土木工程理论力学教学改革研究论文

  摘要:应用型高校是以培养高素质的应用型人才作为目标的,理论力学作为土木工程专业一门重要的专业基础课,也必须围绕这一培养目标进行改革。基于此,对理论力学的教学内容、教学方式、教学考核三方面的改革进行了研究,以期更好适应土木工程专业人才培养模式的改变,为培养高素质的应用型人才提供可靠参考和借鉴。

  关键词:应用型本科;土木工程;理论力学;教学改革

  随着我国经济发展从依赖资源、劳动力向依赖创新、人才的转移和教育教学改革的深入,地方性普通本科高校向应用型本科院校的转型,为地方和行业培养应用型、专业化的高素质人才迫在眉睫。[1-2]理论力学作为土木工程专业一门重要的专业理论课,是学习材料力学、结构力学等其他力学基础课,也是钢结构设计、混凝土结构设计等专业课的基础,这门课程的教学效果将会直接影响到后续专业课的学习以及工科专业毕业生的培养质量[3]。理论力学的课程教学也需要在向应用型本科高校的转型浪潮中不断进行革新与实践。

  1理论力学教学改革的背景

  在近几年教学实践过程中,笔者意识到土木工程专业的理论力学教学效果逐年下降,具体体现在以下几个方面:

  1.1教材设计针对性不强

  理论力学这门课程对学生的数理基础要求较高,但是由于种种原因,应用型本科高校生源的数理基础相对研究型大学或教研型大学的生源而言要弱许多,而现有的理论力学教材大多是针对研究型大学编写的,偏重理论性研究,教材的应用性设计不明显。理论力学是土木专业和机械专业的专业基础课,现有的理论力学教材囊括了土木专业和机械专业的全部内容,在内容设置上没有考虑不同专业的需求。如静力学部分,对于土木专业的学生来说,与建筑结构相关的约束,如梁和楼板的静力平衡计算和桁架的内力计算是重点,其中梁和楼板的静力平衡计算能为材料力学的学习起到很好的铺垫作用,桁架的内力计算能为将来结构力学的学习打下基础,而对机械专业的学生来说,圆柱铰链、径向轴承、止推轴承的受力分析则需要重点讲授,桁架的内力计算则可以一带而过。[1]

  1.2教学内容与工程实际脱节

  理论力学包括静力学、动力学、运动学三部分内容,教学内容繁杂、理论抽象、公式较多。例如我校土木专业的理论力学仅为48课时,短时间内课堂教学只能讲授教材中基本的理论知识,难以让学生构建全面的理论力学知识体系,更无法开展与工程实践相关的教学环节。同时缺乏实验课时,让理论力学的学习抽象而不直观,学生在学习过程中缺乏感性认识,导致对知识的领悟理解困难增大,而且教材中过于理想化、模型化的题目与工程实际联系脱节,学生在学习过程中很难对理论力学课程的实际应用性作直观的判断。如理论力学中的刚体就是理想化的模型,而在实际的工程实践中是不存在的。

  1.3学生学习积极性不高,教学效果不佳

  理论力学作为我校土木专业学生入学后的第一门专业基础课,在大学一年级的上半学期进行。目前,理论力学的教学方式仍是以课堂教学为主,老师单向传授,学生被动聆听,教学过程枯燥乏味,学生的学习效果也差强人意。究其原因,主要有两个方面:一方面随着高校教育“大众化”伴随而来的扩招,学生的学习能力正在逐年下降,而该课程教学内容要求学生不仅需要具备一定的数学、物理基础,还需要拥有形象思维和逻辑思维能力,而学生基础的参差不齐使学生很容易产生畏难情绪,影响学生学习的积极性;另一方面课时的精减导致老师和学生过多地依赖于多媒体课件教学,对于应用型本科高校的学生来说,要求在这么短的时间内掌握这么多的内容是极具挑战性的,况且学生课外自主学习的能动性较差,学生不能及时消化课堂所学,久而久之,随着课程深入的增加,未能掌握的知识越积越多,学生主动学习的意愿也就越来越小。[2]

  2教学改革的内容

  针对理论力学在教学过程中所表现出的种种问题,理论力学的改革刻不容缓。本文从教学内容、教学方式、教学考核等方面研究了适合应用型本科高校的理论力学教学模式。

  2.1明确教学目标,优化教学内容

  为实现我校土木专业培养应用型人才的目标,理论力学的课程应定位为“学生能熟练运用理论力学的基本理论去分析和解决实际工程问题,理论与实践密切结合”,这就要求老师在教学过程中,合理分配教学课时,删繁就简,弱化理论公式的推导,重视分析方法与实践应用。表1即为我校土木专业学时分配表。对于土木工程专业来说,静力学中物体受力分析和受力图的画法及平面任意力系的平衡是理论力学课程的核心和重点,必须安排较多课时讲解和练习,为后续学习打好根基。运动学中的速度、加速度的计算和动力学中的动量定理、动能定理这部分内容与中学物理和大学物理交叉重复,可适当加快进度,安排较少课时,科氏加速度对理论力学后面几章及将来其他力学专业课的学习亦无影响,且学生学习难度较大,在学时精减的情况下,适当删掉是合理的。对于理论力学中一些复杂的公式推导,如点的速度合成定理,不需要讲其复杂的理论推导过程,只需要强调怎样使用定理去分析问题、解决问题。[3]在例题和习题的取舍上,题目不可过于抽象化、模型化,应多与工程实践相联系,增加习题的趣味性和综合性,尽可能地为学生留出想象的空间。例如讲到平面任意力系的平衡计算,可以列举工程中常见的塔吊,分析其在工作过程中的受力情况,讲到力偶时可以列举生活中我们常见的方向盘等等,这种理论与实际的结合可以让学生对这些力学知识产生一种直观认知,加深学生对基本概念的理解和应用。[4]

  2.2转变教学方式,充分发挥学生的主观能动性

  应用型教育质量的好坏在很大程度上取决于教学方式是否正确。有研究表明,学生一堂课的注意力集中时间不到20分钟,教师的教学效果的优劣,体现在能否在有限的时间内最大限度地调动学生的学习积极性。[4]理论力学知识传统的传授过程是老师向学生的单向复制和灌输,缺少师生间的互动和交流,不能激发学生的学习热情。理论力学的教学方式应让教师与学生在教与学的互动中去实践。[5]在发挥教师主导作用的同时,尊重学生在学习活动中的主体地位,可以通过启发式、讨论式和研究式等生动活泼的教学方式,互换师生角色,安排学生上讲台讲授自己对某部分课程内容的自学总结,使学生真正参与到教学环节中。此外增加实践教学,如开展简单的力学实验或增配教学模具等方式,让学生通过实际的力学模型将理论知识上升到实践认知,有意识地培养学生的力学思维模式;还可以通过手工制作实体力学架构模型,如纸质大跨度简支桥,对其施加作用力,观察并分析其受力状态及特点;或是通过计算机建立力学模型,运用cad或ansys等软件,模拟其受力变形过程,这样不仅可以极大的激发学生的学习动力,充分发挥学生的主观能动性,还可以使学生从中获得成就感,并对理论力学知识在实践中的具体运用有深入的了解。

  2.3完善考核方法,突出实践能力

  理论力学课程教学方向的改革还需科学合理的考核制度的配合。[6]目前我校理论力学的考核仍然是闭卷考试,考核内容偏重于理论,轻视实践能力,学生成绩由平时成绩和期末成绩两部分组成,所占比重为3:7,显然这种考核方式对于评价学生的能力是有限的。因此结合前述的讨论,在考核方式的改革中,可以将总成绩划分为几个部分:平时考勤占10%,作业占20%,课堂讨论占15%,实践成绩占15%,期末考试成绩占50%,其中实践成绩可以通过建立力学模型或进行力学计算模型分析或参加力学竞赛等来评定。这种考评机制可以提升学生的自学能力、创新思维的能力、分析问题解决问题的能力,使理论力学知识不仅仅停留在纸面上,而是应用在实际工程中。

  3结语

  理论力学作为一门兼有基础理论和应用技术双重性质的专业基础课,在土木类应用型人才课程体系中起着承上启下的作用。它的教学改革将是一个反复探索不断实践的过程,也是我们每一位理论力学工作者不懈追求的目标。

  参考文献:

  [1]吴中江,黄成亮.应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J].高等工程教育研究,2014,(2):66-70.

  [2]吴立军,王瑞金.面向应用型人才培养的理论力学改革与实践[J].浙江科技学院学报,2008,20(2):133-135,154.

  [3]何子干,赵志军,柳红霞等.二本应用型高校“理论力学”课程教学模式探究[J].长沙大学学报,2017,31(5):111-113.

  [4]罗宁,巫静波.融合多种教学方法于理论力学教学中的探索[J].宁波教育学院学报,2017,19(4):92-94.

  [5]李俊峰.理论力学课程体系改革探索与实践[J].中国大学教学,2008,(4):10-13.

  [6]马志敏.大众化教育背景下少学时理论力学教学的实践与思考[J].高教学刊,2015,(20):223-224,226.

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