面向卓越工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革探索

謝軍+閻杰+劉彥柱

摘 要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)中具有承上啟下作用的一門核心課程。在“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”體系下，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革中的重中之重。為此，依據(jù)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，總結(jié)了結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀及現(xiàn)存問題，提出了課程改革的思路與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；課程改革；卓越工程師

中圖分類號(hào)：G4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.08.093

在“十三五”期間，為推進(jìn)高等工程教育適應(yīng)我國新型工業(yè)化和創(chuàng)新型國家建設(shè)需要，培養(yǎng)合格工程師以適應(yīng)新階段國家工業(yè)化的發(fā)展，教育部在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》重大改革項(xiàng)目的貫徹執(zhí)行中，提出了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，是我國高等工程教育領(lǐng)域的一項(xiàng)重大改革。河北建筑工程學(xué)院作為建校60多年的老牌建筑類院校也積極參與“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，而土木工程作為省級(jí)品牌特色專業(yè)、國家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，其師資隊(duì)伍為省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、結(jié)構(gòu)工程學(xué)科為省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科、結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)中心被評(píng)為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，土木工程本科專業(yè)通過了國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部專業(yè)教育評(píng)估，具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和優(yōu)勢。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

我校土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是面向建筑行業(yè)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線，培養(yǎng)具有建筑與土木工程領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和寬廣的專業(yè)知識(shí)，掌握解決實(shí)際問題的先進(jìn)技術(shù)與方法，具有創(chuàng)新意識(shí)，能夠進(jìn)行技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程施工、工程管理，具備國家注冊(cè)執(zhí)業(yè)資格相關(guān)能力的高層次應(yīng)用型人才。我校土木工程學(xué)院主要有建筑工程、橋梁與渡河工程、安全工程及巖土工程等專業(yè)，每專業(yè)都開設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)（上、下冊(cè)），上冊(cè)72學(xué)時(shí)，下冊(cè)40學(xué)時(shí)，共計(jì)112學(xué)時(shí)，是非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。其前導(dǎo)課程包括高等數(shù)學(xué)、C++語言、大學(xué)物理等基礎(chǔ)課，后續(xù)課程包括鋼筋混凝土基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)基本原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)、建構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等大量的專業(yè)課。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)既要為后續(xù)的專業(yè)課奠定基礎(chǔ)，又要把力學(xué)的理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，處于土木工程專業(yè)的核心地位?；诖?，作為結(jié)構(gòu)力學(xué)教研室的教師深感責(zé)任重大，全身心投入結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革。

現(xiàn)存問題：

（1）缺乏創(chuàng)新性：結(jié)構(gòu)力學(xué)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容多，以傳統(tǒng)的板書式理論教學(xué)方法為主，教師在課堂上重視理論的推導(dǎo)，學(xué)生“填鴨式”被動(dòng)的接受，對(duì)老師的講課產(chǎn)生依賴性。教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在講解基本概念、基本原理和基本方法，所采用的原理和方法與實(shí)際工程相差較遠(yuǎn)內(nèi)容較抽象，學(xué)生理解起來較困難；結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)使學(xué)生覺得枯燥，毫無樂趣而言。這樣難以提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的要求。

（2）缺乏動(dòng)手能力，理論不能應(yīng)用實(shí)際：結(jié)構(gòu)力學(xué)課程最終是要服務(wù)于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)、施工和管理等各方面，但力學(xué)課程理論性強(qiáng)、概念抽象，目前課程設(shè)置方面缺少實(shí)踐鍛煉環(huán)節(jié)，那么學(xué)生很難運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)際，更不用說通過實(shí)際項(xiàng)目加深對(duì)原理的認(rèn)知。這樣難以使學(xué)生達(dá)到專門性應(yīng)用型人才的標(biāo)準(zhǔn)，更難以成為卓越工程師。

（3）缺乏創(chuàng)新的考核方式，試卷題型老套：常規(guī)的考試題目，仍然是針對(duì)課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過一定難度和題量的試題來考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況。而且在全國研究生入學(xué)考試中絕大多數(shù)高校都將結(jié)構(gòu)力學(xué)作為專業(yè)課進(jìn)行考試。這這就使得學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算能力，以及通過大量做題強(qiáng)化典型例題的求解。這也大大限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維。

2 課程改革思路與實(shí)踐

2.1 增加結(jié)構(gòu)力學(xué)的趣味性

在講授結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的經(jīng)典概念、重點(diǎn)和難點(diǎn)的過程中，增加一些趣味性的內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心和積極性。比如增加“剛片替換法”分析復(fù)雜體系的幾何組成分析；增加彎矩圖的快速繪制方法，來求做靜定剛架的內(nèi)力圖；增加單位力偶作用下的影響線的繪制。

2.2 引入工程案例

在相關(guān)理論、知識(shí)點(diǎn)和基本概念講解后，通過實(shí)際工程案例加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論應(yīng)用的理解，讓學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的過程中具備工程頭腦。比如利用影響線的概念解決建筑結(jié)構(gòu)活荷載的最不利布置；利用位移法講解框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的縱向剪力墻的布置原則。

2.3 制作結(jié)構(gòu)模型，參加力學(xué)競賽

為提高學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，在課外教學(xué)中引入了結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作。我校從2013年開始連續(xù)三年組織學(xué)生參加全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，每次作品均順利通過動(dòng)靜荷載加載測試，并曾獲得過二、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。在參加比賽和校內(nèi)組織選拔賽的過程中，參加學(xué)生人數(shù)多、積極性高，形成了良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍，在競賽中鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.4 合理運(yùn)用多媒體，使板書與多媒體有機(jī)結(jié)合

多媒體教學(xué)具有圖、文、聲、影像并茂的特點(diǎn)，尤其是利用動(dòng)畫可以生動(dòng)演示結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的力學(xué)現(xiàn)象，且多媒體教學(xué)的信息量大，教學(xué)效率高。因此應(yīng)充分利用這一教學(xué)手段。對(duì)利用多媒體能形象直觀表達(dá)的知識(shí)點(diǎn)，要充分地利用好多媒體課件。比如在進(jìn)行幾何組成分析、影響線應(yīng)用部分移動(dòng)載荷作用下內(nèi)力變化的演示等。對(duì)一些必須使用板書才能講解的更深入透徹的知識(shí)點(diǎn)，就要將板書與多媒體有機(jī)結(jié)合在一起，使學(xué)生的思路跟上老師的講授，掌握理論的推導(dǎo)和公式的理解。比如在講解矩陣位移法中的單元?jiǎng)偠染仃嚭涂倓偧蓵r(shí)可采用課件與板書相結(jié)合的形式，由板書逐步講解其中的推導(dǎo)過程并隨時(shí)與學(xué)生進(jìn)行交流，讓學(xué)生慢慢地跟隨教師把握其來龍去脈，放映的課件中只需要清晰地列出重要的中間公式及最后的結(jié)果即可，這樣一步步采用互動(dòng)形式可以讓老師和學(xué)生同時(shí)專注于推導(dǎo)過程，能起到事半功倍的效果，對(duì)學(xué)生掌握理解矩陣位移法的實(shí)質(zhì)和實(shí)現(xiàn)過程有良好的效果。

2.5 采用新型課程評(píng)價(jià)體系

目前，結(jié)構(gòu)力學(xué)評(píng)價(jià)主要依據(jù)試卷考試成績，考題與實(shí)際工程的相關(guān)度低，通過一定難度和題量的試題來考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況。急需一套以提升學(xué)生素質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)、適應(yīng)新時(shí)期社會(huì)需求的評(píng)價(jià)體系。比如可以將團(tuán)隊(duì)制作的力學(xué)模型的質(zhì)量作為評(píng)價(jià)體系的一部分內(nèi)容；將學(xué)生參加校內(nèi)結(jié)構(gòu)力學(xué)選拔賽以及參加全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的成績記入評(píng)價(jià)體系；鼓勵(lì)學(xué)生參加校外結(jié)構(gòu)力學(xué)講座、創(chuàng)造條件使學(xué)生參加校外工程實(shí)踐，將講座內(nèi)容以及校外工程實(shí)踐內(nèi)容以報(bào)告的形式上交，報(bào)告的質(zhì)量也納入評(píng)價(jià)體系；降低期末試卷成績所占的比重。形成講座總結(jié)報(bào)告、項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告、力學(xué)競賽成績、力學(xué)模型制作能力與期末考試相結(jié)合的立體式的評(píng)價(jià)體系，提高工程素質(zhì)教育部分所占的比重。

3 結(jié)束語

“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”作為我國高等教育重大改革項(xiàng)目，其課程改革目前仍然處于探索階段。為實(shí)現(xiàn)卓越工程師的人才培養(yǎng)目標(biāo)，還應(yīng)該從課程設(shè)置、課堂教學(xué)等更多方面開展系統(tǒng)深入的教學(xué)改革，以適應(yīng)卓越人才的培養(yǎng)要求。

參考文獻(xiàn)

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