土木工程专业工程力学课程教学改革研究及实践

杨永东 张斌伟

【摘要】工程力学课程是土木工程专业重要的专业基础课程，具有基础性、应用性和职业性的特点。针对目前在教师教学和学生学习过程中出现的问题，提出本门课程的改革措施，以期为工程力学课程的教学改革提供一些建议。

【关键词】土木工程专业 工程力学 课程教学改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）11 -0051-03

Teaching Reform and Practice of Engineering Mechanics of Civil Engineering Specialty

YangYongdong，ZhangBinwei

（College of Civil Engineering， Longdong university， Qingyang， Gansu，745000）

【Abstract】Engineering Mechanics is an important professional basic course of civil engineering specialty. It has the features of basic， applied and occupation. According to the problems which is encountered in the teaching and learning， the reform measures are put forward. All of these can give some suggestion for teaching reform of the course.

【Key Words】 civil engineering specialty Engineering Mechanics teaching reform

工程力学课程是研究物体的机械运动规律及构件的强度、刚度和稳定性理论的学科，主要包含理论力学和材料力学的内容，是土木工程专业的核心基础课程之一[1-2]。目前应用型本科院校的学生数学和力学基础较一般，主动学习的意识不强，在课时量被要求缩减的今天，如果教学针对性不够强，教学的思路方法不改革，作为专业性基础课程的工程力学的相关教学将达不到预期的效果[3-4]。本文通过对工程力学课程教学过程中存在的问题展开讨论，提出课程教学改革的思路，为本专业的工程力学课程教学改革实践提供一些建议。

1 当前工程力学课程教学过程中存在的问题

1.1 以教师为中心的传统教学模式使学生接受和消化知识产生困难

在应用型本科院校，大部分学生基础薄弱，学习能力和自我的控制能力差。在传统教学模式中，工程力学课程教学更看重课程的系统性和完整性，对于数学和力学基础的要求较高，使得整个教学过程较为复杂，学生在学习工程力学课程时，产生畏难情绪，学习兴趣不浓，对知识的接受和消化存在困难。

1.2 学习过程枯燥，学生缺乏学习兴趣

由于工程力学课程所包含的理论力学部分和材料力学部分所涉及到的内容本身就具有抽象性和复杂性，也包含一些难以理解的内容。而且工程力学课程一般开设在第2、第3学期，这个阶段学生很少接触具体的工程问题， 缺乏必要的感性认识， 因此在学习中往往无法将理论与实际联系起来， 出现似乎能听懂，但不知道怎么去用、用到何处的问题，这与学生所感兴趣的实际工程向去甚远，使得学生学习主动性不强，增加了学习难度。此外工程力学课程的概念多，理论性、逻辑性强。理论力学分析问题、解决问题的方法灵活多样；材料力学内容庞杂， 实践性强。如果教师不采用适当的方式进行教学， 则很难提高学生的学习兴趣。

1.3 高校教师一职多能，教学过程无法形成有效的PDCA循环

PDCA是英语单词Plan（计划）、Do（执行）、Check（检查）和Action（处理）的第一个字母，

PDCA循环就是按照这样的顺序进行质量管理，并且循环不止地进行下去的科学程序[5]。教学质量的提高和教学目标的完成，贯穿于整个教学过程。教学过程包括教学目标、教学内容、教学方法、教学手段、教学测量、教学评价等等。在教学过程中使用PDCA循环：P-确定教学目标；D-在教学过程中所采用的教学手段和方法；C-教学效果评价；A-对教学过程中存在的问题进行改正，确保教学目标的完成。教师是整个教学过程的组织者，每个部分的完成都离不开教师，但在整个教学过程中由于高校教师一职多能的特点，导致无法有效对教学过程进行组织，在PDCA循环中缺失环节，导致无法对教学质量进行有效控制，达不到预期效果。

2 工程力学课程改革的研究

工程力学课程的定位，决定了课程的重要性，作为土木工程专业学生来说需要熟练掌握。所以针对所提出的问题，提出一些改革建议，以供参考。

2.1教学内容的改革

工程力学课程是一门应用性较强的课程，是土木工程专业的核心基础课程之一，是连接高等数学、大学物理与结构力学、弹性力学、土力学、混凝土结构设计、钢结构设计、砌体结构设计等课程的桥梁，是土木工程专业学生教学由基础教育向工程实践教育的重要转折点，其在实践教学中的作用越来越明显，但是教学内容过分强调力学作为一门独立学科的系统性和完整性，而忽视力学作为应用学科的实用价值。工程力学的任务是学会如何对力学问题建模、如何将模糊的问题和想法用数学来描述，并培养提出、分析、设计以及解决科学和工程问题的能力[6]。为了能够更好的培养学生分析和解决实际问题的能力，拓宽学生运用力学的方法解决实际的工程问题，应从教学内容上加以优化。一是重视基本概念、原理和方法的更新，增加新的教学内容，如工程力学领域的新技术、新进展、新概念、新实验以及国内外土木工程等领域的实际问题。二是为了使学生对力学课程产生兴趣，在绪论课程中应引入经典力学的发展史。目前，在教材编写中，由于“少而精”的要求，绪论中更多的是介绍课程的研究内容、研究任务、研究方法以及研究目的，而弱化了力学发展史的介绍。从古代墨子“力，形之所以奋也”到牛顿力学《自然哲学原理》的编写，再到哈密顿《一个动力学普遍方程》的发表，经典力学的发展经历的漫长的时间，期间出现了很多促使力学发展的科学家，如牛顿、麦克斯韦、达朗伯、拉格朗日、哈密顿等等。这些历史及历史人物的介绍，可以达到唤醒、激励、鼓舞学生的目的。三是强调概念性和实践性内容的重要性，适当减少计算性内容。工程力学具有基础性和应用性的特点，在教学内容安排中，一方面弱化理论推导过程，另一方面应适量增加一些具有实践性或趣味性的教学素材；例题中，应突出对实际问题的力学模型建立过程的描述，在课后习题中引入基于力学分析的工程实践的综合运用实例，以调动学生的学习积极性和培养学生用力学方法分析问题和解决问题的能力。

2.2 教学方法的改革

工程力学教学方法的改革，关键在于提高学生的学习兴趣。一方面可以通过制作精美的教学课件增加课堂的趣味性和直观性。现有的课件和通常意义上所说的板书并没有多大区别，只是将原来用在黑板上推导完成的公式，放到了多媒体课件中加以展示。这样的课件在教学过程中，达不到吸引学生的目的，自然无法引起学生的兴趣。考虑到在工程力学课程教学中会用到大量的力学简图和实验结论，如果可以将这些力学简图和试验项目（如在理论力学课程运动学篇中出现的连杆机构，材料力学课程中杆件的各种变形等等）用类似flash动画的直观方式表现出来，就可以丰富课件的内容，增加学生的兴趣。另一方面是引入课堂试验。力学课程中的基本原理都是建立在实验基础上，但目前力学的教学中，由于条件所限，工程力学课程中的实验部分主要集中在材料力学的一些验证试验中，如金属材料的拉伸压缩试验、梁的弯曲正应力试验、扭转试验等等。这些试验的开设，能在一定程度上提高学生的学习兴趣和动手能力，但要达到力学教学的目的，还有一定的距离。为了改变这一现状，可以借鉴一些国外大学经典力学的教学方法，在这些课程的教学中，教师在每堂课的教学中会会通过随堂实验的方式，验证本堂课所涉及到的相关内容和原理，尽管这些实验的结果大家都是非常熟悉的。此外还可以采用离开教室的现场教学。土木工程专业是应用性较强的一门学科，作为土木工程专业重要的基础课程，应该在在学期中，安排2-4个学时将教学从教室搬到现场，通过利用现场的工程实物，教会学生如何对实际工程问题模型化，并用所学的力学知识进行分析解答。

2.3 教学模式的改革

传统教学模式是以教师为中心的“填鸭式”教学，教师起主导作用。由于高校教师一职多能的特点，使得教学过程质量控制稍显不足。鉴于这种情况，应对传统教学模式加以改革，形成以学生为中心的教学模式。在这一过程中，应以班级为基础建立4-6人为一组的学习小组进行研讨式教学。研讨课教学是让学生参与教学，教学相长，师生互动，通过专题研讨使学生主动建构和拓展知识，培养学生的发散思维和创新能力[7-8]。教师可以针对课程重难点问题，设置相关专题讨论课。教师通过引导，教师与学生，学生与学生间通过互动交流，对所学的知识进行拓展。也可以设置一些与学科前沿相关的内容及热点，学生通过课后查阅文献，以小组为单位，通过板书、图片、多媒体、实物模型等灵活的形式展示，并由教师与其他同学进行提问、讨论，最后教师进行总结和点评。此外，在作业形式中也应该改变传统以课后习题为主的作业模式，为了能够更好的培养学生的能力，提高学生的综合素质，可以布置一些研究型的题目，通过查阅文献，以论文的形式的完成。比如通过材料力学课程中梁的合理设计问题，可以提出钢筋混凝土梁的合理设计问题、钢梁的合理设计问题等等，然后将这些题目布置下去，让学生查阅资料，并完成相关论文。总之，要以这种教学形式改变传统的 “填鸭式”教学，实现课堂教学从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变。

3 结论和总结

工程力学课程是土木工程专业重要的专业基础课程，具有基础性、应用性和职业性的特点，结合作者的教学和研究体会，针对目前在教师教学和学生学习过程中存在精力不够和兴趣不浓的问题，从课程的教学内容、教学方法和教学模式三个方面进行了思考和探索，提出了相应的改革措施。旨在提高学生的实践和力学应用能力，改进工程力学的教学效果，促进教学改革，达到培养合格工程人才的目的。

参考文献：

[1] 马景槐，朱福先. 应用型本科院校工程力学课程教改与实践[J].江苏技术师范学院学报，2012，18（2）：107-111

[2] 王旭芳，王环武.土建类高职工程力学课程建设的探索[J].力学与实践，2013，35（5）：93-94

[3] 马永政，车金如，郭翠芳. 习题环节结合辅助手段主导的教学模式设计与应用—工程力学教学改革研究与实践[J].教学研究，2013，36（3）：77-79

[4] 杨永明.高校工程力学课程教学改革研究与实践.重庆科技学院学报（社会科学版），2013，（1）：185-186

[5] 刘永. 建筑工程造价控制的PDCA循环[J]. 科技创业，2009（8）：80-81

[6] 冯元桢.连续介质力学初级教程[M].北京：清华大学出版社，2009

[7] 刘静，周晓玲，汪忠厚。浅谈工程力学教学中实践与创新能力的培养[J]. 上海理工大学学报（社会科学版），2013，35（2）：177-180

[8] 阎绍泽，申永胜.研究型大学机械类精品课程教学的六个基本要素[J].中国大学教育，2009（9）：5-7

基金项目：甘肃省教育科学“十二五”规划课题（GS[2013]GHB0928）