地方院校土建類專業(yè)力學系列 課程教學體系改革與實踐

郇筱林 王崇革 戴素娟

摘要：力學系列課程是土建類專業(yè)的主干課程，也是重要的專業(yè)基礎課。文章分析了目前地方院校土建類專業(yè)力學系列課程教學體系存在的問題，提出力學系列課程“三模塊、三層次”的教學體系改革思路。實踐證明，這種模塊化、層次化的課程教學體系，符合地方院校培養(yǎng)應用型人才的要求，具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：力學系列課程;三模塊;三層次;教學體系改革;地方高校

中圖分類號：G6420;TU43?文獻標志碼：A?文章編號：1005?2909（2019）03?0068?05

力學系列課程是土建類專業(yè)的專業(yè)基礎課程，是土建類專業(yè)技術基礎課程的主線，在土建類專業(yè)教學中起著承上啟下的重要作用。該系列課程上承高等數(shù)學、線性代數(shù)、大學物理等基礎課程，下啟鋼筋混凝土結構、建筑材料、鋼結構等專業(yè)課程。力學系列課程的學習直接影響后續(xù)專業(yè)課程的教學質量，而且力學課程與工程實際有著密切的聯(lián)系，既可以是后續(xù)課程的力學基礎，又可以直接應用于工程的力學分析，在培養(yǎng)學生的科學素質、創(chuàng)新能力及解決實際工程問題能力方面有著其他課程所不能替代的特殊作用。因此，力學系列課程的教學是土建類專業(yè)教學工作的基本支撐點，抓好了力學系列課程的教學就抓住了土建類專業(yè)人才培養(yǎng)質量的關鍵。

經過專業(yè)調整以后，高等院校將原來的建筑工程、地下工程、巖土工程等8個專業(yè)合并為“大土木”專業(yè)，也就是土建類專業(yè)。以培養(yǎng)應用型人才為主的地方院校也常常將本校的一些特色自設專業(yè)歸屬為土建類專業(yè)。以山東科技大學為例，土建類專業(yè)就包含建筑工程、巖土工程、城市地下空間工程、礦山建筑工程、道路與橋梁工程、水利水電工程、工程管理等7個專業(yè)方向。對這種多方向的土建類專業(yè)，既需要有統(tǒng)一的專業(yè)課程平臺，又需要非統(tǒng)一的平臺課程教學內容。因此，不同方向課程體系的建設特別是力學系列課程教學體系建設需要不斷完善，才能適應市場對人才培養(yǎng)的要求。

一、力學系列課程教學體系存在的問題

多年來，力學系列課程學時多，時間長，相互獨立，內容重復，體系欠緊密，內容融合不夠，教學效果不理想，歸結起來主要有以下幾方面的問題。

（一）每門課各自獨立，課程體系難以形成有機整體

長期以來，力學系列課程的主干課程如理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學、流體力學、土力學等，各門課程的任課教師歸屬于不同的教學系所或教研室，以致每門課程教學各自獨立，彼此之間缺乏交流，片面強調單門課程的重要性，注重單門課程知識的完整性，課程相互之間知識割裂，弱化了整體知識結構體系的連貫性和完整性。特別是不同的專業(yè)方向，對各個方向所需具備的整體力學知識體系的把握與單門課程的知識分布缺少統(tǒng)籌，難以形成有機整體。

（二）課程內容既重復又缺乏聯(lián)系，課程體系不緊密

傳統(tǒng)的力學系列課程教學體系過于強調各門課程的系統(tǒng)性，以致出現(xiàn)個別內容重復，而且課程之間缺少相互的滲透融合，缺乏必要的銜接，導致很多內容脫節(jié)，甚至出現(xiàn)對同一原理或知識點的敘述不夠一致。例如，理論力學課程中單自由度體系的振動理論在結構力學課程里都有講述;梁的支座約束及支座反力的計算等內容，在理論力學和材料力學課程里重復講授;材料力學課程中計算桿件的內力以及計算位移的單位荷載法，與結構力學課程中的靜定結構內力計算和結構位移計算內容重復[1];結構力學課程中的矩陣位移法在有限單元法與程序設計中也有重復講授;材料力學課程中的壓桿穩(wěn)定理論與結構力學課程中的結構穩(wěn)定性內容既重復又缺乏聯(lián)系;材料力學課程中超靜定結構的計算部分在結構力學課程中也有講授，而且方法要比材料力學課程中的簡潔得多。再如，許多地方院校，由于材料力學和結構力學課程任課教師往往不屬于同一學院，在講授材料力學彎矩圖的畫法時，因為材料力學是以單個桿件作為研究對象，往往是把正的彎矩畫在桿軸的上方，而結構力學是以桿件組成的結構為對象，常常是彎矩畫在受拉側。

上述課程內容上的重復和脫節(jié)，原因在于課程體系缺少統(tǒng)籌優(yōu)化。一方面，就教師而言，課程學時本來就十分有限，但還要重復講授，浪費學時，以致影響課程教學效率和效果;另一方面，就學生而言，既要重復聽講相同的內容，還要面對同一內容不同的解題思路和方法帶來的困惑，必然影響學生對知識點的理解和掌握，進而影響學生的學習積極性。

（三） 課程內容、教學方法與工程技術發(fā)展不同步

隨著經濟的發(fā)展，科技的進步，現(xiàn)代工程技術特別是土木工程技術也有了飛速發(fā)展。目前，土建類專業(yè)技術基礎課程主線的力學系列課程，無論是課程內容還是教學方法都存在與工程技術發(fā)展不同步的問題。

（1）在教學內容上，偏重于傳統(tǒng)的經典理論教學，對經典力學理論介紹得過深過細。隨著新材料、新技術、新結構的不斷出現(xiàn)，與之相應的新理論卻難以在現(xiàn)有教材中找到，教學內容陳舊滯后，有的甚至與后續(xù)課程的專業(yè)規(guī)范不適應。比如材料力學課程中關于桿件的設計和校核的內容，采用安全系數(shù)法，而這種方法在后續(xù)的鋼結構等許多結構設計規(guī)范中早已被淘汰了，教學內容與新的工程科學理論顯然不同步。

（2）在教學方法上，傳統(tǒng)力學課程教學注重傳授知識和技能，不注重工程的應用，學生只是學到了理論知識，在利用力學原理進行分析的時候，由于缺乏工程背景和工程意識，解決實際問題的能力比較差，也不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。另外，傳統(tǒng)的力學教學，更注重定量分析，而忽略定性分析。隨著電子計算機的廣泛應用，工程計算中手算地位降低，電算得到普及。對電算分析的結果進行定性分析，從而對工程問題有一個總體把握顯得尤為重要。

二、基于“三模塊、三層次”的力學系列課程教學體系改革實踐

鑒于地方高校土建類力學系列課程存在的以上問題，筆者及課題組的成員結合山東科技大學省級精品課程結構力學、材料力學、巖石力學、彈性力學和土力學的建設情況，以及山東省教學改革項目，對力學系列課程教學體系進行了整合研究，提出了基于“三模塊、三層次”的力學系列課程教學體系改革方案，即把力學系列課程進行全面優(yōu)化組合，重新搭建課程結構，形成三大模塊，即基礎模塊、工程基礎模塊和專業(yè)模塊;又根據不同專業(yè)方向的要求，形成三個層次，即通用層次、專業(yè)層次和擴展層次，供不同專業(yè)方向選擇。

（一）內容整合，重視內容交叉，避免重復脫節(jié)

拋棄傳統(tǒng)的狹義力學課程概念，改變課程相互獨立的狀況，對土建類專業(yè)力學系列課程進行全面的優(yōu)化組合，重新組織課程結構。首先將結構力學、材料力學和理論力學課程作為基礎模塊，并將其內容重新整合，分成若干個知識單元;再將各知識單元按照不同專業(yè)方向的需求，歸屬不同的層次，供不同專業(yè)方向選擇，這樣各專業(yè)學生就能按需選擇課程。比如理論力學課程運動學部分學時較多，內容也繁雜，但是除了水利水電專業(yè)，其他專業(yè)往往并不需要涉及這部分內容，完全可以進行優(yōu)化處理。其次將土力學、流體力學、結構動力學和巖石力學課程作為工程基礎模塊，彈性力學、有限單元法與程序設計等課程作為專業(yè)模塊，每個模塊的內容又分不同的層次（具體見表1）。模塊的劃分主要與培養(yǎng)方案的要求相適應，同時根據模塊位置來安排課程先后關系，基礎模塊是為后續(xù)專業(yè)課程學習做準備的，必須安排在專業(yè)課程之前，工程基礎模塊和專業(yè)模塊跟專業(yè)課可以同時開設，但各專業(yè)應根據需要有選擇地開設。而層次的劃分，特別是理論力學、材料力學、結構力學課程按照知識單元來確定，可以保證學生在有限的學時學到專業(yè)需要的力學知識。通用層次是各專業(yè)必修部分，各專業(yè)可根據需要選擇專業(yè)層次里部分或者全部知識單元和課程進行必修，擴展層次則屬于選修部分。例如，建筑工程專業(yè)學生除了通用層次課程外，在專業(yè)層次，對理論力學課程的運動學部分并不需要，工程基礎模塊的巖石力學也不需要，擴展層次課程可作為選修課供學生自行選擇;工程管理專業(yè)，只需要必修基礎模塊和工程基礎模塊的通用層次內容就足夠了。具體到各個專業(yè)，在修訂培養(yǎng)方案的時候可根據模塊、層次的內容進行選擇確定。

為了避免課程各自獨立和

內容的重復

，學校在進行教學大綱修訂時，組織各門課程的負責人和主講教師一起研討各個知識單元或各門課程的具體內容，著重討論內容重復部分的歸屬和內容交叉部分的銜接，以及前后銜接內容在教學中的一致性。根據各門課程學時安排，將單自由度體系的振動理論在理論力學課程振動部分講解，結構力學課程中則不重復講解;梁的支座約束及支座反力在理論力學課程講解，材料力學課程中不再重復;計算內力、位移的單位荷載法和超靜定結構內力計算在結構力學課程中講解，材料力學課程中的相應內容則作刪除;壓桿穩(wěn)定計算在材料力學課程中講解，結構力學課程中不再重復;原結構力學矩陣位移法的內容并入有限單元法與程序設計課統(tǒng)一講述。通過調整既避免了課程內容的重復和脫節(jié)，又注重了內容的交叉協(xié)調。

（二）刪除陳舊過時內容，補充先進科技成果資料

力學系列課程教學內容要適應新的工程工藝和工程技術發(fā)展的需求，及時刪除陳舊過時的內容，增補最新的專業(yè)信息，特別是補充先進科技成果方面的內容。即使那些在歷史上曾經發(fā)揮過重要作用但是在實踐中已基本不用的理論和方法，該淘汰的也要淘汰，代之以比較成熟的、有影響力的先進科技成果。比如刪除圖解法，除了講解數(shù)解法計算，應引入結構力學求解器進行計算;再比如淘汰材料力學壓桿穩(wěn)定設計部分桿件穩(wěn)定設計校核的安全系數(shù)法，用與后續(xù)專業(yè)課程相銜接的穩(wěn)定系數(shù)法取而代之。配合力學課程的課堂教學，安排講座或討論課，介紹最新工藝和技術的信息，比如與力學系列課程有關的現(xiàn)代科學技術的具體應用、學科發(fā)展動態(tài)等，以培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣。在教學改革中學校開設了由多個教師共同講授的力學與現(xiàn)代工程、力學導論、計算結構力學、現(xiàn)代力學進展、結構優(yōu)化設計等課程，供各個專業(yè)的學生選修。這種講座形式的選修課，一方面可以擴大學生的知識面，培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣;另一方面也能進一步深化和豐富力學課程的課堂內容，同時對有志報考研究生繼續(xù)深造的學生，能培養(yǎng)其科學研究思想，增強其科學研究的信念。

（三）改進教學方法和手段，與工程技術發(fā)展協(xié)調一致

適應地方高校應用型人才培養(yǎng)的要求，改革力學課程的教學方法。力學課程教學既要注重傳授知識，更要注重知識的后續(xù)應用，這就要求教師在講授理論、例題或者布置習題時，應與工程實例相結合，講清楚其中的來龍去脈，便于學生理解和掌握。在教學輔助設施上，學校結合精品課程建設，已建立了省級精品課程網站（有結構力學、材料力學、彈性力學、土力學、巖石力學課程），作為學生課下輔助學習的系統(tǒng)平臺;開設理論力學求解器[2]和結構力學求解器上機實習課;建立結構模型室，方便教師講課和學生使用。在教學手段上，合理使用多媒體教學[3]，擴大知識量，并將大量工程實例搬上大屏幕，提高教學效果。

三、結語

作為土建類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程，力學系列課程應適應新時期人才培養(yǎng)的要求，對課程教學體系的研究和改革不僅必要而且也非常重要。通過以上模塊化、層次化的教學體系改革實踐，學生對知識的理解和掌握程度都有所提高，效果明顯。但是力學系列課程教學體系的建設，是一項長期和艱巨的任務，需要廣大力學課程教育工作者深入研究和實踐。

參考文獻：

[1]丁克偉. 土建類力學課程一體化方案設想[J].合肥工業(yè)大學學報：社會科學版，2004，18（6）：48-50.

[2] 洪嘉振. 基礎力學系列課程教學改革成果的精品化[J].中國大學教學，2004（3）：18-20.

[3] 郇筱林，戴素娟. 多媒體在結構力學教學中的合理使用[J].力學與實踐，2011，33（6）：91-93.

Reform and practice of teaching system for mechanics

series courses of civil engineering specialty in local universities

HUAN Xiaolin，WANG Chongge，DAI Sujuan

（School of Civil Engineering and Architecture ， Shandong University of

Science and Technology， Qingdao 266590， Shandong， P. R .China）

Abstract：

Mechanics series courses are main courses and important professional basic courses of civil engineering specialty. This paper analyzes the current existing problems on teaching system in mechanics series courses of civil engineering specialty in local institutions and put forward the teaching system reform thinking of“three modules， three levels” for mechanics series courses. Practices have proved that the modular， hierarchical course teaching system is importance to adapt to the request of applied talents training in local colleges and universities.

Key words：mechanics series courses; three modules; three levels; teaching system reform; local colleges and universities