基于工程认知能力培养的土木水利类基础力学课程教学模式

黄宜胜+彭辉+刘章军+叶永+田东方

（三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002）

摘要：本文紧紧围绕“工程认知能力培养”这一主线，提出了基于工程认知能力培养的土木水利类基础力学课程教学模式改革的新思路和新模式，核心是强调提高学生的工程意识和对工程实际问题的认知、分析能力，对土木水利类大学生的动手能力、分析问题以及解决问题能力的培养起到了积极的推动作用，也为土木水利类基础力学课程教学模式后续的改革与发展奠定了坚实的基础。

关键词：认知能力；土木水利；基础力学；教学模式

中图分类号：F407.9 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）52-0133-02

一、引言

我校目前开设的土木水利类专业主要有水利水电工程、农业水利工程、水文与水资源工程、港口航道与海岸工程和土木工程，其中水利水电工程专业和土木工程专业已进入“卓越工程师教育培养计划”。理论力学、材料力学、结构力学等基础力学课程均是上述专业的核心课程。在新时期下为了推動“卓越工程师教育培养计划”的良好发展，必然要求培养的学生具有较强的解决工程实际问题的科学素养，而这种科学素养的培养必须建立在学生具有较强的工程认知能力基础之上，上述基础力学课程正是培养学生工程认知能力的重要起点。在此背景下，本文紧紧围绕“工程认知能力培养”这一主线，提出了基于工程认知能力培养的土木水利类基础力学课程教学模式改革的新思路和新模式，对土木水利类大学生的动手能力、分析问题以及解决问题能力的培养起到了积极的推动作用[1-3]。

二、教学理念上注重教学、科研与工程认知能力培养相结合

基础力学课程作为土木水利类专业核心基础课，在提高学生认知和分析结构能力方面有着重要的支撑作用。形成了“三个注重”的基本理念：在力学课程的教学过程中注重挖掘基本内容的学术深度，在力学综合教学中注重自主设计教学，在力学课程的教学中注重培养建模能力和解决土木水利工程实践问题的能力。在基础力学课程的教学过程中注重从力学基本理论、工程实例、灾难性工程事故和学科发展历史挖掘基本教学内容的深度。在基础力学与专业课程教学中注重自主设计教学：一是注重数学在力学教学中的基础作用；二是注重力学课程相关知识点的联系；三是注重综合运用力学课程知识的能力；四是注重将工程问题、力学、数学及计算机技术交叉融合。

三、教学方式上注重基础力学与专业教学相结合

以水利水电工程专业为例，水工建筑物、水电站建筑物、水利工程施工是该专业的核心专业课程。学习这些课程需要达到两个目标：一是概念上认识结构特点，另一个则是从理性角度寻求分析和解决结构包含的工程问题，并提出合理的处理措施。为此，在基础力学课程的教学中，提出了“基于工程实践问题的基础力学课程教学”，强调水利工程背景介绍，注重培养学生建模能力和解决水利工程实践问题的能力；在与材料相关的课程教学中，提出了“紧扣规范、重视安全兼顾经济”方式，学生应尽早了解专业背景和行业规范，学习中不断领悟结构设计的目的是什么，为什么这么设计？在工程结构分析中，提出了“结构力学中定性分析与定量计算能力的培养”，强调水利工程的结构意识培养，注重“概念结构力学”。

四、教学研究上注重基础力学与土木水利类工程特色相结合

课题组依托“基于工程认知能力培养的土木水利类材料力学教学模式的研究与实践”、“第二课堂在基础力学教学中的实施内容及模式研究”、“水利工程特色的材料力学课件编制”、“力学课程教学质量提高的思考与措施”、“留学生理论力学教学内容优化与课堂实践”等教研项目，开展了基础力学教学平台和课程体系研究，教学研究中力求工程意识和研究型思维的培养。研究成果主要体现在《卸荷岩体力学原理与应用（ISBN：9787030463067）》这本教材中，该书中的问题都来源实际土木水利工程，突出了基础力学知识的综合应用。

五、教学内容上注重理论知识点与科研项目内容相结合

结合基于工程认知能力培养教学模式的研究与实践，让学生较早地接触科研项目，并参与做一些初步预研工作和创新活动。这么做既是为了激发学生学好基础力学，也是为了激发学生产生工程意识，进而培养学生的科研意识和创新意识。例如，水利类专业后面都要学习大坝的应力、变形及稳定性问题，那么这就要用到《材料力学》的相关知识。结合前面所学的《理论力学》知识，在老师的指导下本科生探讨了地震作用下重力坝深层抗滑稳定极限状态表达式的问题，并通过工程实例验证了上述表达式的正确性和适用性，这大大提高了本科生对工程的认识以及分析工程问题的能力。

六、教学评价上注重工程案例与理论知识考核相结合

检验基于工程认知能力培养的土木水利类教学模式的好坏，需要通过对学生学习过程的评价来实现。例如，在考学生对《材料力学》基本概念的认识的时候，出了如下一个题目：湘西矮寨悬索大桥（简称“矮寨特大桥”）位于湖南吉首矮寨镇，桥面与谷底垂直高差达330余米，主跨跨径1176米，是中国首座塔梁分离式悬索桥。试问：为了保证索塔正常工作，索塔最应满足哪方面的要求？试说明理由。该题紧密联系生产实际，答题结果表明大部分同学都回答的比较好，这说明基于工程认知能力培养的土木水利类基础力学教学模式具有较强的可行性和适用性，能够培养学生的工程认知技能。

七、教材编写上注重工程实践和学科前沿相结合

课题组教师参与了《大学生力学竞赛与建模（ISBN：9787508497112）》和《卸荷岩体力学原理与应用（ ISBN：9787030463067）》这两本教材的编写。《大学生力学竞赛与建模》这本书包含了理工科大学生基础力学课程的核心内容，书中问题综合性强、知识涵盖丰富、难度很大，可作为“全国周培源大学生力学竞赛”的辅导教材和“卓越工程师教育培养计划”的实践教学。《卸荷岩体力学原理与应用》这本书注重结合土木水利工程专业的水电特色教学，形成了卸荷岩体力学的基本理论与方法，建立了一套完整的卸荷岩体力学基本理论及稳定分析方法，在国内外形成了自己的特色和优势。

八、结语

“卓越工程师教育培养计划”要求我们培养的学生具有较强的解决工程实际问题的科学素养，而这种科学素养的培养必须建立在学生具有较强的工程认知能力基础之上。基础力学课程作为土木水利类专业教学体系中重要的专业技术基础课，是培养学生具有工程认知能力的重要起点。本文紧紧围绕“工程认知能力培养”这一主线，提出了基于工程认知能力培养的土木水利类基础力学课程教学的新思路和新模式，并取得了一些成果。这些成果切实提高了土木水利类学生的工程意识和对工程实际问题的认知、分析能力，对土木水利类学生的动手能力、分析问题以及解决问题能力的培养起到了积极的推动作用。

参考文献：

[1]姚文莉，王谦源，曹金凤.等.基础力学第二课堂实施内容及模式探究[J].当代教育理论与实践，2011，3（9）：62-63.

[2]黄宜胜.高校土木水利类专业材料力学教学模式的探讨[J].魅力中国，2011（150）：246.

[3]叶永，刘章军，彭辉，等.土木水利类专业力学课程群建设构想[J].教育教学论坛，2012（21）：141-142.