拓寬實踐環(huán)節(jié)，提升工程力學(xué)教學(xué)質(zhì)量

胡珊珊，楊曉波，姜 麗

(1. 六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，安徽 六安 237158；2. 蚌埠學(xué)院 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

深入貫徹黨的十九大精神，寫好“科技強(qiáng)則國家強(qiáng)，教育興則民族興”的奮進(jìn)之筆，才能為新時代科技與教育的創(chuàng)新奠定堅實的理論基礎(chǔ).在人類生存和發(fā)展的長河中，力學(xué)已深入到各個領(lǐng)域.實踐證明，工程力學(xué)已成為人們學(xué)習(xí)和生活中的“萬金油”.工程力學(xué)是推動現(xiàn)代科技發(fā)展的重要動力[1].沒有工程力學(xué)的分析，就沒有安全實用的優(yōu)秀工程作品.工程力學(xué)課程歷來是教學(xué)的難點.當(dāng)前工程力學(xué)的教材理論已相當(dāng)完善，但與工程實踐環(huán)節(jié)的結(jié)合略顯薄弱.學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，普遍反映知識點多且晦澀難懂.針對實踐教學(xué)過程中的問題，采用了案例教學(xué)法，促進(jìn)了教與學(xué)過程中的互動.學(xué)生增加了對實踐的直觀認(rèn)識，縮短了認(rèn)識理論的距離，對解決工程實踐問題具有非常重要的作用.提升工科生工程實踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)，形成理論問題與實踐案例雙驅(qū)動的教育方法，已成為近年來大學(xué)教育改革的重點[2].研究表明：以回歸工程實際為導(dǎo)向，將工程實踐環(huán)節(jié)中的案例作為主線重構(gòu)課程結(jié)構(gòu)體系，并加強(qiáng)技能競賽和實訓(xùn)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，才能讓學(xué)生更好地掌握工程力學(xué)的內(nèi)涵，建立起整個專業(yè)的知識架構(gòu).

1 回歸工程實際，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知

在實際授課過程中，單純地進(jìn)行工程力學(xué)理論教學(xué)往往會降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.由于工程力學(xué)具有其特殊的經(jīng)典性和實際性，在授課過程中回歸到工程實際，可以更好地促進(jìn)學(xué)生對工程力學(xué)的認(rèn)知.當(dāng)前，工程力學(xué)的教學(xué)新理念應(yīng)是以學(xué)生為中心，強(qiáng)化工程意識，培養(yǎng)新興技術(shù)人才[3].隨著教學(xué)改革的探索，實例教學(xué)法逐漸深入教學(xué)，才能適應(yīng)21世紀(jì)工程建設(shè)不斷發(fā)展和變化的需要.只有積極培養(yǎng)學(xué)生的實踐意識和工程意識[4]，才能夯實堅實的力學(xué)理論基礎(chǔ).

從古代沈括的《夢溪筆談》中“彌束”的記載，到近現(xiàn)代中國力學(xué)大師錢學(xué)森、錢偉長和郭永懷等的偉大成就，可以讓學(xué)生了解工程力學(xué)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.眾多經(jīng)典工程的實際中包含了豐富的工程力學(xué)知識.如公元前256年，春秋戰(zhàn)國時期修建的都江堰工程(圖1)，巧妙地利用了彎道力學(xué)知識，采取正面取水，側(cè)面排沙，使成都平原兩千多年來始終受益[5].擁有千年歷史的趙州橋(圖2)是目前世界上保存最好、現(xiàn)存最早的敞肩石拱橋.橋的兩端各設(shè)兩個小拱，以減輕橋的自重增大泄水流量，巧妙地結(jié)合了流體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識理論.凌家灘遺址(圖3)位于安徽省馬鞍山市含山縣銅閘鎮(zhèn)凌家灘自然村，距今已經(jīng)有約六千年歷史，是中國保存最完整的新石器時代聚落遺址[6].其中的建筑物利用寬窄大小不等的石塊壘契起來，每塊石頭之間沒有任何粘合劑.這表明凌家灘的先民就在當(dāng)時就已經(jīng)掌握了建筑力學(xué)的相關(guān)知識.

圖1都江堰圖2趙州橋圖3凌家灘

為推進(jìn)“回歸工程實踐”的教育改革，應(yīng)在我國寶貴的歷史文化工程中探究工程力學(xué)課程的實踐教學(xué)方法.實踐教學(xué)是課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它對于提高教學(xué)質(zhì)量起著關(guān)鍵作用.由于學(xué)生缺乏工程力學(xué)實踐經(jīng)驗，教師在授課時，應(yīng)積極拓展教學(xué)實踐空間，廣泛聯(lián)系典型實例，提升學(xué)生的感性認(rèn)識，從而為學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ).教師應(yīng)通過實踐經(jīng)驗的積累，提煉出一些互動的教學(xué)設(shè)計，如通過趙州橋保存久遠(yuǎn)的實例引導(dǎo)學(xué)生思考拱結(jié)構(gòu)的受力特點.再如讓學(xué)生對比古代建筑和當(dāng)代建筑在受力上的區(qū)別與聯(lián)系.

2 引入事故案例，夯實理論基礎(chǔ)

建筑業(yè)是安全事故高發(fā)的行業(yè)，安全事故的社會影響較大，在一定程度上阻礙了建筑業(yè)的快速發(fā)展.因此，安全事故案例是一個重點研究的課題.在人才培養(yǎng)方面，事故案例具有警示性和深刻性的突出優(yōu)勢，結(jié)合工程力學(xué)的理論找尋事故發(fā)生的原因，可以調(diào)動起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣.

圖4聚源中學(xué)教學(xué)樓垮塌圖5塔吊折斷圖6腳手架倒塌

2008年汶川地震，都江堰市聚源中學(xué)的教學(xué)樓(圖4)完全坍塌，兩百多名師生被永遠(yuǎn)埋在了廢墟里[7].震害分析表明，聚源中學(xué)等震區(qū)建筑物存在許多受力不當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點，如短柱、獨立磚柱和下部底框上部磚混結(jié)構(gòu)等，都會造成結(jié)構(gòu)的傳力體系不合理.當(dāng)?shù)卣饋硪u，結(jié)構(gòu)沒辦法耗散地震的能量，造成建筑物的永久性破壞.這些不合理之處，應(yīng)是我們現(xiàn)代工程設(shè)計時值得思考和改善的地方.在目前建筑企業(yè)的現(xiàn)場施工過程中，塔吊和腳手架的安全事故也經(jīng)常出現(xiàn).施工單位將較多注意力放在主體結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定上，卻容易忽略如塔吊和腳手架等臨時設(shè)施的受力穩(wěn)定性.某工程施工人員在使用塔吊吊運鋼筋時，塔身突然折斷(圖5)，塔吊司機(jī)當(dāng)場死亡[8].事故發(fā)生時所吊運的鋼筋墜落在距塔身中心線52米處.經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，是由于超載導(dǎo)致塔式起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞.當(dāng)時，吊物的重量已經(jīng)超過額定載荷的百分之兩百.腳手架的倒塌(圖6)在施工過程中也屢見不鮮.很多是因為腳手架的搭設(shè)不符合規(guī)范要求，腳手架基礎(chǔ)埋置深度不夠.高層建筑的腳手架沒有專項設(shè)計方案，受力不合理，在施工荷載擾動和大風(fēng)等惡劣天氣條件下，極易引起倒塌破壞.

事故分析是一門涉及到力學(xué)、材料、施工和管理等多方面的綜合性學(xué)科.在工程力學(xué)教學(xué)中，結(jié)合工程事故實例，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決實際問題的能力[9].這些事故案例可以給學(xué)生帶來直觀的視覺沖擊，讓他們認(rèn)識到力學(xué)的重要性.事故案例明確了教學(xué)的針對性，激發(fā)了學(xué)生求知的積極性，起到了良好的教學(xué)效果：聽了不忘記，看了能記住，做了會分析，拓寬了力學(xué)視野，打破了傳統(tǒng)呆板的教學(xué)模式，為實踐教學(xué)的全面改革提供了有益的借鑒.

3 鼓勵學(xué)生參加競賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

工程力學(xué)屬于專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個專業(yè)的課程體系中具有極其重要的地位.學(xué)好工程力學(xué)，可以為后續(xù)的專業(yè)課程打下堅實的力學(xué)運算基本功.學(xué)院歷年來非常重視對學(xué)生力學(xué)能力的培養(yǎng)，積極組織教師輔導(dǎo)學(xué)生參加力學(xué)競賽，采用多教師輪流授課、一對一輔導(dǎo)答疑的方式幫助學(xué)生備賽.賽后讓獲獎學(xué)生談獲獎感言，交流和分享經(jīng)驗，以此增強(qiáng)其他同學(xué)學(xué)習(xí)力學(xué)的信心.

4 加強(qiáng)實訓(xùn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)工程能力

近年來，校內(nèi)實訓(xùn)基地不斷建設(shè)發(fā)展，不斷完善裝飾技術(shù)實訓(xùn)中心和建筑技術(shù)實訓(xùn)中心等校內(nèi)實訓(xùn)基地的建設(shè).實訓(xùn)中心可以進(jìn)行各種常用工程材料的力學(xué)實驗和專業(yè)課程實驗及實訓(xùn)環(huán)節(jié).同時，學(xué)校應(yīng)積極與校外企事業(yè)單位合作，不斷發(fā)展校外實訓(xùn)基地.學(xué)生在合作單位的力學(xué)實驗室或檢測室中，學(xué)會并了解到工程力學(xué)運用到實際工程的過程，深刻體會到材料的力學(xué)性能對工程的重要性.同時，學(xué)生通過在校外單位的學(xué)習(xí)，接觸到工程一線的知識和最前沿的技術(shù)，與課堂的理論結(jié)合起來，學(xué)習(xí)到更高的綜合專業(yè)知識，提高專業(yè)素養(yǎng).

5 教學(xué)效果

在大力推進(jìn)實踐環(huán)節(jié)改革的背景下，建筑類專業(yè)學(xué)生的工程力學(xué)能力大有提高，力學(xué)的理論基礎(chǔ)夯實了，專業(yè)課程學(xué)起來自然游刃有余.拓寬實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革在提高教學(xué)效果的同時，教師的綜合教學(xué)能力也得到大幅度提升.教師通過與實際工程接軌，自身的工程化水平也有較大提高，能夠接觸到最前沿的先進(jìn)工程力學(xué)知識，運用到教學(xué)環(huán)節(jié)中，提高了教學(xué)質(zhì)量.

6 結(jié)論

古往今來，人們的日常生活與工程領(lǐng)域的工程力學(xué)知識緊密相連.新時代教育事業(yè)的發(fā)展是推動人才的發(fā)展，只有具備堅實的工程力學(xué)理論基礎(chǔ)，才是合格的工程技術(shù)人才.“回歸工程實踐”與“知行合一”的兩翼驅(qū)動模式，已成為當(dāng)今高校工程力學(xué)實踐教學(xué)研究的新思路.在貫徹新時代“教育強(qiáng)國”的道路上，國家的強(qiáng)盛離不開教育的支撐，教育發(fā)展離不開實踐的支持[10].教學(xué)改革實踐證明，“回歸工程”的火星點燃了實踐教學(xué)的火花，工程實際案例放飛了學(xué)生的思維，力學(xué)競賽激發(fā)了學(xué)生的興趣，實訓(xùn)環(huán)節(jié)開拓了學(xué)生的視野.