高職工程力學課程實踐化、層次化教學改革探討

陳 欣，施小明

（黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封 475004）

0 引言

工程力學是道路與橋梁工程技術專業(yè)（以下簡稱“道橋專業(yè)”）的專業(yè)基礎課程，是專業(yè)核心課程的學習基礎， 要求學生理解并掌握工程施工及工程設計中簡單的受力分析與計算的基本原理、方法，能夠增加學生的后續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?但現(xiàn)階段高職學生在學習工程力學時，普遍感覺難學、抽象、沒興趣，學習主動性差，教師在教學時也反映學生基礎差、學習積極性不高、教學效果差［1-2］。為幫助學生更好地理解、掌握工程力學的相關知識和技能，提高課程教學效果，本文在分析道橋專業(yè)工程力學課程教學現(xiàn)狀及存在問題的基礎上， 探討了理論教學與實踐教學相結合的方案，以期對高職工程力學課程教學有所幫助。

1 高職工程力學課程教學現(xiàn)狀分析

高職道橋專業(yè)的工程力學課程分兩個學期進行教學，一般設置在第二學期和第三學期，學時數基本滿足理論教學要求。 盡管工程力學課程在專業(yè)課程體系中有著重要的地位，但筆者通過調研卻發(fā)現(xiàn)，課程教學效果并不令人滿意， 未達到學以致用的教學目標。 總結調研結果， 主要存在以下幾個方面的問題。

1.1 學生的學習現(xiàn)狀

1.1.1 力學難學、抽象，這是學生的共鳴

隨著高校招生規(guī)模不斷擴大， 高職院校的錄取分數線越來越低，學生的學習基礎相對較弱。雖然工程力學的知識點均是從現(xiàn)實生活中簡化、總結、歸納而來，但是，教學內容卻過于理論化，學生難以將所學內容與生活實際相結合， 普遍感覺力學抽象、難學。如，梁的內力求解及剪力圖、彎矩圖的繪制，這是課程教學的重點，在工程領域中應用廣泛，大部分學生卻覺得抽象、不會靈活運用，對實際工程中的梁體受力分析問題無從下手。

1.1.2 缺乏學習主動性，認為力學無用

在調研過程中筆者發(fā)現(xiàn)， 學生學習工程力學課程的主動性較差，能切實做到課前認真預習、課中細心聽課、課后強化復習的學生較少，部分學生甚至出現(xiàn)幾節(jié)課聽不懂后便完全放棄的現(xiàn)象。 大多數學生在學習過程中死記硬背教材中的公式、 例題而不理解，不能學以致用；部分學生對工程力學重要性的認識也不到位， 認為自己畢業(yè)后會成為一名工程施工人員，能看懂圖紙、懂得施工方法即可，用不到力學知識，力學知識學了無用。

1.2 教師的教學現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展， 工程力學課程的教學方法和手段也應不斷改進。但筆者在調研中發(fā)現(xiàn)，大多任課教師的授課方式仍較傳統(tǒng)， 以板書和理論推導為主?？偨Y調研結果，主要存在以下幾個方面的問題。

1.2.1 教學手段單一，相關實驗課程較少

現(xiàn)階段， 工程力學課程大多數任課教師依然采用“板書＋講授”的傳統(tǒng)教學方法，在教學過程中注重對基礎理論、公式推導和習題的講解，忽視對學生理論應用能力的培養(yǎng)，相關實驗課程安排較少，甚至沒有。 學生對教學內容只能被動接受，不愿思考，缺乏實踐創(chuàng)新能力。 這種“填鴨式”的教學模式致使課程教學效果不佳。

1.2.2 以教師為主體，未開展層次化教學

學生應是教學活動的主體， 但工程力學課堂依舊以任課教師為中心開展教學活動， 教師依據課前準備好的教學計劃、教案按部就班地進行教學，學生則按照教師的思路被動學習。 教師制訂的教學方案較少考慮學生的認知水平、接受能力及素質差異，未針對學生的個性、能力、需求進行層次化教學，而是按照統(tǒng)一的教學計劃、教學進度實施教學，導致課堂氣氛沉悶、課堂教學質量不高。

1.2.3 教材內容理論化，缺乏應用性教學項目

現(xiàn)階段， 高職工程力學課程所用教材多是在本科院校土建類專業(yè)所用《理論力學》《材料力學》《結構力學》教材的基礎上經過刪減、組合而成的。 雖然編寫者在編寫教材時對相關理論內容進行了簡化并刪減了學習難度較大的章節(jié)，減少了理論推導，但教材內容大框架并沒有改變， 理論性、 邏輯性依然較強，且缺乏與具體工程實例的銜接融合，忽視了理論應用引導。 這就導致學生不能將所學理論知識向實際應用領域進行遷移， 只會進行已經簡化好的受力圖形分析及計算，不能學以致用。這不利于學生應用能力的培養(yǎng)。

2 基于建構主義學習理論的實踐化、層次化教學改革方案

2.1 基于建構主義學習理論的實踐化教學改革方案

皮亞杰的建構主義學習理論認為： 知識不可能以實體的形式存在于個體之外， 盡管通過語言賦予了知識一定的外在形式，且獲得了較為普遍的認可，但這并不意味著學習者對這種知識有同樣的理解，真正的理解只能由學習者自身基于自己的經驗背景而建構起來，取決于特定情境下的學習活動過程，否則，就不叫理解，而是被動的、復制式的學習，學生掌握的所謂“知識”只是一些抽象的、無意義的符號［3］。筆者試以皮亞杰建構主義學習理論為基礎， 以增強學生情景遷移能力為切入點， 以加強學生對工程力學理論知識的實際應用為主要出發(fā)點， 提出實踐化教學改革方案， 以期能切實提升高職學生運用力學知識解決實際問題的能力。

2.1.1 編寫數字化教材，增強教材實用性

教學團隊針對高職《工程力學》教材理論性強、與工程實際缺乏銜接的問題， 結合高職工程力學課程教學實際，編寫了數字化教材?，F(xiàn)階段，高職《工程力學》 教材中所涉及的工程實例都是用構造示意圖表示的，在構造示意圖的基礎上繪制結構計算簡圖，但構造示意圖在表示結構形體方面的效果不如實物圖片直觀。在數字化教材建設過程中，如能將教材中涉及的工程實例插圖按照 “工程實際圖片→示意圖→計算簡圖”的順序顯示，有助于學生理解理論知識與實際應用之間的聯(lián)系， 完成理論知識的自我建構，從而提升課堂教學效果。對于學生普遍反映的較難理解的知識點，可將其制作成微課，立體呈現(xiàn)理論內容。將與微課對應的二維碼置于教材每一章節(jié)前，學生可在課下通過掃描二維碼的方式輔助學習。 比如，講解梁橫截面上的正應力相關內容時，純理論講解效果不佳， 如果用三維仿真技術將矩形截面模型梁在兩端力偶作用下純彎曲的變形過程做成動畫，直觀地表現(xiàn)梁的受力變化， 將梁的彎曲正應力沿截面高度的線性分布規(guī)律用三維仿真模型表示出來，有助于學生加深對正應力分布規(guī)律的理解。

2.1.2 與實際應用相結合，加強實踐教學環(huán)節(jié)

高職工程力學Ⅱ通常設置在第三學期， 與其他專業(yè)課程同時開設， 可將力學的很多知識點融入到其他專業(yè)課程教學中。比如，橋梁工程施工技術課程中就涉及工程力學中的結構與荷載的簡化、 支座反力的計算、平衡方程的運用、梁內力的計算、彎矩圖和剪力圖的運用等知識點， 但學生并不十分清楚如何運用這些力學知識去解決工程施工中遇到的實際問題，對工程結構中涉及的力學原理也未充分理解。針對此類問題， 可將工程力學Ⅱ的內容分解為4 個模塊，分別是生活中的力學，工程結構形體和鋼筋圖中的力學，施工工藝中的力學及結構問題，工程事故分析。通過學習4 個模塊的內容，學生能夠直觀地感受力學知識在生活中、工程實際中的應用，學會用力學理論定性分析問題，自我建構知識體系，實現(xiàn)對力學理論的應用。 這里以工程結構形體和鋼筋圖中的力學模塊中的某教學內容為例詳細闡述。

圖1、 圖2 分別為某一跨徑為30m 的預應力混凝土T 梁的跨中和橋臺處的斷面圖。 從圖中可以看到， 每片T 梁的跨中和橋臺處的肋板截面是不同的，可從力學角度分析肋板截面不同的原因。

首先，繪制單片T 梁的計算簡圖、彎矩圖和剪力圖，如圖3 所示。

圖1 某預應力混凝土T 梁跨中斷面Fig.1 The middle section of a prestressed concrete T beam span

圖2 某預應力混凝土T 梁橋臺處斷面Fig.2 The abutment section of a prestressed concrete T beam span

圖3 單片T 梁的計算簡圖、彎矩圖和剪力圖Fig.3 Calculation, bending moment and shearing force of a single piece T beam

從剪力圖上可知，T 梁在橋臺處所受剪力最大，在結構設計原理課程中， 由混凝土和箍筋提供的斜截面抗剪承載力公式為：

式中，b 為T 形截面的肋板寬度。由式（1）可知，通過增大T 梁的肋板寬度，可增加截面的抗剪承載力，橋臺處T 梁所受的剪力比跨中大，因此橋臺處T梁的肋板截面也要比跨中的截面大。

這種將力學知識與工程實際相結合的教學方式， 不僅可以讓學生充分認識到力學在實際工程中的應用， 還可以讓學生學會從力學角度去思考工程實際中遇到的問題。

2.2 基于建構主義學習理論的層次化教學改革方案

皮亞杰建構主義學習理論認為： 任何知識在為個體接收之前，對個體來說是沒有什么意義的，教學不能把知識作為預先決定了的東西交給學生， 不要以我們的理解方式作為讓學生接收的理由，而應以他們自己的經驗為背景，來分析、判斷知識的合理性［4］。在該理論的支持下，針對學生的個性差異，教學團隊提出了高職工程力學分層次教學的改革思路。

2.2.1 依據學生差異，進行層次化教學

筆者在調研中發(fā)現(xiàn)，部分學習能力較強的學生并不滿足于?？齐A段的學習， 有進入本科院校繼續(xù)學習的訴求或接受更高層次教育的愿望。 這部分學生學習較為努力，理解接受能力較強，能夠跟上教師的教學節(jié)奏。還有部分學生的學習目標也很明確，就是順利畢業(yè)參加工作。 對這兩部分學生采用統(tǒng)一的教學大綱、教案、進度，講授相同的內容，明顯不符合因材施教和層次化的教學要求。因此，可根據學生的差異情況實施平行班教學，將力學課程內容劃分為必修和選修兩部分［5］。 可將靜力學基礎、力系分析、靜定結構的內力分析、構件強度、剛度及穩(wěn)定性計算等內容作為必修部分，以滿足有就業(yè)需求的學生的學習需要，同時，將超靜定結構計算、影響線等內容作為選修部分，用于滿足有升本及進一步深造需求的學生的學習需要。

2.2.2 突出教學重難點，注重過程考核

為激發(fā)學生的學習主動性，突出教學重、難點，教師可在課前將相關教學資料上傳至智能課堂（筆者所在學校自主研發(fā)的教學平臺），并同時發(fā)布對應的測試題。 學生可借助數字化教材進行課前預習和自我測試， 教師可根據學生的測試數據和資源的下載瀏覽數據全面了解學生的預習情況， 并根據測試結果調整教學計劃，確定課堂授課的重、難點，在課堂教學中有針對性地進行講解。同時，將學生的課前預習及自我測試情況計入平時成績。

現(xiàn)階段，高職工程力學課程大多仍采用“期末考試為主、平時成績?yōu)檩o”的考核方式，學生只需考前突擊，背背重點，即可輕松過關，課堂教學的真實效果無從體現(xiàn)。 針對該問題，教師可在考核工作中充分利用現(xiàn)代信息網絡，加強過程考核。 如，每章節(jié)授課結束后，教師可將對應的所有課前測試題通過智能課堂隨機組卷進行課堂測試，每次測試均合格的學生，其最終考核結果可直接判定為合格，再根據期末考試成績劃分為優(yōu)秀、良好、中、及格等四個等級。 課堂測試3次以內（含3 次）不合格的學生，其最終考核結果以期末考試為準。 課堂測試3 次以上不合格的學生，其最終考核結果則直接判定為不合格。這種注重過程考核的做法能夠較好地激發(fā)學生學習的積極性和主動性，督促他們重視學習過程，不再寄希望于考前突擊。

2.3 教學改革成效分析

根據實踐化、層次化教學改革方案，教學團隊在黃河水利職業(yè)技術學院道橋專業(yè)2018 級學生中進行了試點教學。實踐證明，該改革方案不僅能切實有效地提高工程力學的課堂教學質量， 滿足不同層次學生的學習需求， 也能讓學生充分認識力學知識在工程實際中的應用價值， 學生初步具備利用力學知識解決工程實際問題的能力， 同時也提升了學習的積極性和主動性。該方案真正促進了教學相長，更加注重對學生應用技能的培養(yǎng)，提升了學生畢業(yè)后勝任工作的能力，更好地滿足企業(yè)對應用型人才的需求［6］。 將工程事故分析引入課程教學中， 也可以讓學生認識到力學對工程安全的重要性，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度，樹立他們的責任意識，促使他們形成求真務實的工作作風。

3 結語

綜上所述， 工程力學在高職道橋專業(yè)的課程體系中是一門重要的專業(yè)基礎課，教學團隊針對現(xiàn)階段教學中存在的問題提出的實踐化、 層次化教學改革方案，重視學生對力學理論知識的理解和應用，注重培養(yǎng)學生解決實際問題的能力， 能夠滿足不同層次學生的學習需求。 對高職工程力學課程教學改革的有益探索，有助于培養(yǎng)社會發(fā)展急需的應用型技術技能人才。 但是，高職工程力學課程教學改革是一項長期而艱巨的任務，不可能一蹴而就，需要循序漸進地進行探索，任課教師和教學團隊應不斷總結教學過程中的反饋信息，逐步完善課程教學內容，改進教學方法和手段。