(lián)系，容易僅看到課程枯燥的理論內(nèi)容，從而失去課程學(xué)習(xí)的興趣。因此，授課過程中，建立理論與工程實際的結(jié)合點，讓學(xué)生看到所學(xué)內(nèi)容的實用性，有利于提升學(xué)習(xí)興趣和主動性。

（三） 材料力學(xué)授課現(xiàn)狀

在2009—2010年度第一學(xué)期之前，由于缺乏適合三本學(xué)生的教材，在授課過程中采用與二本學(xué)生相同的教材、教學(xué)大綱及授課方法。但由于生源素質(zhì)的差異，課程效果并不十分理想，影響學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)和發(fā)展。

從上述情況來看，材料力學(xué)課程授課存在與三本學(xué)生實際需求不符的現(xiàn)象，不利于學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展，亟需

找尋適于三本學(xué)生的課程教學(xué)方法及思路。2009年后，經(jīng)過學(xué)院材料力學(xué)教學(xué)團隊近四年來的教學(xué)實踐和探索，提出了“工程化”的課程教學(xué)思想，不斷完善后形成了適于三本學(xué)生實際的材料力學(xué)課程教學(xué)體系，在教學(xué)過程中取得了一定的效果。

二、材料力學(xué) “工程化”課程改革思想

（一）調(diào)整授課教材和優(yōu)化教學(xué)大綱

教材和教學(xué)大綱是課程教學(xué)綱領(lǐng)性文件。為了實現(xiàn)課程教學(xué)工程化思想，首先要使學(xué)生能夠掌握課程理論內(nèi)容與工程實踐的結(jié)合點，如土木工程領(lǐng)域構(gòu)件拉伸和壓縮的知識主要在工程實踐的哪些構(gòu)件上應(yīng)用等。有了這些明確的結(jié)合點，學(xué)生會直接感受到理論知識的實用性，一定程度提升學(xué)習(xí)的興趣。為此，課程組將授課教材更換為邱棣華教授主編的《材料力學(xué)》[1]（高等教育出版社出版，教育科學(xué)“十五”國家規(guī)劃課題研究成果）。該教材以“應(yīng)用型”為基本思想，每章都以工程實際構(gòu)件舉例作為出發(fā)點，使章節(jié)內(nèi)容的工程應(yīng)用具有明確的指向，符合“工程化”課程教學(xué)改革的思想。

在此基礎(chǔ)上，從工程化的角度出發(fā)，結(jié)合三本學(xué)生理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，實踐學(xué)習(xí)興趣大，未來就業(yè)多在技術(shù)崗位等特點，對教學(xué)大綱內(nèi)容進行調(diào)整。在專業(yè)委員會課程大綱內(nèi)容的基礎(chǔ)上，加強了軸向拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力及彎曲變形等實踐中應(yīng)用度高的內(nèi)容要求。同時，把能量法、交變應(yīng)力及材料在彈塑性狀態(tài)下的強度計算等難度較大、實踐應(yīng)用具有特定性的內(nèi)容降低到“知其理論、曉其應(yīng)用”的程度。教學(xué)大綱的修改，使課程內(nèi)容與工程實際結(jié)合更加緊密，對三本學(xué)生而言更加具有針對性。

（二） 采用基于“填充式”講義的授課方法

在材料力學(xué)的授課過程中，“課堂上教師講學(xué)生聽、課后學(xué)生練教師改”是常規(guī)的授課方式。由于教與練的不同步性，使課程學(xué)習(xí)按照“教師教—學(xué)生聽—課后練—發(fā)現(xiàn)問題—教師糾正”的過程展開。在這種授課模式下，學(xué)生對掌握偏差的

知識點糾偏過程漫長，同時對學(xué)生課堂學(xué)習(xí)積極性、課后練習(xí)主動性提出了很高的要求。針對三本學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣不強、上課注意力集中度差、缺乏課后練習(xí)主動性等問題，課程組研究編寫“填充式”講義，并應(yīng)用于教學(xué)過程中?；凇疤畛涫健敝v義的授課方法是在教師進行PPT授課的同時，印發(fā)與PPT授課內(nèi)容同步的講義。講義主要包括授課內(nèi)容要點和例題解答，使學(xué)生能掌握知識框架及要點，并能在教師完成知識點講解后，采用講義進行同步練習(xí)。講義對例題解答過程部分采用填充式編寫，即僅顯示例題的主要解答步驟及非關(guān)鍵性的解答內(nèi)容，對構(gòu)建計算式、套用公式、關(guān)鍵參數(shù)選取等關(guān)鍵內(nèi)容采用填空方式讓學(xué)生完成。在學(xué)生完成填充式練習(xí)后，教師通過PPT講解正確答案。從教學(xué)實踐來看，因例題已顯示內(nèi)容的導(dǎo)向作用，非常有利于學(xué)生對知識點的掌握及題目解答過程的規(guī)范化。同時，“填充式”講義的編寫和應(yīng)用，在充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時，也使教與學(xué)在課堂內(nèi)同步完成，縮短了知識點的消化過程，使學(xué)生課后練習(xí)更具針對性和有效性。

（三） 建設(shè)教學(xué)實例庫，加強授課過程中工程實例的講解

基于“應(yīng)用型”的教材和教學(xué)大綱內(nèi)容，授課教師在實踐過程中對材料力學(xué)理論知識的實踐應(yīng)用進行了系統(tǒng)的歸納和整理，形成了與章節(jié)理論知識點相對應(yīng)的教學(xué)實例庫，包括工程圖片、動畫及錄像等。工程圖片主要是對應(yīng)于某一理論知識點的構(gòu)件，如：與構(gòu)件受拉內(nèi)容對應(yīng)的工程圖片包括桁架下弦桿、懸索橋懸索等。實例庫的動畫及錄像主要是針對構(gòu)件拉伸實驗、復(fù)雜變形實例變形過程等。在授課過程中，除了在講授理論知識點時適時播放動畫或錄像，使學(xué)生更加直觀理解課程內(nèi)容外，對實例庫中的工程實例圖片采用兩階段講解方法，進一步加強理論知識點與實踐的結(jié)合。兩階段講解方法是：在章節(jié)引言部分，首先介紹本章節(jié)的理論內(nèi)容，然后結(jié)合教學(xué)實例庫實例，對這些理論內(nèi)容在工程實踐中的應(yīng)用進行初步講解，使學(xué)生清楚知道本章節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要用在工程實踐的哪些方面，并提出在這些構(gòu)件分析時需要解決的問題，使學(xué)生帶著問題參與課程學(xué)習(xí)活動。在章節(jié)理論知識講解完畢后，對前言中講解過的工程實例進行詳細講解，主要是應(yīng)用本章節(jié)理論內(nèi)容具體分析前言部分講解的實例，使學(xué)生在掌握理論知識的同時，一定程度上提高應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，以及具體構(gòu)件的分析能力。

（四）設(shè)置課程實習(xí)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的工程實踐認知

為解決學(xué)生工程實踐認知能力薄弱的問題，在授課過程中設(shè)置6個學(xué)時的工程現(xiàn)場實習(xí)環(huán)節(jié)。在緒論部分理論內(nèi)容講解完成后，通過現(xiàn)場實習(xí)，讓學(xué)生了解與課程內(nèi)容對應(yīng)的工程構(gòu)件實際狀況。在后續(xù)授課過程中，根據(jù)課程進展，通過現(xiàn)場實習(xí)的方式加深學(xué)生對理論知識與實踐結(jié)合點的認識，并對理論與實際的差異性進行分析，拓展學(xué)生視野。

三、課程改革效果

作為土建類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，材料力學(xué)受到了廣大師生的重視。為提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的效果，筆者基于三本材料力學(xué)教學(xué)中存在的問題，提出課程教學(xué)的工程化思想，并從教材選擇、大綱優(yōu)化、教學(xué)實例庫建設(shè)及“填充式”講義授課方法等方面，對課程進行了系統(tǒng)的改革研究。通過2011年以來的課堂應(yīng)用和實踐，基于“工程化”思想的課程教學(xué)體系不斷完善成熟，同時，不斷提高的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及學(xué)生課程成績也一定程度佐證了課程改革的效果，此系統(tǒng)教學(xué)方法可以作為相關(guān)課程改革的借鑒。參考文獻：

[1]邱棣華. 材料力學(xué)[M]. 北京：中國高等教育出版社， 2004.

[2]李玉蘭， 張永祥， 樊小龍. 材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[J]. 高等建筑教育， 2010，19（5）：78-80.

[3]戴波， 紀文剛， 劉建東，等. 以工程能力培養(yǎng)為主線建構(gòu)專業(yè)人才培養(yǎng)模式 [J]. 高等工程教育研究，2011 （6）：136-140.

[4]張揚， 李四平， 趙社戌. 材料力學(xué)課程教學(xué)改革實踐[J].中國電力教育， 2012（28）：59-60.