基于“教學(xué)、實(shí)踐、科研”三位一體模式的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)改革

昌 毅， 曹 幸， 高金賀

(東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

基于“教學(xué)、實(shí)踐、科研”三位一體模式的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)改革

昌 毅， 曹 幸， 高金賀

(東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

以東華理工大學(xué)工程管理專業(yè)《建筑力學(xué)》課程為研究對象，根據(jù)課程教學(xué)質(zhì)量提升的要求，提出了基于“教學(xué)、實(shí)踐、科研”三位一體模式的課程教學(xué)改革思路。全面分析了改革前《建筑力學(xué)》課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，并有針對性地制定了幾項(xiàng)改革措施。通過教學(xué)改革前后學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和理解能力的對比分析，該教學(xué)改革方案對教學(xué)質(zhì)量的提升具有顯著的促進(jìn)作用。

建筑力學(xué)；教學(xué)；實(shí)踐；科研

作為建筑學(xué)和工程管理專業(yè)的一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，《建筑力學(xué)》課程內(nèi)容包括理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三大部分。《建筑力學(xué)》課程學(xué)習(xí)的目的是讓學(xué)生掌握基本的力學(xué)知識(shí)和計(jì)算方法，能夠考慮力學(xué)與建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系，從而選擇合理的結(jié)構(gòu)體系和現(xiàn)場布置方案，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑施工提供保障，也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程打下必要的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)模式存在如下問題：一是《建筑力學(xué)》課程的教學(xué)安排還不夠精煉，教學(xué)所使用的課件顯得比較陳舊，且相互之間缺乏一定的連貫性，無法真正系統(tǒng)地體現(xiàn)《建筑力學(xué)》課程所包含的理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三大部分之間的銜接關(guān)系；二是過于強(qiáng)調(diào)老師的教與學(xué)生的學(xué)，而忽視了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用[1，2]，且在《建筑力學(xué)》課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)存在著理論分析與工程實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)象，學(xué)生往往知其然而不知其所以然，缺乏將《建筑力學(xué)》課程的理論知識(shí)和工程實(shí)例相結(jié)合的能力；三是教師與設(shè)計(jì)單位合作交流不夠，沒有充分了解工程一線設(shè)計(jì)與《建筑力學(xué)》課程教學(xué)重點(diǎn)之間的關(guān)系，進(jìn)而沒法將學(xué)術(shù)科研前沿的知識(shí)融入到日常的教學(xué)工作中[3]，讓學(xué)生通過實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目內(nèi)容加深對課本理論概念的理解及實(shí)際應(yīng)用[4，5]。

針對建筑學(xué)和工程管理專業(yè)知識(shí)體系的特殊性，以及《建筑力學(xué)》課程教學(xué)中存在的問題，對《建筑力學(xué)》課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，以適用工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展對人才的要求勢在必行[6]。為此，在目前課程改革的大背景下，為了進(jìn)一步提高《建筑力學(xué)》課程的教學(xué)效果，探討適合當(dāng)前形勢的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)方法刻不容緩。

1 課程體系構(gòu)建的定位及目標(biāo)

1.1 課程定位

該課程為建筑學(xué)和工程管理專業(yè)的必修課，分為《建筑力學(xué)I》和《建筑力學(xué)II》兩門課程來學(xué)習(xí)。該課程的學(xué)習(xí)對后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課有著必不可少的指導(dǎo)作用，也為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程打下良好的基礎(chǔ)，并且在培養(yǎng)和造就高素質(zhì)人才過程中起著重要作用。

1.2 培養(yǎng)目標(biāo)

《建筑力學(xué)I》作為《建筑力學(xué)》課程的第一部分，其目標(biāo)在于幫助學(xué)生掌握力學(xué)的基本概念、基本知識(shí)及基本的力學(xué)分析方法?！督ㄖW(xué)Ⅱ》的目標(biāo)在于幫助學(xué)生在修完《建筑力學(xué)I》的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握桿件結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理和方法，了解各類結(jié)構(gòu)的受力性能，為學(xué)習(xí)其它有關(guān)專業(yè)課程以及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)，并培養(yǎng)學(xué)生在結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算等方面的能力。

2 課程內(nèi)容框架體系的建立

《建筑力學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容包含理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三大力學(xué)部分(如圖1所示)，也就是將《建筑力學(xué)》課程中的理論力學(xué)分為靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)；將材料力學(xué)分為材料的力學(xué)性能和桿件的力學(xué)分析；將結(jié)構(gòu)力學(xué)分為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)斷裂和疲勞理論。

圖1 原有建筑力學(xué)教學(xué)體系的分類

然而，原有的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容一般僅考慮了這三大力學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)的整體承接性問題，而在結(jié)合工程實(shí)際、工程實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)以及國內(nèi)外最新的研究成果上，顯得尤為不足。同時(shí)，在教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的要求下，原有的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)也需要結(jié)合我國發(fā)展的戰(zhàn)略需求。因此，在新的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)體系中，在考慮三大力學(xué)的相互關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，將三大力學(xué)課程內(nèi)容整合成具有相關(guān)性的專題教學(xué)內(nèi)容，并將力學(xué)問題的連貫性和實(shí)踐性貫穿于整個(gè)教學(xué)體系中，就顯得尤為重要。在后期的《建筑力學(xué)》課程中應(yīng)注重實(shí)踐性問題分析方法的教學(xué)，培養(yǎng)建筑類和工程管理類專業(yè)的學(xué)生既具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，又具有一定的實(shí)踐運(yùn)用能力。根據(jù)當(dāng)今國際發(fā)展新形勢和“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”下建筑類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，《建筑力學(xué)》課程的教學(xué)可以分為基礎(chǔ)部分和擴(kuò)展部分兩大類(如圖2所示)。

其中，基礎(chǔ)部分的教學(xué)內(nèi)容僅包括理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)中最為基礎(chǔ)的部分，也就是以下三個(gè)方面：①理論力學(xué)中靜力學(xué)中的平面力學(xué)部分；②材料力學(xué)中材料的力學(xué)性能分析中的軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲部分；③結(jié)構(gòu)力學(xué)中平面結(jié)構(gòu)靜力學(xué)中的平面結(jié)構(gòu)靜定問題部分。對于這部分的學(xué)習(xí)和掌握，能夠有效地為以后遇到的各類相關(guān)問題打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

擴(kuò)展部分內(nèi)容包括理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)知識(shí)的深入擴(kuò)展，以及《建筑力學(xué)》課程的知識(shí)內(nèi)容在工程實(shí)際中的運(yùn)用。具體的內(nèi)容包括以下三個(gè)方面：①理論力學(xué)中空間力系以及工程模型的理論分析，即將理論力學(xué)的靜力學(xué)部分與材料力學(xué)桿件的基本變形相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生建立力學(xué)模型分析的基本功，并且在后續(xù)的擴(kuò)展部分加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際運(yùn)用能力；②材料力學(xué)中組合結(jié)構(gòu)問題和簡單超靜定問題，即加強(qiáng)材料力學(xué)靜定問題與結(jié)構(gòu)力學(xué)靜定問題的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生求解復(fù)雜問題的能力；③結(jié)構(gòu)力學(xué)中平面結(jié)構(gòu)超靜力問題和空間結(jié)構(gòu)靜力學(xué)，即將材料力學(xué)中的超靜定問題與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的框架超靜定結(jié)構(gòu)問題相聯(lián)系，更透徹地理解超靜定問題，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力。

擴(kuò)展部分的內(nèi)容需要整合三大力學(xué)課程間具有相關(guān)性的專題內(nèi)容，將力學(xué)問題貫穿在整個(gè)新的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)體系中，并注重培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)踐性問題的分析能力。

3 教學(xué)方法改革

3.1 工程實(shí)際問題的引入

圖2 新的建筑力學(xué)教學(xué)體系的分類

針對《建筑力學(xué)》課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)存在著理論分析與工程實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)象，為了加強(qiáng)《建筑力學(xué)》課程的理論知識(shí)和工程實(shí)例的聯(lián)系性，并提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，讓學(xué)生既能知其然還能知其所以然，教師在上課過程中可以通過結(jié)合實(shí)際，將《建筑力學(xué)》課程中的一些枯燥的概念、定理、公式盡量用形象生動(dòng)的工程、生活實(shí)例加以解釋和闡明，使《建筑力學(xué)》課程學(xué)習(xí)深入淺出。例如，在講述平面彎曲的概念時(shí)，我們可以將工廠廠房的天車大梁(如圖3所示)一步步簡化為如圖4所示的力學(xué)模型簡化模型。通過天車大梁的彎曲實(shí)例，從而引入梁的平面彎曲的概念和計(jì)算方法。

圖3 工廠廠房的天車大梁

圖4 工廠廠房的天車大梁的力學(xué)簡化模型

新的教學(xué)方法的本質(zhì)是通過從實(shí)際問題出發(fā)，將各類工程實(shí)例引入到《建筑力學(xué)》課程的教學(xué)中，從而再將簡化方法以及力學(xué)分析計(jì)算方法等引入到教學(xué)中。

3.2 結(jié)合工程實(shí)踐的課程實(shí)驗(yàn)的引入

《建筑力學(xué)》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與理論教學(xué)緊密結(jié)合，注重實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維，開拓學(xué)生學(xué)科視野。例如，學(xué)生可以通過自己動(dòng)手用紙制作如圖5所示的工程桁架受力簡化模型，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，進(jìn)而通過如圖6所示的實(shí)際加載實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行判斷、思考和分析桁架的受力，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的緊密結(jié)合。

圖5 工程桁架的受力簡化模型

《建筑力學(xué)》課程的實(shí)驗(yàn)體系如圖7所示，具體的內(nèi)容包括以下三個(gè)方面：①理論力學(xué)中簡單工程模型分析；②材料力學(xué)中的基本力學(xué)試驗(yàn)和簡單工程桿件的實(shí)驗(yàn)；③結(jié)構(gòu)力學(xué)中的靜定和超靜定問題的受力分析實(shí)驗(yàn)和模型分析以及簡單工程結(jié)構(gòu)的分析。其中，基本的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和受力分析將與課堂教學(xué)同步進(jìn)行，保證基礎(chǔ)理論在先，基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)和受力分析在后，依次進(jìn)行?；玖W(xué)實(shí)驗(yàn)和受力分析的目標(biāo)是使學(xué)生掌握扎實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，作為《建筑力學(xué)》課程理論教學(xué)基礎(chǔ)部分的一個(gè)有力補(bǔ)充。后續(xù)的工程模型理論分析、簡單工程結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)以及框架結(jié)構(gòu)的受力分析等將增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為學(xué)生更好地消化吸收前面的理論知識(shí)打好基礎(chǔ)，其目的在于拓展

學(xué)生的力學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識(shí)解決工程中力學(xué)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和研究能力。

3.3 國內(nèi)外最新研究成果的引入

受國家宏觀經(jīng)濟(jì)政策、法律法規(guī)、外界環(huán)境的變化、投資優(yōu)化策略等的影響，《建筑力學(xué)》課程有必要將國內(nèi)外最新的相關(guān)研究成果引入到課堂的理論教學(xué)中，以科研促進(jìn)教學(xué)[7]。學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)和參與相關(guān)教師的科研項(xiàng)目來了解相關(guān)研究領(lǐng)域的最新發(fā)展，進(jìn)而了解結(jié)構(gòu)計(jì)算和材料技術(shù)發(fā)展的最前沿動(dòng)向，并逐步了解和認(rèn)識(shí)到建筑力學(xué)的歷史和發(fā)展以及最新的研究動(dòng)態(tài)。并且，教師可以通過優(yōu)秀的中英文教材的講授，幫助學(xué)生逐步掌握一定量的專業(yè)中英文詞匯，再通過對少量最前沿的科技論文的講解和學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生具備一定的國際性視野和學(xué)術(shù)前瞻性。

圖6 工程桁架的受力加載實(shí)驗(yàn)

圖7 新的建筑力學(xué)實(shí)驗(yàn)體系

4 結(jié)語

總之，我們要將原來分散的、孤立的理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程重新整合，構(gòu)建一套系統(tǒng)完整的基于“教學(xué)、實(shí)踐、科研”三位一體模式的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)體系；建立適應(yīng)當(dāng)今國際發(fā)展新形勢和“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃” 培養(yǎng)目標(biāo)下的建筑類和工程管理類專業(yè)的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)體系(包括理論和實(shí)驗(yàn)兩部分)；建立適合現(xiàn)代化國際需求的教學(xué)模式；結(jié)合工程實(shí)例建立理論聯(lián)系實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，突出本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，并通過開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神和承受挫折的能力，使之形成一種科學(xué)的思維方式。

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TeachingModelReformofArchitecturalMechanicsBasedon“Teaching,PracticeandResearch”

CHANG Yi， CAO Xing， GAO Jin-he

(EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China)

According to the requirement of teaching quality improvement,this paper presents the teaching model reform of Architectural Mechanics based on “teaching, practice and research” by taking this course of engineering management specialty in East China University of Technology as the research object. This paper comprehensively analyzes the problems found in the teaching of Architectural Mechanics before the reform, and has targeted several reform measures. Through the comparison of the students’ practical ability and the ability of understanding before and after the teaching reform, the authors find the teaching reform program has a significant effect on the improvement of teaching quality.

Architectural Mechanics; teaching; practice; research

G642.0

A

1674-3512(2017)03-0283-05

2017-02-26

東華理工大學(xué)博士啟動(dòng)金(DHBK201407)；東華理工大學(xué)校級教改項(xiàng)目(DHJG-15-05)。

昌 毅 (1979—)，男，湖南益陽人，博士，講師，主要從事土木工程研究。

昌毅，曹幸，高金賀.基于“教學(xué)、實(shí)踐、科研”三位一體模式的《建筑力學(xué)》課程教學(xué)改革[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2017，36(3)：283-287.

Chang Yi， Cao Xing， Gao Jin-he.Teaching model reform of Architectural Mechanics based on“teaching, practice and research”[J].Journal of East China University of Technology(Social Science)，2017，36(3)：283-287.