土木工程專業(yè)理論力學(xué)教學(xué)改革

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摘要：理論力學(xué)是土木工程專業(yè)中的一門核心技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容多和課時少、教材針對性差等特點(diǎn)，加上教學(xué)手段單一，學(xué)生普通反映難學(xué)。為提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生積極性，培養(yǎng)其工程實(shí)際應(yīng)用能力，文章在分析土木工程專業(yè)理論力學(xué)在教學(xué)方面存在的問題的基礎(chǔ)上，又探討了理論力學(xué)課程的教學(xué)改革內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè)；理論力學(xué)；教學(xué)改革；工程實(shí)際

理論力學(xué)是土木工程專業(yè)中的一門核心技術(shù)基礎(chǔ)課程。在整個土木工程專業(yè)教學(xué)體系中，理論力學(xué)這門課程擔(dān)負(fù)著承前啟后的作用，它不僅是材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等后繼力學(xué)課程的基礎(chǔ)，而且在整個教學(xué)過程中對培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)也有著非常重要的作用。因此，理論力學(xué)這門課程的教學(xué)，要在確保學(xué)生掌握內(nèi)容和體系的同時，學(xué)會應(yīng)用該理論和方法分析、解決一些簡單的工程實(shí)際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的抽象化能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。理論力學(xué)是主要以伽利略和牛頓總結(jié)的基本定律為基礎(chǔ)，研究物體機(jī)械運(yùn)動一般規(guī)律的科學(xué)，屬于古典力學(xué)范疇[1]。雖然其體系與內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)完善，但隨著高等教育教學(xué)體制的改革與深化，特別是針對土木工程專業(yè)學(xué)生來說，存在教學(xué)學(xué)時偏少、針對性教材缺乏、理論知識與工程實(shí)際聯(lián)系不夠緊密、教學(xué)手段單一等問題，導(dǎo)致課程內(nèi)容枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大，提不起興趣。筆者結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和對土木工程專業(yè)的認(rèn)識，探討了理論力學(xué)課程的教學(xué)改革內(nèi)容。

一、土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程在教學(xué)方面存在的問題

（一）教學(xué)學(xué)時偏少

不同高等院校使用的《理論力學(xué)》教材不盡相同，但基本上都包括靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)三個部分；這三個部分之間在層次結(jié)構(gòu)和知識點(diǎn)上都存在邏輯關(guān)聯(lián)，構(gòu)成理論力學(xué)這門課程體系，是一個有機(jī)的整體[2]。但在高等教育教學(xué)體制的改革下，隨著基礎(chǔ)學(xué)科加強(qiáng)、特色學(xué)科增多，課時不可避免的被壓縮。比如，筆者所在學(xué)校根據(jù)“專結(jié)構(gòu)、懂施工、長材料”人才培養(yǎng)方案特點(diǎn)，加強(qiáng)了與材料方面相關(guān)的學(xué)科，導(dǎo)致土木工程專業(yè)理論力學(xué)教學(xué)學(xué)時被減少到64個學(xué)時。課程內(nèi)容多、知識點(diǎn)存在邏輯關(guān)聯(lián)、體系完整等特點(diǎn)導(dǎo)致很難通過簡單的減少課程內(nèi)容來減少學(xué)時減少所帶來的問題，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。

（二）缺乏針對性教材

理論力學(xué)的教材絕大多數(shù)屬于通用性教材，適用于包括機(jī)械、土建、交通、水利、動力、航空航天等專業(yè)，缺乏專門針對土木工程專業(yè)學(xué)生編制的理論力學(xué)教材。通用性教材的弊端在于部分內(nèi)容、例題及作業(yè)對于土木工程專業(yè)來說不適用。比如，筆者所在學(xué)校理論力學(xué)課程采用的是哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論教研室編的“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，其中包含許多與機(jī)械相關(guān)的例題及作業(yè)，對于沒有一定機(jī)械方面知識儲備的學(xué)生來說學(xué)習(xí)難度極大，而與土木工程專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容和例題不夠全面和深入，導(dǎo)致學(xué)生的時間投入和收獲不成正比，容易引發(fā)學(xué)生厭學(xué)情緒的產(chǎn)生。

（三）理論知識與工程實(shí)際聯(lián)系不夠緊密

理論力學(xué)是一門理論體系嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)的學(xué)科，課程內(nèi)容與工程實(shí)際聯(lián)系是否緊密主要體現(xiàn)在教材的例題和習(xí)題的選用上。但是現(xiàn)階段教材選用的例題和習(xí)題大多是直接給出經(jīng)簡化過的抽象化力學(xué)模型，而缺乏工程實(shí)際案例作為例題，理論知識與工程實(shí)際聯(lián)系不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生難以理解學(xué)習(xí)的目的和意義，也不利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)際問題的建模能力和解決能力。

（四）教學(xué)手段單一

雖然現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段具有直觀性、圖文聲像并茂、動態(tài)性、大信息量大容量等優(yōu)點(diǎn)，能夠在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)板書教學(xué)方式的不足，但由于理論力學(xué)理論性強(qiáng)、公式多、抽象化程度高，致使教學(xué)方式一般采取的均為多媒體結(jié)合板書，從而導(dǎo)致教學(xué)方式單一，學(xué)生參與度低，不利于激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的積極性。

二、土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程在教學(xué)方面的改革

對于土木工程專業(yè)來說，理論力學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上存在諸多的不適應(yīng)性，導(dǎo)致學(xué)生在這門課程上花費(fèi)時間多、學(xué)習(xí)壓力大，存在畏懼心理，學(xué)習(xí)效果差，知識結(jié)構(gòu)和能力掌握情況遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期等問題。因此，筆者根據(jù)對土木工程專業(yè)及理論力學(xué)學(xué)科認(rèn)識，就土木工程專業(yè)理論力學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容和方法上的改革思路進(jìn)行探討，以期找到更好的教學(xué)方式。

（一）合理分配教學(xué)時間

對于課程內(nèi)容多而學(xué)時偏少的問題，就土木工程專業(yè)來說，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)過程中做到有所側(cè)重。理論力學(xué)三大部分中，運(yùn)用最多與后續(xù)課程聯(lián)系最緊密的是靜力學(xué)部分，其次是運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)。因此，在教學(xué)時，教師應(yīng)重點(diǎn)講授靜力學(xué)部分，包括內(nèi)容、思路、知識點(diǎn)邏輯關(guān)聯(lián)、體系及工程運(yùn)用，以達(dá)到盡可能的深入和擴(kuò)展。而對于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)部分，在分配學(xué)時較少的情況下，教師更多地是要引導(dǎo)學(xué)生掌握整個課程理論體系的層次結(jié)構(gòu)，探索知識點(diǎn)的邏輯關(guān)聯(lián)，從而理清課程中不同理論間的脈絡(luò)，讓學(xué)生從總體上對該課程有一個清楚的認(rèn)識。

（二）結(jié)合學(xué)生需求重新編制教材

造成教材缺乏針對性和理論知識與工程實(shí)際聯(lián)系不夠緊密的原因，主要是教材編制上的滯后。隨著專業(yè)領(lǐng)域的不斷細(xì)分，不同的專業(yè)有不同的側(cè)重面，適合多專業(yè)的教材很難做到兼顧廣度和深度，因此，應(yīng)當(dāng)編制完全針對土木工程專業(yè)學(xué)生專用的理論力學(xué)教材。專用教材在例題和習(xí)題選用上，在保留一些經(jīng)典例題與習(xí)題的同時，應(yīng)與土木工程專業(yè)密切相關(guān)，最好能體現(xiàn)專業(yè)的特色并與工程實(shí)際緊密結(jié)合。而且，要跟隨時代進(jìn)步，不斷更新題型，以賦予經(jīng)典力學(xué)時代的色彩，顯示與工程實(shí)際相結(jié)合的魅力[3]。選用工程實(shí)際案例優(yōu)點(diǎn)在于，幫助學(xué)生理解理論知識的同時，加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)用，拓寬思路，給學(xué)生留出充分的想象空間。盡量避免選用抽象化、模型化的題型，這將不利于學(xué)生對相關(guān)知識的理解和應(yīng)用。

（三）采用多種教學(xué)方式

針對以講授為主的單一教學(xué)方式，不利于激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的參與性與積極性的問題，應(yīng)引入更為豐富的教學(xué)方式。教師可以通過工程實(shí)際案例的視頻展示，以探究型教學(xué)的形式，和學(xué)生共同探討實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)造、實(shí)際結(jié)構(gòu)抽象化建模方式，增加學(xué)生的積極性，讓學(xué)生對運(yùn)用理論力學(xué)知識解決實(shí)際工程問題有更深層次的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生對工程的直觀認(rèn)知。例如，在講到靜力學(xué)中平面簡單桁架的內(nèi)力計算時，應(yīng)以實(shí)際工程如桁架橋、廠房桁架屋頂?shù)茸鳛榫唧w例子，制作相關(guān)的視頻給學(xué)生看，并和學(xué)生共同討論桁架結(jié)構(gòu)的實(shí)際構(gòu)造以及連接方式；通過啟發(fā)式教學(xué)方式，讓學(xué)生深入思考面對受力復(fù)雜的實(shí)際桁架結(jié)構(gòu)在求解內(nèi)力的時候，如何考慮主要因素從而將桁架簡化、抽象化為力學(xué)模型，以及計算出結(jié)果和實(shí)際桁架之間的差別。通過從實(shí)際工程到理想化模型再到結(jié)果分析全過程的探討，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，提高學(xué)生對采用理論力學(xué)方法解決工程實(shí)際問題方法的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生積極性，培養(yǎng)其實(shí)際的工程解決及應(yīng)用能力。教師也可以在理論力學(xué)教學(xué)中引入一些簡單的工程計算軟件，通過對例題手算與軟件電算相互驗(yàn)證的方式，激發(fā)學(xué)生的好奇心和積極性，這對培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力很重要。在眾多的工程計算軟件中推薦Maple軟件，該軟件功能多，易于掌握，學(xué)生可以在課余時間通過自學(xué)掌握基本功能，就可以應(yīng)用于理論力學(xué)問題的求解[4]。

三、結(jié)語

為培養(yǎng)土木工程專業(yè)人才，針對土木工程專業(yè)理論力學(xué)在教學(xué)內(nèi)容和方法上存在的一些問題，需要對理論力學(xué)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革。筆者針對傳統(tǒng)教學(xué)存在教學(xué)學(xué)時偏少、針對性教材缺乏、理論知識與工程實(shí)際聯(lián)系不夠緊密、教學(xué)手段單一這幾方面的問題進(jìn)行探討，提出調(diào)整方法，以期提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意愿，加強(qiáng)學(xué)生的工程應(yīng)用意識，提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)(Ⅰ)[M].7版.北京:高等教育出版社,2009.

[2]劉紅巖,李冬梅,羅志華,等.“理論力學(xué)”課程內(nèi)容的邏輯關(guān)聯(lián)分析及教學(xué)方法研究[J].中國地質(zhì)教育,2010,19(1):88-91.

[3]楊亞平,沈海寧.土木工程專業(yè)理論力學(xué)教學(xué)改革芻議[J].高教論壇,2008(3):95-96.

[4]吳立軍,王瑞金.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的理論力學(xué)改革與實(shí)踐[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報,2008,20(2):133-135.

作者：游帆 王國杰 單位：福建江夏學(xué)院工程學(xué)院