應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)力學(xué)課程群的整合與改革

冷捷+劉文淵+姜毅+等

摘要：基于南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院力學(xué)課程群的教學(xué)實(shí)踐，文章從教學(xué)內(nèi)容的整合、網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)、考核方式的改革等方面，闡述了應(yīng)用型本科院校力學(xué)課程群的整合與改革的思路。實(shí)踐表明：力學(xué)課程群的整合與改革，可以壓縮教學(xué)學(xué)時(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校；土木工程專業(yè)；力學(xué)課程群；課程研究

中圖分類號：G6423；TU3-5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：10052909（2015）06003404獨(dú)立學(xué)院辦學(xué)主要定位于應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)，專業(yè)設(shè)置以市場為導(dǎo)向并主要服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)[1]。為完善應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式，落實(shí)大學(xué)生主體性、個(gè)性化教育理念，筆者所在的南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院提出“現(xiàn)場工程師”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。現(xiàn)場工程師的工作是個(gè)連續(xù)的過程，工程師在解決一個(gè)現(xiàn)場問題時(shí)可能涉及多門課程的知識，而多門課程的授課過程是個(gè)不連續(xù)的過程，因此，在講授課程的過程中需幫助學(xué)生建立知識整體聯(lián)系，力學(xué)課程群的設(shè)置就為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及今后的就業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

一、力學(xué)課程群建設(shè)的必要性

（一）應(yīng)用型人才的發(fā)展需要

土木工程行業(yè)的發(fā)展，需要大量適應(yīng)能力強(qiáng)、動手能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)能力強(qiáng)、管理能力強(qiáng)，懂技術(shù)，具有良好創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才[2]。土木工程行業(yè)現(xiàn)場工程師都應(yīng)具備一定的力學(xué)素養(yǎng)，因此，力學(xué)課程要圍繞行業(yè)應(yīng)用能力的要求設(shè)置理論課和實(shí)踐課。過去，學(xué)生在施工現(xiàn)場工作時(shí)，經(jīng)常會碰到類似腳手架支撐、模板、支護(hù)結(jié)構(gòu)的問題，但是他們往往感到無從下手，因?yàn)檎n堂上學(xué)到的力學(xué)知識只是停留在課本已有的計(jì)算簡圖上，而學(xué)生對這些計(jì)算簡圖的工程背景了解太少，缺乏一定的想象力，他們無法把實(shí)際結(jié)構(gòu)抽象成力學(xué)簡圖來解決問題，因此不改變傳統(tǒng)力學(xué)課程教學(xué)模式將嚴(yán)重影響應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

（二）課程群的特點(diǎn)

課程群建設(shè)是課程建設(shè)的改革發(fā)展趨勢，課程群建設(shè)不同于課程建設(shè)的一個(gè)重要標(biāo)志是課程內(nèi)容和課程體系的改革[3]。課程群建設(shè)立足于課程群的系統(tǒng)性，在對課程群內(nèi)容重組時(shí)，刪除課程間重復(fù)的內(nèi)容，不強(qiáng)求單門課程內(nèi)容的系統(tǒng)性[4]。力學(xué)課程群的理論知識為工程實(shí)踐服務(wù)，在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，打破已有的知識體系，在夯實(shí)力學(xué)基礎(chǔ)知識的同時(shí)強(qiáng)調(diào)力學(xué)知識的應(yīng)用，營造工程氛圍，注重培養(yǎng)學(xué)生利用力學(xué)知識解決工程問題的能力，靈活采用多種考核方式并在實(shí)踐中不斷調(diào)整。

（三）力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.力學(xué)課程內(nèi)容重復(fù)

土木工程專業(yè)的力學(xué)類課程主要包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)（通稱三大力學(xué)），因此力學(xué)課程群主要由這三門課程組成。目前各門力學(xué)課程互相封閉，各自為政，往往以單門課程為中心進(jìn)行教學(xué)，自成體系，對知識的相互滲透和銜接考慮得不夠充分，在力求各課程自身完整的同時(shí)造成不同力學(xué)課程內(nèi)容的大量重復(fù)，并且隨著課時(shí)的減少，教師授課壓力加大，教學(xué)缺乏靈活性。

2.考核方式

傳統(tǒng)力學(xué)課程考核方式主要是根據(jù)期末考試來確定學(xué)生成績，考核形式為閉卷考試，教學(xué)成果評價(jià)方法和手段相對單一?？荚噧?nèi)容以課本、作業(yè)和課堂例題為主，試卷題型往往千篇一律，缺乏創(chuàng)新和思考性的綜合題。這樣的考核機(jī)制不僅不能準(zhǔn)確全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，而且也不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。理想的考核方式應(yīng)以學(xué)生為本，既要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，又要注重過程評價(jià)。

冷捷，等應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)力學(xué)課程群的整合與改革

3.實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課多以驗(yàn)證性試驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)過程比較簡單，學(xué)生只需按指導(dǎo)書的操作步驟按部就班即可完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于力學(xué)實(shí)驗(yàn)課成績在學(xué)業(yè)成績中所占比例較少，學(xué)生對此也并不重視，部分學(xué)生甚至不參加開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課、不完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；大多數(shù)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性也不高，往往只將自己作為一位圍觀者來對待，這有違實(shí)驗(yàn)課設(shè)置的初衷，不利于學(xué)生解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、力學(xué)課程群的整合與改革

（一）教學(xué)內(nèi)容的整合

“少學(xué)時(shí)、新內(nèi)容、高水平、好效果”是力學(xué)課程改革的方向[5]。具體而言，不同力學(xué)課程有不同的整合方式。

理論力學(xué)課程中，首先應(yīng)加強(qiáng)靜力學(xué)部分的學(xué)習(xí)。其中，物系的受力分析和約束反力的求解為后續(xù)的材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)，可以避免后續(xù)課程中梁的支座反力計(jì)算部分內(nèi)容的重復(fù)講解。在概念講解上，側(cè)重剛體、力矩、力偶、主矢和主矩等大學(xué)物理課程中未過多涉及的基本概念，讓學(xué)生嚴(yán)格區(qū)分受力圖和計(jì)算簡圖，避免學(xué)生在后續(xù)材料力學(xué)課程中求解構(gòu)件內(nèi)力時(shí)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。另外，應(yīng)重點(diǎn)講解物系的平衡條件和平衡方程，讓學(xué)生能夠熟練地建立平衡方程并順利求解約束力。對于平面簡單桁架的內(nèi)容，由于在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中會詳細(xì)講解，可以適當(dāng)考慮只介紹概念，計(jì)算略講或不講，節(jié)約學(xué)時(shí)用于平面力系平衡的講解。其次，對于運(yùn)動學(xué)部分，點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)和剛體的簡單運(yùn)動與大學(xué)物理重復(fù)，可以作針對性復(fù)習(xí)，將節(jié)省的學(xué)時(shí)重點(diǎn)講解點(diǎn)的合成運(yùn)動和剛體的平面運(yùn)動。最后，在動力學(xué)中，由于三大定理（動量定理、動量矩定理和動能定理）知識與大學(xué)物理課程內(nèi)容交叉甚多，可以略講理論，注重學(xué)生綜合分析能力和解決實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)。

材料力學(xué)課程中，以外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形—強(qiáng)度—?jiǎng)偠葹橹骶€，圍繞內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)力狀態(tài)、位移和變形、強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定這些基本概念、理論和方法來作介紹，目前學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)模式就是由一般到特殊，采用的教材按照九大概念群的理念編排，內(nèi)容精練，概念清楚，改變以往教學(xué)體系中多次分散講解的內(nèi)容，節(jié)約了授課時(shí)間，可適當(dāng)結(jié)合生活中的試驗(yàn)進(jìn)行講解。如講解截面形狀對梁剛度影響時(shí)，可用一張紙舉例；講應(yīng)力時(shí)可以釘板上的氣球?yàn)槔?。這樣可使力學(xué)趣味性增強(qiáng)，同時(shí)基本概念的講解也更加透徹。此外，注重課程之間的接轉(zhuǎn)聯(lián)系，避免課程間內(nèi)容的重復(fù)。例如，材料力學(xué)課程中利用撓曲線方程的積分法計(jì)算位移的內(nèi)容可以略講，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)力學(xué)課程中用單位荷載法計(jì)算結(jié)構(gòu)位移簡單而且適用性更強(qiáng)；材料力學(xué)課程中超靜定梁的計(jì)算與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程多有重復(fù)，同時(shí)在能量法和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等內(nèi)容方面也有較多重復(fù)；剛架的內(nèi)力圖的繪制在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中有更詳細(xì)的講述。因此，可將這部分內(nèi)容適當(dāng)刪減。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中，應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)部分的課堂教學(xué)，即在學(xué)好理論力學(xué)課程中的靜力學(xué)和材料力學(xué)（尤其是梁的內(nèi)力圖繪制）的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移計(jì)算內(nèi)容的課時(shí)，讓學(xué)生熟練掌握靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖的繪制和位移的計(jì)算，為學(xué)習(xí)后面的章節(jié)打好基礎(chǔ)[6]；可以刪去一些理論性較強(qiáng)而對培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力影響不大的內(nèi)容，如虛功原理的證明，結(jié)構(gòu)在間接荷載作用下的影響線、極限荷載等，弱化拱、組合結(jié)構(gòu)的計(jì)算，矩陣位移法的嚴(yán)格推演，結(jié)構(gòu)的動力分析等[7]。結(jié)構(gòu)力學(xué)的探討可適當(dāng)結(jié)合工程實(shí)際和專業(yè)實(shí)際，但不宜引入復(fù)雜的專業(yè)問題或工程問題。在講述結(jié)構(gòu)的受力分析時(shí)，要充分結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器和PKPM軟件，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)建模能力和使用常用結(jié)構(gòu)軟件的能力。

（二）利用網(wǎng)絡(luò)平臺建立立體化教學(xué)模式

搭建課程網(wǎng)站，上傳教學(xué)大綱、課件、學(xué)習(xí)指導(dǎo)和習(xí)題庫等，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師還可在線與學(xué)生進(jìn)行交流，網(wǎng)上答疑，學(xué)生可以在網(wǎng)上測試，這樣既增強(qiáng)了教學(xué)的凝聚力和吸引力，又切實(shí)提高了教學(xué)的實(shí)效性。

（三）考核方式的改革

考核成績由過程考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末試卷考核綜合給出，加大平時(shí)成績的比重，平時(shí)成績應(yīng)多樣化并且進(jìn)行量化。

1.考勤和隨堂練習(xí)結(jié)合

由于學(xué)院力學(xué)課程一般都是大班上課，學(xué)生多，點(diǎn)名考勤要浪費(fèi)不少時(shí)間。為了不影響教學(xué)進(jìn)度，計(jì)劃以隨堂練習(xí)的形式達(dá)到考勤的目的。在課堂上預(yù)留時(shí)間作為隨堂練習(xí)，隨堂練習(xí)的題目不易太多，要小而精，并針對教學(xué)重點(diǎn)。

2.章節(jié)考核

在每章結(jié)束后，隨堂進(jìn)行每章基本內(nèi)容的測試，以半開卷方式進(jìn)行，學(xué)生可參考筆記，但是不參考教材，給予一定時(shí)間完成每章基本知識點(diǎn)的測試，隨堂上交。此外，期中考試由學(xué)生干部自行組卷，試卷內(nèi)容為課堂所講例題、網(wǎng)絡(luò)平臺習(xí)題和作業(yè)的一些重要題型，組完卷交教師審核，然后組織閉卷測試，這樣可以減少學(xué)生對力學(xué)考試的恐懼感，調(diào)動復(fù)習(xí)的積極性。

3.平時(shí)作業(yè)

課后作業(yè)選擇比較典型且有針對性的題目，最好與實(shí)際相結(jié)合，對本次課及以往知識點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練，夯實(shí)所學(xué)內(nèi)容，切勿無意義的重復(fù)。在此基礎(chǔ)上，可補(bǔ)充一些有難度的綜合性題目作為附加作業(yè)，以一定的實(shí)際工程或生活實(shí)例為前提，讓他們感知結(jié)構(gòu)概念，了解力學(xué)其實(shí)并不是枯燥無味的。此類題目學(xué)生可選作。

4.實(shí)驗(yàn)考核

主要是對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力及科學(xué)研究意識、能力進(jìn)行評定， 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度、積極主動的動手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。實(shí)驗(yàn)成績?yōu)橐黄狈駴Q制，明確規(guī)定學(xué)生只要未參加任何一次實(shí)驗(yàn)課，就取消其考試資格，最終考試成績核定為不及格。在傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開設(shè)具有科研性質(zhì)的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅能提高教師自身的業(yè)務(wù)水平，同時(shí)能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。如疊合梁實(shí)驗(yàn)、壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)、電測法綜合性實(shí)驗(yàn)等等，或讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開拓學(xué)生的工程實(shí)踐思路，最后可根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況給定附加分成績。

5.期末考核

期末考試的內(nèi)容覆蓋教學(xué)大綱范圍，突出重點(diǎn)、涉及難點(diǎn)，試題要難易適中，著眼于學(xué)生對所學(xué)知識的掌握和理解。試題應(yīng)設(shè)置一定難度的附加題，給出附加分，考察學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合解決問題的能力，同時(shí)也可為力學(xué)競賽選手選拔作參考。

（四）鼓勵(lì)學(xué)生參加競賽和開設(shè)力學(xué)選修課

舉辦材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的校內(nèi)彎矩圖繪制競賽，強(qiáng)化訓(xùn)練彎矩圖繪制的技巧；以理論力學(xué)和材料力學(xué)部分專題內(nèi)容為基礎(chǔ)，組織學(xué)生參加周培源力學(xué)競賽，并進(jìn)行有針對性的輔導(dǎo)。內(nèi)容包括模型簡化問題、能量法、材料塑性的極限分析、動荷載和交變應(yīng)力等，屬于廣度和深度方面的拓展與延伸；積極組織學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型設(shè)計(jì)與制作，利用有限元軟件建立模型解決力學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)力學(xué)知識加以應(yīng)用，充分鍛煉其實(shí)際應(yīng)用能力，在歷年的江蘇省結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽中學(xué)院均獲得三等獎(jiǎng)以上優(yōu)異的成績。設(shè)立力學(xué)專題選修課程，屬于提高性的內(nèi)容，主要針對參加考研的學(xué)生，為其將來的就業(yè)和進(jìn)一步深造打下良好的基礎(chǔ)。以上措施有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的探索創(chuàng)新精神，提高了教學(xué)質(zhì)量。

三、 結(jié)語

力學(xué)課程群的整合與改革，需要在實(shí)際教學(xué)活動中不斷探索和推進(jìn)，需要各力學(xué)課程教師的齊心協(xié)作。今后還應(yīng)將力學(xué)課程群教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步模塊化，模塊之間具有相對的獨(dú)立性，便于學(xué)生靈活選擇，以符合不同學(xué)生的需要，這樣也更有利于培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

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Integration and reform ideas of mechanics course group for

civil engineering specialty in applicationoriented universities

LENG Jie， LIU Wenyuan， JIANG Yi， LI Shiquan

（Taizhou Institute of Science and Technology， Nanjing University of

Science and Technology， Taizhou 22530， P. R. China）

Abstract： According to the teaching practice of mechanics course group in Taizhou Institute of Science and Technology， Nanjing University of Science and Technology， integration and reform ideas of mechanics course group in applicationoriented institutes were expounded from aspects of content integration， network platform construction and assessment method reform. Practice result shows that the integration and reform of mechanics course group can compress teaching hours， and it is of critical importance to enhance the teaching quality and cultivate highquality practical talents.

Keywords： applicationoriented universities； civil engineering specialty； mechanics course group ； curriculum research