應(yīng)用技術(shù)型本科土木類專業(yè)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王振波 于曉明 李潔

摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，作為應(yīng)用型技術(shù)型本科高校，其課程內(nèi)容體系應(yīng)與研究型、應(yīng)用型高校有所區(qū)別。文章首先提出作為應(yīng)用技術(shù)型本科高校采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容體系存在的不足，然后闡述構(gòu)建新型的課程內(nèi)容體系、建設(shè)與體系對(duì)應(yīng)的課程教學(xué)資源、運(yùn)用合適的課程教學(xué)方法等教學(xué)改革與實(shí)踐，最后總結(jié)應(yīng)用上述教學(xué)改革與實(shí)踐帶來(lái)的成效。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué);課程內(nèi)容體系;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）52-0109-03

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，與后續(xù)的專業(yè)課有著重要的聯(lián)系，如：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)，是結(jié)構(gòu)工程碩士研究生入學(xué)考試必考的一門專業(yè)課，同時(shí)也是學(xué)生普遍反映難學(xué)的一門課程。期末考試不及格率偏高，研究生入學(xué)考試分?jǐn)?shù)偏低，這是各個(gè)普通高校普遍存在的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)于應(yīng)用技術(shù)型本科高校尤其嚴(yán)重，其原因有生源的問(wèn)題，當(dāng)然更重要的是普通高校普遍采用著與研究型或是應(yīng)用型高校相近的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容體系。

作為一所應(yīng)用技術(shù)型本科高校，采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容體系存在如下問(wèn)題：一是統(tǒng)一的培養(yǎng)模式和課程內(nèi)容，不適合學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展和多樣化需求;二是經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)課程過(guò)于重理論及公式推導(dǎo)，其內(nèi)容偏難，與工程實(shí)際的結(jié)合不夠緊密;三是作為專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程缺少相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師的實(shí)踐能力相對(duì)薄弱，學(xué)生缺少培養(yǎng)實(shí)踐能力的途徑。基于以上原因，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程應(yīng)進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，依據(jù)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)方案的要求構(gòu)建新的課程內(nèi)容體系，制定教學(xué)大綱，建設(shè)課程教學(xué)資源，運(yùn)用合適的教學(xué)方法、手段和評(píng)價(jià)體系，開展理論與實(shí)踐相融合的面向工程實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)實(shí)踐。以下著重從構(gòu)建課程內(nèi)容體系、建設(shè)課程教學(xué)資源、運(yùn)用合適的教學(xué)方法三個(gè)方面重點(diǎn)說(shuō)明教學(xué)改革與實(shí)踐的做法。

一、構(gòu)建新型的課程內(nèi)容體系

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容體系單一，對(duì)于培養(yǎng)哪一類學(xué)生的目標(biāo)不明確。采用統(tǒng)一的培養(yǎng)模式不適合學(xué)生多樣化的需求。根據(jù)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)方案，團(tuán)隊(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程進(jìn)行了重新規(guī)劃，構(gòu)建了“基本+提升”的課程內(nèi)容體系。如此既能達(dá)到一線土木類應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，又能滿足學(xué)生自身能力提升的需求。該體系由三個(gè)模塊構(gòu)成（見圖1），即結(jié)構(gòu)力學(xué)（基礎(chǔ)）模塊、結(jié)構(gòu)力學(xué)選修（理論提升）模塊和結(jié)構(gòu)力學(xué)專題講座（工程應(yīng)用）模塊。

（一）結(jié)構(gòu)力學(xué)

在同一時(shí)間段為全體土木類專業(yè)學(xué)生開設(shè)，按照“應(yīng)用為主、夠用為度”的要求。內(nèi)容側(cè)重于結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，以達(dá)到能夠解決工程中量大面廣的一般性力學(xué)問(wèn)題的目標(biāo)，并為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在滿足培養(yǎng)方案要求的同時(shí)，以應(yīng)用為導(dǎo)向，化繁為簡(jiǎn)，以滿足應(yīng)用技術(shù)型本科的教學(xué)要求。

（二）結(jié)構(gòu)力學(xué)選修

為有更高要求的學(xué)生開設(shè)，理論提升模塊可以讓學(xué)生在深刻理解基本概念的基礎(chǔ)上綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，靈活而熟練地求解綜合性和難度較高的結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題。本模塊設(shè)置為選修內(nèi)容，由學(xué)生按個(gè)人需要選擇。內(nèi)容方面涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算原理、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，同時(shí)補(bǔ)充矩陣位移法、結(jié)構(gòu)的極限荷載、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算等專題，側(cè)重于靈活性、技巧性的運(yùn)用和解決復(fù)雜問(wèn)題的方法，學(xué)生通過(guò)選修該模塊進(jìn)一步提升知識(shí)和能力。

（三）結(jié)構(gòu)力學(xué)專題講座

側(cè)重于解決工程實(shí)際當(dāng)中的力學(xué)問(wèn)題，研究生考試中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目中知識(shí)運(yùn)用能力提升的問(wèn)題，如：針對(duì)工程中常見力學(xué)問(wèn)題處理的專題講座，針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)考研題目的重點(diǎn)、難點(diǎn)解析的專題講座，面向省級(jí)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專題講座和大創(chuàng)項(xiàng)目涉及的力學(xué)知識(shí)的專題講座等。專題講座既有每年固定內(nèi)容的講座，也應(yīng)有根據(jù)熱點(diǎn)問(wèn)題臨時(shí)開設(shè)的專題講座。

原有的課程內(nèi)容體系單一，統(tǒng)一的教學(xué)模式滿足不了學(xué)生個(gè)性化的需求，新型課程內(nèi)容體系提出“基本+提升”為培養(yǎng)模式，課程內(nèi)容體系分為三個(gè)模塊，分層次、分時(shí)間開設(shè)，將有效的課內(nèi)時(shí)間充分應(yīng)用于基礎(chǔ)知識(shí)的講解，同時(shí)利用選修課以及課余時(shí)間開展專題講座，使學(xué)生的知識(shí)和能力得到提升，這種課程內(nèi)容體系革新了原有課程體系一刀切的粗放型教育，直面學(xué)生的基礎(chǔ)差異、個(gè)性差異與需求差異，這樣既能夠保證教育資源的充分利用，又能夠使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)模塊的選擇滿足多樣化的需求。

二、建設(shè)豐富的課程教學(xué)資源

根據(jù)新型結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容體系，教學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了課用教材、學(xué)習(xí)資料和網(wǎng)絡(luò)資源等教學(xué)資源的建設(shè)，豐富的課程教學(xué)資源方便了教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)，并取得了顯著的效果。

（一）課用教材

經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教材“重理論、輕應(yīng)用”，與專業(yè)課程的結(jié)合不夠緊密，團(tuán)隊(duì)主編的教材《結(jié)構(gòu)力學(xué)》采用了“主題引導(dǎo)、基本內(nèi)容、內(nèi)容小結(jié)，聯(lián)系實(shí)際”的結(jié)構(gòu)體系。教材以“應(yīng)用為主、夠用為度”為原則，編寫應(yīng)用技術(shù)型本科《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教材的內(nèi)容時(shí)，特別注重課程體系的系統(tǒng)性。在闡述知識(shí)點(diǎn)時(shí)，特別注重突出其可讀性、應(yīng)用性、實(shí)用性。根據(jù)“夠用為度”的原則，有的知識(shí)是一帶而過(guò)。比如“簡(jiǎn)支梁的絕對(duì)最大彎矩”這一知識(shí)點(diǎn)，由于其僅比跨中截面的最大彎矩稍大一些（5%以內(nèi)），在設(shè)計(jì)時(shí)常用跨中截面的最大彎矩代替，因此不用去講述它的具體計(jì)算，點(diǎn)到即可，且不影響實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到繁簡(jiǎn)適度。

結(jié)構(gòu)力學(xué)是專業(yè)基礎(chǔ)課，基于后續(xù)專業(yè)課程的要求，教材重點(diǎn)說(shuō)明了知識(shí)點(diǎn)與后續(xù)課程的聯(lián)系，例如：在每章概述和小結(jié)部分注明本章知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和與后續(xù)課程的關(guān)系，在例題中運(yùn)用從工程實(shí)例當(dāng)中抽象出來(lái)的結(jié)構(gòu)模型，與專業(yè)緊密結(jié)合，使學(xué)生能夠更直觀地去感受，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，鍛煉了處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

（二）學(xué)習(xí)資料

教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫了與教材配套的學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和習(xí)題集，制作了方便學(xué)生自學(xué)的多媒體課件，學(xué)習(xí)指導(dǎo)書明確提出了每章的學(xué)習(xí)目的、要求和基本知識(shí)點(diǎn);然后對(duì)該章的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了深入淺出的解析，這不但可以幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，而且還在有些地方豐富了教材的內(nèi)容;最后附上該章的各種類型的練習(xí)題，以加深對(duì)知識(shí)的理解、熟練解析方法和步驟。自學(xué)的多媒體課件是講課用多媒體課件內(nèi)容的豐富版，學(xué)生可以利用手機(jī)隨時(shí)隨地地進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，在真實(shí)地還原課上情景的同時(shí)，極大地方便了學(xué)生學(xué)習(xí)。

（三）網(wǎng)絡(luò)資源

建成了結(jié)構(gòu)力學(xué)精品課程，課程資源包括課程信息、基本資源、教學(xué)錄像、網(wǎng)上答疑、趣味專題和考研專題等板塊。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程資源查找資料、進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，可以快捷地獲取大量的課程信息。在滿足基礎(chǔ)教學(xué)要求的同時(shí)，開設(shè)了“趣味專題”板塊，以達(dá)到寓教于樂(lè)和知識(shí)拓展的目的，開設(shè)了“考研專題”板塊，以達(dá)到知識(shí)拓展等目的。

經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)資源一般適用于研究型本科，內(nèi)容重理論、輕應(yīng)用，其內(nèi)容的深度、難度和廣度偏大，與專業(yè)的結(jié)合不夠緊密，不適合應(yīng)用技術(shù)型本科教學(xué)。編寫內(nèi)容精練、通俗易懂、注重銜接、聯(lián)系實(shí)際的教材，對(duì)課程內(nèi)容的深度、難度和廣度都進(jìn)行調(diào)整，精練內(nèi)容，同時(shí)又保持結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)體系的系統(tǒng)性，內(nèi)容的設(shè)置重視基本概念、基本原理的講解，闡述詳細(xì)易懂，使學(xué)生更容易接受，配合其他學(xué)習(xí)資料和網(wǎng)絡(luò)資源等才能適應(yīng)應(yīng)用技術(shù)型本科教學(xué)的要求。

三、運(yùn)用合適的課程教學(xué)方法

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)是以課堂教學(xué)為中心、以理論教學(xué)為核心的授課內(nèi)容，教學(xué)中缺乏聯(lián)系后續(xù)課程與工程實(shí)際的內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)存在一定的盲目性，不能完全適應(yīng)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的需要。教學(xué)實(shí)踐中貫徹了“分層次、精基礎(chǔ)、重訓(xùn)練、強(qiáng)應(yīng)用”的教學(xué)主線的教學(xué)方法，采用了“講授法、討論法、案例法、探究法”等多種教學(xué)方式。

（一）貫徹了“分層次、精基礎(chǔ)、重訓(xùn)練、強(qiáng)應(yīng)用”的教學(xué)主線的教學(xué)方法

在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的自身需求，合理安排教學(xué)內(nèi)容，實(shí)行分層次教學(xué)。將課程內(nèi)容劃分為三個(gè)層次：第一個(gè)層次是基本知識(shí)層次，是所有學(xué)生要掌握的內(nèi)容;第二個(gè)層次是提高分析能力層次，是有深造需要的學(xué)生要掌握的內(nèi)容;第三個(gè)層次是綜合應(yīng)用層次，是學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、學(xué)有余力的學(xué)生要掌握的內(nèi)容。

課堂授課中多數(shù)課時(shí)采用純板書的教學(xué)手段，這種教學(xué)手段能夠放慢授課節(jié)奏，加強(qiáng)基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)。授課過(guò)程中講解大量的例題，課后以書面習(xí)題、習(xí)題討論以及網(wǎng)絡(luò)作業(yè)等多種形式加強(qiáng)學(xué)生的訓(xùn)練。另外，注重課外答疑、學(xué)生反饋，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生中普遍存在的問(wèn)題。

積極組織開展課外結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，如：江蘇省大學(xué)生土木工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽、校級(jí)“讓雞蛋飛”新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，開展專題講座等，搭建了理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的平臺(tái)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，重視了學(xué)生對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（二）結(jié)合了“討論法、案例法、練習(xí)法、探究法”多種教學(xué)方法

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)是以課堂教學(xué)為中心、以理論教學(xué)為核心的授課內(nèi)容，教學(xué)方法主要以“講授法”為主，教師講、學(xué)生聽，學(xué)生大部分時(shí)間只能被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)存在一定的盲目性，不能完全適應(yīng)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的需要。

實(shí)際教學(xué)中，教師除了適當(dāng)增加分析討論課之外，還在結(jié)構(gòu)力學(xué)精品課程的網(wǎng)絡(luò)資源上設(shè)置討論專題。另外，大量地提煉現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)發(fā)生的典型案例，讓學(xué)生把自己納入案例場(chǎng)景，通過(guò)師生互動(dòng)，一起分析和討論，解決案例中的力學(xué)問(wèn)題，了解結(jié)構(gòu)力學(xué)理論與實(shí)際工程的聯(lián)系，使學(xué)生明確了學(xué)習(xí)的目的，提高了對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的特點(diǎn)是要多練習(xí)、多訓(xùn)練。課上課下、線上線下都會(huì)留有一定的習(xí)題、測(cè)試來(lái)夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)理論。在參加省級(jí)土木工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽、校內(nèi)的“讓雞蛋飛”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中，啟發(fā)學(xué)生的思維，讓其思考其中的力學(xué)原理、力學(xué)規(guī)律，從而探究新的結(jié)構(gòu)模型。另外，結(jié)合大量的工程實(shí)際案例，搭建理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生積極探究工程中力學(xué)問(wèn)題的熱情。

一直以來(lái)，結(jié)合工程實(shí)際和培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)被認(rèn)為是專業(yè)課教師的事情，專業(yè)基礎(chǔ)課教師只注重概念、原理及方法的講解。通過(guò)上述教學(xué)方法的改革與實(shí)踐配合結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)為學(xué)生開設(shè)考研講座，工程中的力學(xué)問(wèn)題和用力學(xué)原理解決工程實(shí)際問(wèn)題等講座強(qiáng)化了應(yīng)用的概念，更新了理解，鍛煉了隊(duì)伍，同時(shí)增加了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的途徑。

四、總結(jié)

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容體系與應(yīng)用技術(shù)型本科高校的培養(yǎng)目標(biāo)不能相互匹配，存在諸多問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)建新型的課程內(nèi)容體系、建設(shè)與新型的課程內(nèi)容體系配套的課程教學(xué)資源，既能達(dá)到一線土木類應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，也能滿足學(xué)生個(gè)性化和多樣化的需求。通過(guò)運(yùn)用合適的課程教學(xué)方法，增加了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的途徑，提高了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，同時(shí)也增強(qiáng)了教師的工程意識(shí)，鍛煉了教學(xué)團(tuán)隊(duì)。從2013級(jí)土木類專業(yè)學(xué)生開始落實(shí)教學(xué)改革與實(shí)踐，從連續(xù)幾屆學(xué)生的使用情況可以看出：落實(shí)前，學(xué)生聽不懂、不會(huì)做，期末考試出現(xiàn)大面積不及格的情況;落實(shí)后，學(xué)生普遍反映“結(jié)構(gòu)力學(xué)沒有想象的那么難了，沒有那么枯燥乏味了”，期末考試成績(jī)的不及格率逐年下降，考研的平均成績(jī)連年遞增，學(xué)生在校級(jí)以上力學(xué)和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)類大賽中屢獲嘉獎(jiǎng)，工程應(yīng)用能力也得到了較大提升。綜上，基于應(yīng)用技術(shù)型本科土木類專業(yè)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐取得了顯著的成效。

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