《工程力學》課程教學和實驗改革模式探討

陸仁強

摘要：《工程力學》是“大土木”專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課，對于土木專業(yè)學生后續(xù)專業(yè)課的學習及工作起著基礎性理論支撐作用。本文針對該門課程理論性強、課時有限、學習難度大等特點，提出從教學方法和手段、課程考核方式、實驗設計以及力學競賽等四個方面對該門課程的教學模式進行改革探討，最終形成一套系統(tǒng)的教學和實驗綜合改革模式，以為應用型土木專業(yè)學生的培養(yǎng)提供理論依據(jù)和決策支持。

關鍵詞：工程力學；課程教學；實驗；改革模式；微課

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）29-0102-02

一、課程概況和改革目標

《工程力學》是“大土木”專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課，在航空、交通運輸、土木水利等工程領域有著廣泛的應用。工程力學包括靜力學、材料力學兩大部分內(nèi)容，其主要任務是使學生掌握物體的受力分析和平衡規(guī)律；掌握基本構件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題的分析及計算；具備將工程中的力學問題簡化為力學模型并運用相應的力學公式進行求解的基本能力，具備解決工程實際問題的基本能力。該課程的主要目的是通過對簡單構件的受力分析及強度、剛度和穩(wěn)定性計算，實現(xiàn)為工程設計提供理論基礎與決策依據(jù)的目的。因此，本課程的學習對于土木專業(yè)學生后續(xù)專業(yè)課的學習及工作都起著重要的基礎性理論支撐作用。鑒于該課程理論性強、課時有限、學習難度大等特點及其重要性地位，本文特對《工程力學》課程教學和實驗改革模式進行探討，以提出一套既利于教師教學、又利于學生理解掌握的教學和實驗綜合改革模式。

二、教學方法和手段改革

1.充分利用多媒體及網(wǎng)絡輔助教學。由于《工程力學》課程主要講授的是工程建設領域的梁、軸、柱等構件的受力及功能設計問題，與工程實際問題結合緊密，其課程理論性強、工程結合緊密，而教學學時有限的特點特別突出。為有效解決上述問題，在《工程力學》課程改革中可采用多媒體與傳統(tǒng)板書相互結合的授課方式。在教學中，教師可充分發(fā)揮多媒體的優(yōu)勢，多媒體授課不僅可以節(jié)省大量板書的時間，而且可以引入大量的動畫、工程實例等，其圖、文、聲并茂及較好的交互性特點可提高學生的感性認識、傳輸更多的教學信息，這樣更利于學生的理解和掌握。其次，在《工程力學》課程教學時，針對應用型人才培養(yǎng)的特點，加強案例教學的內(nèi)容與時間。實踐證明：省略大量繁雜的理念推導過程，把時間用于案例教學上，更能讓學生牢固掌握理論知識并能靈活運用，真正把所學應用于工程實際。同時，課后教師還可以借助QQ群、微信等網(wǎng)絡平臺與學生進行及時交流，通過輔導答疑、學習進展追蹤等進一步提高教學效果。

2.采用啟發(fā)、互動式教學?！豆こ塘W》課程的工程應用性決定了其每一章節(jié)知識點的開展基本都是圍繞具體的工程實例開展的，而土木專業(yè)的學生在日常生活、學習過程中已經(jīng)對房屋建筑中的梁、柱等實際工程構件已經(jīng)有了一定的感性認識。因此，教師在授課時可有效結合課程的實際特點，通過教室里面的梁、柱、門等實際工程構件的受力特點、變形規(guī)律等對學生進行啟發(fā)、互動式教學。如在講授房屋建筑中最為常見的梁、柱、板構件時，可讓學生對教室的結構進行觀察，首先分辨出什么是梁、柱構件，然后啟發(fā)學生思考梁和柱兩種工程構件在受力載荷特點、變形特點、主要工程作用方面有什么不同。在學生們充分思考和討論后，最后由教師對上述問題進行詳細講解，這樣可讓學生很快地了解基本構件的概念，并熟練掌握荷載作用的基本原理等知識。

3.微課教學手段的引入。近年來，網(wǎng)絡和多媒體教學方法逐步成為各類教學活動的主流教學手段。但隨著應用的發(fā)展，多媒體教學模式也具有一定的缺陷和不足，如：很多教師課程教學多以宣讀PPT為主，滿堂灌，學生在PPT中迷失，找不到教學重點和難點等。因此，需要組織一些主題明確、時間精短，能詳細展示重、難點的多媒體片斷及課后自助學習的互動平臺來深化學習效果。也正是為有效解決上述問題，“微課”教學模式逐漸在全球范圍內(nèi)興起?！拔⒄n”以微型的知識點講解為主，通過簡短的微視頻，借助文字、聲音或動畫等多媒體技術，并配以相應的作業(yè)與討論，設計開發(fā)的時長在5～10分鐘。“微課”教學模式不僅提供給教師一個知識挖掘的平臺，還告訴學生如何根據(jù)學習所需搜索相應的資源，自主地挖掘所需的知識點、有針對性地開展學習，并且這種主題集中的“微課程”能夠有效地節(jié)約學習時間。鑒于上述“微課”教學模式的優(yōu)點，作者特提出在以后《工程力學》課程教學中引入“微課”教學模式，與課堂教學有效結合，達到更好的教學效果。

三、課程考核方式改革

教學質量是高等院校辦學的立校之本，而考試又是檢驗教學質量的最基本、最重要的手段?！豆こ塘W》課程作為一門專業(yè)必修基礎課程，其學習的好壞直接關系到后續(xù)專業(yè)課程的學習。鑒于該門課程的理論性特點及重要性地位，本文特對該課程的考核方式進行有效改革，在以往傳統(tǒng)的期末考試方式基礎上，注重加強對學生平時上課學習、必修實驗以及開放性實驗、力學競賽等第二課堂學習等方面的考核，其中：平時成績占20%（包括學生出勤、上課回答問題、開放性實驗參加積極性等方面），實驗成績占10%，期末考試占70%，重點對基本概念和方法等知識點進行考查，采用多樣性的題型對學生學習的掌握程度進行全方位考核，考試題型及難易度分值比例設計如下。

四、實驗設計

1.實驗室實驗設計。力學研究方法包括理論分析方法、實驗分析方法和計算機分析方法。其中，實驗研究方法在力學領域占有十分重要的地位。實驗教學是《工程力學》課程教學的重要組成部分，它與理論教學相輔相成，實驗是力學理論的基礎，理論也需要實驗的驗證。力學實驗方法可以用于檢驗理論分析的正確性，檢驗工程結構設計的合理性、安全性和可靠性。對于已經(jīng)投入運行的工程結構，例如高層建筑、大型橋梁等，為了確保安全，需要對這些結構的動力學響應、動態(tài)的應力和位移進行實時監(jiān)測，這些實時測試都是以力學實驗技術為基礎的。鑒于上述力學實驗對于理論課程學習、工作的重要性和意義，特在《工程力學》課程嘗試開設下列必修實驗和開放性試驗。

2.數(shù)值模擬實驗設計。長期以來《工程力學》實驗內(nèi)容屬于常規(guī)、驗證性試驗，內(nèi)容單一，缺乏綜合性、創(chuàng)新性試驗，難以提高學生的動手能力和培養(yǎng)學生的綜合素質。隨著計算機技術的發(fā)展，借助現(xiàn)代數(shù)值模擬技術虛擬模擬《工程力學》實驗，并依靠數(shù)值模擬軟件強大的后處理功能，將虛擬模擬的實驗結果直觀地展現(xiàn)在學生面前。目前比較常用的數(shù)值模擬軟件有基于離散元原理的UDEC、3DEC，還有基于有限元原理的ABAQUS、ANSYS、MARC等，這些軟件具有強大的前處理及后處理功能，對于模擬《工程力學》中的實驗非常有利。通過數(shù)值模擬實驗將《工程力學》的教學與數(shù)值仿真技術結合起來，不僅可以提高學生的學習積極性和分析創(chuàng)新能力，減小學時少對課程教學的影響，還可以培養(yǎng)學生的學習興趣、提高學生的計算機應用能力。為此，本次《工程力學》實驗教學改革將引入數(shù)值模式技術進行實驗教學探討，如：懸臂梁橫力彎曲現(xiàn)象模擬、矩形截面梁應力集中現(xiàn)象的模擬等。

五、力學競賽及第二課堂開設

為有效提高學生對于《工程力學》課程學習的積極性和創(chuàng)新意識，做好全國大學生周培源力學競賽和湖南省大學生力學競賽的工作，落實教育部關于教學質量工程和教學改革工程，提高應用型本科學生科技創(chuàng)新能力、實踐能力和就業(yè)能力，展現(xiàn)我校辦學實力，提升我校形象，力爭在大學生力學競賽取得更好的成績。特結合理論力學、材料力學（工程力學）課程的教學特點及教學團隊優(yōu)勢，開展力學競賽的初賽、專項培訓、復賽等相關教學改革工作，并將學生的學習及參與情況納入專業(yè)學分方面的第二課堂考核。

六、結語

《工程力學》是“大土木”專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課，對于土木類學生后續(xù)專業(yè)課的學習及工作都具有重要的基礎作用。本文正是鑒于該門課程理論性強、課時有限、學習難度大等特點，提出從教學方法和手段、課程考核方式、實驗設計以及力學競賽等方面對該門課程的教學模式進行改革，最終形成了一套系統(tǒng)的教學和實驗綜合改革模式，該課程改革成果對于地方院校培養(yǎng)復合應用型人才將具有重要的意義和作用。

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