工程教育背景下理论力学课程教改探索

丁点点，张 生

工程教育背景下理论力学课程教改探索

丁点点，张 生

(宿州学院，安徽 宿州 234000)

基于2012级土木工程专业理论力学课程教学问卷调查结果，结合教学经验和体会，分析和总结了理论力学教学中存在的问题，在2013级土木工程专业试点从教学内容、实验教学、教学方法和考核方式等方面对理论力学课程进行教学改革，使其更适用于应用型人才培养模式下的教学。

理论力学;教学内容;实验教学;教学方法;考核方式

一、引言

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。该课程主要包括三部分内容:其一是静力学—主要研究物体受力平衡的原理，物体的受力分析和在平衡状态下求解未知力;其二是运动学—主要研究物体运动的轨迹，物体运动的速度、加速度等，但忽略引起物体运动的物理原因;其三是动力学—主要研究质点和质点系的运动和其受力之间的关系。

理论力学是土木工程专业的一门专业基础课，它是后续专业课(材料力学、结构力学等)的基础，是一门理论性较强的课程，教学内容包括大量的原理和公式，学习本课程需要学生具有良好的数学和物理基础。本文基于在2013级土木工程专业进行理论力学课程教改试点，探索在工程教育背景下如何开展理论力学课程的教学。

二、理论力学教学中存在的问题

1.理论性强，内容抽象

基于对2012级土木工程专业学生《理论力学》课程教学的问卷调查，结果显示64.3%的学生认为理论力学课理论性强，学习有难度;20.3%的学生认为该课程难度一般，部分内容掌握不理想;仅有15.4%的学生认为该课程内容较简单。由于该课程需要一定的数学、物理基础和较好的逻辑能力，调查结果显示有87.5%的学生对公式的推导感觉吃力，仅有12.5%的学生能够自行推导出相关公式。教学内容有一定的难度，学生容易产生畏难情绪，影响学生学习的积极性。

2.实验教学模式单一

目前我校土木工程专业理论力学课程课内实验有摩擦因数的测定及复摆转动惯量的测定。之前该课程实验教学均是演示型实验，即实验老师讲解实验原理，然后亲自操作，学生按照老师操作的过程再模拟一次，这种教学模式较为古板，缺乏了教师和学生之间的互动，学生在实验课堂教学一直处于被动的角色，没有充分发挥学生的主观能动性，与提高学生工程素养的目标不符。

3.教学内容与工程实践脱节

目前理论力学课程共54学时，其中理论教学48学时，实验6学时。课程内容包含静力学、运动学和动力学三块，共14章，学时少，内容多，课堂教学仅能讲授教材内基本的理论知识，无法拓展和工程实践相关的教学环节，使得教学内容与工程实践脱节，不满足工程教育背景下课程教学的要求。

4.考核方式亟待改革

该课程一直采用传统的考核方式，即期末考试成绩占70%，平时成绩占30%。部分学生只是为了应付考试选择考前突击复习，另外，这种传统的考试方式容易造成学生过于在意考试结果，不注重平时的学习和知识的积累，造成高分低能现象的出现。

三、理论力学教学改革措施

针对以上总结的问题，课题组教师赴安徽建筑大学、安徽理工大学、合肥工业大学等学校学习该课程的教改经验，并结合宿州学院应用型人才培养模式的特点，在2013级土木工程中试点理论力学教学改革，教学改革措施主要从以下几个方面进行。

1.调整教学内容

理论力学静力学部分中的静力学公理、物体的受力分析和摩擦等知识点，动力学部分中的动量与冲量、动量定理、动能定理等内容学生在高中物理和大学物理中都有接触，因此这些学过的部分，可以简单的复习一下即可，压缩理论教学学时，增加工程实践应用的教学。在教材内容讲解基础上，介绍常用数值计算软件，比如常用的计算软件Matlab，理论力学中部分计算比较繁琐，利用Matlab软件不仅可以简化计算时间，同时可以实时显示分析的过程，有利于培养学生的力学思维，为学生以后解决实际的工程问题奠定基础。

2.试行互动式、开放式实验教学模式

教学环节不应该只是以教师为主体，而应该是教师和学生互动的过程，在13版土木工程专业人才培养方案中将理论力学课程实验类别修改为设计型，对于设计型实验，老师仅给出实验的方向，让学生自己提前设计实验的思路，经与老师讨论方案可行后，方可自己动手操作实验，中途如有问题及时找老师或同学共同商讨解决问题的办法，最后独立完成实验结果的分析和实验报告的撰写，使学生学习由被动变主动，调动了学生学习的积极性。

对于2013级学生，我们开设了开放式实验教学环节，宿州学院—安徽省煤矿勘探工程技术研究中心现有多口力学实验室，机房装了相关的计算软件，机房对每一位学生都敞开大门，只要学生有好的想法，并且思路是可行的，再征得教师许可情况下，均可以到机房利用实验室现有设备和软件解决问题，尽可能让学生的想法转化为具体的成果。

指导学生利用现有实验室资源和教学资源，参加力学竞赛，如全国大学生周培源力学竞赛、力学与实践竞赛等，鼓励学生撰写小论文，培养学生的科研能力和创新意识。

3.优化教学思路

基于学生问卷调查的结果，针对理论性较强，公式推导难度大的特点，教师在授课过程中改变教学方法，结合生动的生活实例讲解理论知识，增强知识的趣味性，例如在讲授摩擦滚动力偶矩这一节时，将一个篮球放置于讲台，通过演示让学生思考为什么篮球的滚动比滑动容易?利用这样一个例子引出本节的内容，吸引学生的注意力，最后通过公式推导得出结论:使球体滚动所需的水平力比使其滑动所需的水平力要小得多，合理地解释了滚动比滑动容易的原因。学生不仅能够轻松地记住知识点，同时也培养他们学以致用的能力。

生活中还有很多实例可以利用理论力学的知识点解释，学生可以通过归纳、总结凝练出自己的想法，借助宿州学院大学生科研立项平台，有助于培养学生解决实际问题的能力。

4.改革考试模式

在13级土木工程专业，试点理论力学课程考试改革，考核方式为:平时出勤和作业成绩占20%，课堂讨论占10%，实验成绩占20%，期末考试成绩占50%。其中实验部分考核来源于工程实践问题，工程实践问题往往是综合性的问题，主要考察学生综合素质，学生不仅需要有扎实的理论基础，还要有活跃的思维和创新的意识，最后以大作业的形式提交。期末考试试卷不再是单一的理论计算，为了培养学生的应用能力，增加主观题比重，例如让学生利用所学知识对某一个实际问题进行解释，开发学生的发散思维能力。

四、结语

应用型人才培养模式要求学生具备解决实际工程问题的能力，具体到理论力学这门课，就是要求学生会用理论力学中的原理解决实际问题，因此在教学过程中就要思考如果培养学生的工程素养。在2013级土木工程专业开展理论力学课程的教改正是基于应用型人才培养的一次尝试。

课程改革并不是一蹴而就的，需要反复的探索和实践，这些改革仍然存在一些问题，一是实验考核部分学生完成的效果并不理想，和预期有一定差距;二是改革后的理论课程教学对于基础薄弱的学生来说稍显吃力。今后，课题组将继续开展并深化理论力学课程的教学改革，以期培养更多具有创新意识和解决工程实际问题能力的应用型人才。

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