土木工程專業(yè)理論力學(xué)線下教學(xué)改革探索研究

馮昭君

(四川文理學(xué)院 建筑工程學(xué)院,四川 達(dá)州 635000)

理論力學(xué)是一門工科專業(yè)必開的基礎(chǔ)課程,理論邏輯性比較強,是機械類、土木工程、水利工程、電力等專業(yè)必修的課程.在土木工程專業(yè)中,理論力學(xué)課程為后續(xù)學(xué)習(xí)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈塑性力學(xué)及部分專業(yè)課奠定基礎(chǔ),這門課程的教學(xué)效果好不好將會影響學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量.目前隨著人才培養(yǎng)方案的不斷修訂,理論力學(xué)的課時不斷被壓縮,而后續(xù)課程的學(xué)習(xí)對理論力學(xué)的掌握程度要求不降反升,這對理論力學(xué)課程的教學(xué)提出了更高的挑戰(zhàn).因此,土木工程專業(yè)的理論力學(xué)教學(xué)迫切需要進(jìn)行改革優(yōu)化,來適應(yīng)當(dāng)下新時代土木專業(yè)復(fù)合型人才、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo).

1 理論力學(xué)教學(xué)目前存在的問題

1.1 教材設(shè)計針對性不明確

理論力學(xué)是機械工程和土木工程的專業(yè)基礎(chǔ)課,其內(nèi)容包括三大部分：靜力學(xué)部分、運動學(xué)部分,動力學(xué)部分.目前現(xiàn)有的理論力學(xué)教材涵蓋了兩個專業(yè)的全部內(nèi)容,這樣造成學(xué)習(xí)內(nèi)容的編排上沒有考慮不同專業(yè)的需求.如靜力學(xué)部分,對于土木專業(yè)的學(xué)生來說,約束與約束反力的計算、靜力平衡的計算與建筑結(jié)構(gòu)息息相關(guān),需要重點去講解,桁架的內(nèi)力計算能為材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ),但是對機械專業(yè)的學(xué)生來說,應(yīng)更側(cè)重講授徑向軸承、止推軸承的受力分析,對于桁架的內(nèi)力計算可以略講；關(guān)于運動學(xué)部分,對土木學(xué)生的授課可以一帶而過,而對機械專業(yè)的學(xué)生應(yīng)著重講解.另外教材中包含的例題及習(xí)題大多是機械方面的,土木工程方面的的內(nèi)容、練習(xí)題及例題較少且不深入,導(dǎo)致學(xué)生對知識點的理解不到位,掌握不牢,容易引發(fā)學(xué)生厭學(xué)情緒.

本課程對學(xué)生的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)要求比較高,現(xiàn)有教材內(nèi)容也偏重理論研究,有比較多的公式推導(dǎo),對于應(yīng)用型本科高校學(xué)生來說難度較大.

1.2 教學(xué)課時縮減

各高等院校使用的《理論力學(xué)》教材各不相同,但教材內(nèi)容基本相同,三大基本內(nèi)容之間在層次結(jié)構(gòu)和知識點上都存在邏輯關(guān)聯(lián),從而構(gòu)成理論力學(xué)這門課程體系,形成一個有機的整體.[1]但隨著高校教學(xué)體制的不斷改革,公共、基礎(chǔ)學(xué)科不斷增多,特色學(xué)科不斷涌現(xiàn),教學(xué)課時的縮減“在劫難逃”.如我校近年來實施“322”大思政工作體系,在專業(yè)課程中要融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、社會主義核心價值觀等教育,加強了思政基礎(chǔ)課程課時,導(dǎo)致本課程教學(xué)課時縮減至64學(xué)時.該課程內(nèi)容繁多且各知識點間前后存在邏輯關(guān)聯(lián),若只是通過減少教學(xué)內(nèi)容的方式,來達(dá)到縮減課時的教學(xué)效果,是極其困難的.這種簡化方式只會導(dǎo)致這門課程失去其完整性與嚴(yán)謹(jǐn)性.

1.3 教學(xué)內(nèi)容與工程實踐聯(lián)系不夠緊密

理論力學(xué)是一門邏輯性強、理論體系嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,教學(xué)內(nèi)容繁多,理論抽象,定理公式多.教材中的例題和練習(xí)題的選用很大程度會體現(xiàn)出教學(xué)內(nèi)容與工程實踐聯(lián)系是否緊密.而教材上大多例題和練習(xí)題采用的是已經(jīng)簡化過的抽象化力學(xué)模型,與工程實際脫節(jié),不直觀,導(dǎo)致學(xué)生對知識點難以領(lǐng)悟理解,不利于培養(yǎng)學(xué)生建模能力與解決問題的能力.另外,理論力學(xué)缺乏實驗教學(xué),使得學(xué)生在學(xué)習(xí)理論力學(xué)時缺乏直觀認(rèn)識,更增加了學(xué)生對知識理解的困難,更不能對知識的實踐應(yīng)用作出直觀、正確的判斷.

1.4 學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不強,教學(xué)效果差強人意

教學(xué)課程的三大主體是課堂、教師和學(xué)生,課堂是教學(xué)活動的載體,教師在課堂中起到引導(dǎo)作用,學(xué)生是課堂的主體,[2]三者必須相互協(xié)同,充分發(fā)揮各自的作用才能保證教學(xué)的順利實施.

通過對2020級土木工程專業(yè)兩個班的理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)情況進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計,統(tǒng)計結(jié)果如下圖1所示.其中只有5%的同學(xué)對該課程很感興趣,掌握的也不錯,50%的同學(xué)對其不“感冒”,學(xué)不進(jìn)去.分析調(diào)研結(jié)果,究其原因有兩方面：一方面理論力學(xué)課程排課一般在大學(xué)第一學(xué)年的下學(xué)期進(jìn)行,高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理兩門基礎(chǔ)課也在同時進(jìn)行,與理論力學(xué)授課內(nèi)容相關(guān)的知識點,學(xué)生掌握得不牢固,基礎(chǔ)不扎實.加之應(yīng)用型本科高校學(xué)生的擴(kuò)招,近幾屆學(xué)生學(xué)習(xí)能力逐漸下降,可能會因為一個簡單的數(shù)學(xué)公式不理解,產(chǎn)生畏難情緒,喪失了繼續(xù)學(xué)習(xí)的動力.另一方面學(xué)生主動性不強,只在上課時聽老師講,課下基本無課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的習(xí)慣,對知識點不能及時消化,久而久之,沒掌握的內(nèi)容越積越多,厭學(xué)的情緒越來越強.

圖1 2020級土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)情況

1.5 教學(xué)手段單一,各學(xué)科教師間聯(lián)系不緊密

教師在教學(xué)過程中,基本采取多媒體+板書的教學(xué)手段,滿堂教師都在講授,學(xué)生被動聆聽,教學(xué)枯燥乏味,沒有發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的主體地位,學(xué)生的參與感低,不利于激發(fā)和提高學(xué)生的積極性.

在應(yīng)用型本科大學(xué),學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊,對知識的接受程度不一樣,導(dǎo)致教師在講授先修課程時只講學(xué)生能接受的知識點,與理論力學(xué)課程授課內(nèi)容相關(guān)的知識點,有時未普及到,等理論力學(xué)授課時,學(xué)生一頭霧水.另外大學(xué)物理課程和理論力學(xué)課程在某些內(nèi)容上是重復(fù)的,因兩位教師所在學(xué)院不同,聯(lián)系不緊密,授課時有相互推諉現(xiàn)象,尤其在理論力學(xué)課時縮減的壓力下,要詳細(xì)地講授理論力學(xué)課程那么多內(nèi)容是極具挑戰(zhàn)的.

2 土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程在教學(xué)方面的改革

目前,理論力學(xué)課程在教學(xué)上出現(xiàn)的各種問題,說明理論力學(xué)的改革刻不容緩.本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行探討改革思路,以找到適合應(yīng)用型本科高校的理論力學(xué)教學(xué)模式.

2.1 合理規(guī)劃教學(xué)課時

關(guān)于理論力學(xué)課程內(nèi)容繁多且課時偏少的現(xiàn)象,對土木專業(yè)的學(xué)生授課時,教學(xué)內(nèi)容的選擇上可以有所側(cè)重.在土木專業(yè)中,理論力學(xué)三大部分中與后修課程緊緊相連的部分是靜力學(xué),所以在授課時可以在此部分進(jìn)行重點講解,盡可能地詳細(xì)、深入.對于運動學(xué)和動力學(xué)部分,可以較少地分配學(xué)時,讓學(xué)生理解基礎(chǔ)知識點,對理論力學(xué)課程的整個理論框架有個清楚的認(rèn)識即可.

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為了把學(xué)生培養(yǎng)成為具有實操能力的土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才,這就要求教師在授課過程中,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,可以刪繁就簡,簡化理論公式的推導(dǎo),注重培養(yǎng)學(xué)生邏輯性思維、分析能力和實踐應(yīng)用能力.表1是我校與他校教學(xué)內(nèi)容及課時分配比例對比表.從表中可看出,我校在學(xué)時分配上,有些顧此失彼.對土木工程專業(yè)而言,應(yīng)著重將靜力學(xué)中物體受力分析、受力分析圖的繪制、平面任意力系的平衡、物體系統(tǒng)的平衡等內(nèi)容進(jìn)行講解,因這部分內(nèi)容是核心、重點,課時分配應(yīng)提高,為后續(xù)課程材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)奠定基礎(chǔ).運動學(xué)部分的速度、加速度的計算及動力學(xué)部分的動量定理、動能定理在中學(xué)物理、大學(xué)物理課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過,此部分內(nèi)容講解時可一帶而過,可分配較少學(xué)時.對于科氏加速度內(nèi)容,其對理論力學(xué)后續(xù)的學(xué)習(xí)及專業(yè)課的學(xué)習(xí)基本無聯(lián)系,可適當(dāng)刪除此部分內(nèi)容.在理論力學(xué)中某些復(fù)雜的公式推導(dǎo),可不需要講解推導(dǎo)過程,如點的速度合成定理,著重強調(diào)怎么運用定理分析問題、解決問題.在例題和習(xí)題的選擇上,注重與建筑工程實踐的聯(lián)系,給學(xué)生留一些想象空間,如講到平面任意力系的平衡問題時,可列舉工程中常見的塔吊,可以分析其工作時的受力情況,這樣的實踐與理論的結(jié)合不僅讓學(xué)生對力學(xué)知識有一個清楚、清晰的認(rèn)知,而且鞏固并加深了學(xué)生對基本知識點的領(lǐng)會與應(yīng)用.

表1 我校與他校教學(xué)內(nèi)容及課時分配比例對比表[3]

2.3 編制具有專業(yè)特色的教材

目前使用的教材是通用性教材,不具有土木工程專業(yè)特色,因此教材的更新相對滯后.隨著專業(yè)的不斷發(fā)展,各專業(yè)應(yīng)有不同的側(cè)重面,通用性教材很難兼顧內(nèi)容的深度和廣度,[4]因此有必要編制一本適宜土木工程專業(yè)需求的專用理論力學(xué)教材.專用教材在內(nèi)容、習(xí)題、例題的選擇上,除了保留經(jīng)典力學(xué)的色彩外,還應(yīng)與土木工程專業(yè)、工程實踐相關(guān).新教材應(yīng)增添工程案例方面的內(nèi)容,這樣不僅可以幫助學(xué)生理解理論知識點,還可以提高學(xué)生建模能力、分析應(yīng)用能力,拓展學(xué)生的思路.并且新教材應(yīng)隨著專業(yè)的不斷發(fā)展,不斷更新,跟上時代步伐,彰顯土木工程專業(yè)特色.

2.4 采用多種教學(xué)方法,提高學(xué)生的主動性

適用的教學(xué)方法對教育質(zhì)量的好壞起到一定的決定性作用.一節(jié)課45分鐘,學(xué)生聚精會神的時間也就20分鐘左右,教學(xué)效果就取決于是否可以在這有限時間內(nèi)最大程度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.傳統(tǒng)的教學(xué)方法,缺乏師生間的互動,應(yīng)探索多元化模式的教學(xué)方法,歸納總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗,找出最適合土木工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法,才能使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)理論力學(xué)課程.對于多元化的教學(xué)方法,可以在教學(xué)過程采用以“多媒體+板書”為主的教學(xué)方式,結(jié)合其它線上的教學(xué)方法,如翻轉(zhuǎn)課堂等,來加強老師與學(xué)生之間的互動交流.在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo),可以利用多媒體與討論式教學(xué)相結(jié)合,將課程內(nèi)容傳輸給學(xué)生.例如理論力學(xué)中運動學(xué)部分的剛體平面運動,此部分內(nèi)容很難用語言表達(dá),學(xué)生也不易理解,此時可以運用多媒體以圖像和視頻的方式直觀地展現(xiàn)給學(xué)生.[5]同時添加“討論”環(huán)節(jié),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情及主觀能動性.為了發(fā)揮學(xué)生的主體性,可以與線上教學(xué)結(jié)合.隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,線上線下混合式教學(xué)、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)方式已經(jīng)興起.這些新型教學(xué)方式可以作為線下教學(xué)的補充和延伸,學(xué)生可以利用課余空閑時間進(jìn)行預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)課程內(nèi)容或者對所學(xué)知識進(jìn)行查漏補缺.此外可以增加實踐教學(xué),如搭配教學(xué)模具、開展力學(xué)試驗,讓學(xué)生通過實際操作把理論知識運用到實踐中,培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維和合作精神.同時也可以通過輔助軟件如ansys建立力學(xué)模型,模擬其受力變形過程,觀察分析其受力特點.

2.5 采用多元化考核方式,精細(xì)化作業(yè)

大部分院校對理論力學(xué)課程的考核基本是期末考試卷面成績加平時成績,兩者比重7：3,期末成績直接決定了學(xué)生是否通過該課程的考核,卷面成績體現(xiàn)學(xué)生的真實水平是有限的,而平時成績大多數(shù)看學(xué)生的出勤率、完成作業(yè)情況,比較片面,很顯然此方式不能真實地把學(xué)生學(xué)習(xí)的實際狀況反映出來.為了得到真實的教學(xué)質(zhì)量反饋,提高學(xué)生的積極性,考核時應(yīng)多注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程,可以將期末卷面成績的比重調(diào)整為50%,平時成績的比重提高至50%.50%的平時成績包括出勤(10%)、作業(yè)(10%)、思考題(10%)、課堂表現(xiàn)(10%)和實驗(10%)五部分,其中出勤可以反映出學(xué)生上課是否積極,作業(yè)是體現(xiàn)學(xué)生課下對課上內(nèi)容的鞏固情況,作業(yè)的布置不局限于傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè),還可以是小組討論作業(yè),以小組合作的方式分工完成,來提高學(xué)生做作業(yè)的參與度和鍛煉學(xué)生的合作能力.思考題代表學(xué)生對課堂的投入程度和課后學(xué)習(xí)情況,此項可以和課堂表現(xiàn)綜合考量,課堂表現(xiàn)實時呈現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),及時給授課教師以反饋,教師以此來調(diào)整授課節(jié)奏.實驗項可以通過力學(xué)模型的建立分析或者參加力學(xué)競賽來評定,此項可以提高學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新思維能力、分析解決問題能力.這樣的多元化考核方式可以更全面的體現(xiàn)學(xué)生的各種素質(zhì),使學(xué)生注重結(jié)果的同時也注重學(xué)習(xí)過程.[6]

結(jié) 論

針對理論力學(xué)課程教學(xué)過程中存在的問題,分析了對其進(jìn)行教學(xué)改革的必要性,提出了改革措施.理論力學(xué)作為一門理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課,在課程體系中起著承上啟下的作用.但隨著社會的發(fā)展,應(yīng)密切結(jié)合課程發(fā)展的需要和學(xué)生的動態(tài),不斷探索理論力學(xué)課程的教學(xué)改革,并不斷地通過教學(xué)實踐來進(jìn)行檢驗,來為國家培養(yǎng)“三心四能五復(fù)合”的復(fù)合型人才.