高职工程力学课程实践化、层次化教学改革探讨

陈 欣，施小明

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

工程力学是道路与桥梁工程技术专业（以下简称“道桥专业”）的专业基础课程，是专业核心课程的学习基础， 要求学生理解并掌握工程施工及工程设计中简单的受力分析与计算的基本原理、方法，能够增加学生的后续发展潜力。 但现阶段高职学生在学习工程力学时，普遍感觉难学、抽象、没兴趣，学习主动性差，教师在教学时也反映学生基础差、学习积极性不高、教学效果差［1-2］。为帮助学生更好地理解、掌握工程力学的相关知识和技能，提高课程教学效果，本文在分析道桥专业工程力学课程教学现状及存在问题的基础上， 探讨了理论教学与实践教学相结合的方案，以期对高职工程力学课程教学有所帮助。

1 高职工程力学课程教学现状分析

高职道桥专业的工程力学课程分两个学期进行教学，一般设置在第二学期和第三学期，学时数基本满足理论教学要求。 尽管工程力学课程在专业课程体系中有着重要的地位，但笔者通过调研却发现，课程教学效果并不令人满意， 未达到学以致用的教学目标。 总结调研结果， 主要存在以下几个方面的问题。

1.1 学生的学习现状

1.1.1 力学难学、抽象，这是学生的共鸣

随着高校招生规模不断扩大， 高职院校的录取分数线越来越低，学生的学习基础相对较弱。虽然工程力学的知识点均是从现实生活中简化、总结、归纳而来，但是，教学内容却过于理论化，学生难以将所学内容与生活实际相结合， 普遍感觉力学抽象、难学。如，梁的内力求解及剪力图、弯矩图的绘制，这是课程教学的重点，在工程领域中应用广泛，大部分学生却觉得抽象、不会灵活运用，对实际工程中的梁体受力分析问题无从下手。

1.1.2 缺乏学习主动性，认为力学无用

在调研过程中笔者发现， 学生学习工程力学课程的主动性较差，能切实做到课前认真预习、课中细心听课、课后强化复习的学生较少，部分学生甚至出现几节课听不懂后便完全放弃的现象。 大多数学生在学习过程中死记硬背教材中的公式、 例题而不理解，不能学以致用；部分学生对工程力学重要性的认识也不到位， 认为自己毕业后会成为一名工程施工人员，能看懂图纸、懂得施工方法即可，用不到力学知识，力学知识学了无用。

1.2 教师的教学现状

随着现代信息技术的发展， 工程力学课程的教学方法和手段也应不断改进。但笔者在调研中发现，大多任课教师的授课方式仍较传统， 以板书和理论推导为主。总结调研结果，主要存在以下几个方面的问题。

1.2.1 教学手段单一，相关实验课程较少

现阶段， 工程力学课程大多数任课教师依然采用“板书＋讲授”的传统教学方法，在教学过程中注重对基础理论、公式推导和习题的讲解，忽视对学生理论应用能力的培养，相关实验课程安排较少，甚至没有。 学生对教学内容只能被动接受，不愿思考，缺乏实践创新能力。 这种“填鸭式”的教学模式致使课程教学效果不佳。

1.2.2 以教师为主体，未开展层次化教学

学生应是教学活动的主体， 但工程力学课堂依旧以任课教师为中心开展教学活动， 教师依据课前准备好的教学计划、教案按部就班地进行教学，学生则按照教师的思路被动学习。 教师制订的教学方案较少考虑学生的认知水平、接受能力及素质差异，未针对学生的个性、能力、需求进行层次化教学，而是按照统一的教学计划、教学进度实施教学，导致课堂气氛沉闷、课堂教学质量不高。

1.2.3 教材内容理论化，缺乏应用性教学项目

现阶段， 高职工程力学课程所用教材多是在本科院校土建类专业所用《理论力学》《材料力学》《结构力学》教材的基础上经过删减、组合而成的。 虽然编写者在编写教材时对相关理论内容进行了简化并删减了学习难度较大的章节，减少了理论推导，但教材内容大框架并没有改变， 理论性、 逻辑性依然较强，且缺乏与具体工程实例的衔接融合，忽视了理论应用引导。 这就导致学生不能将所学理论知识向实际应用领域进行迁移， 只会进行已经简化好的受力图形分析及计算，不能学以致用。这不利于学生应用能力的培养。

2 基于建构主义学习理论的实践化、层次化教学改革方案

2.1 基于建构主义学习理论的实践化教学改革方案

皮亚杰的建构主义学习理论认为： 知识不可能以实体的形式存在于个体之外， 尽管通过语言赋予了知识一定的外在形式，且获得了较为普遍的认可，但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解，真正的理解只能由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来，取决于特定情境下的学习活动过程，否则，就不叫理解，而是被动的、复制式的学习，学生掌握的所谓“知识”只是一些抽象的、无意义的符号［3］。笔者试以皮亚杰建构主义学习理论为基础， 以增强学生情景迁移能力为切入点， 以加强学生对工程力学理论知识的实际应用为主要出发点， 提出实践化教学改革方案， 以期能切实提升高职学生运用力学知识解决实际问题的能力。

2.1.1 编写数字化教材，增强教材实用性

教学团队针对高职《工程力学》教材理论性强、与工程实际缺乏衔接的问题， 结合高职工程力学课程教学实际，编写了数字化教材。现阶段，高职《工程力学》 教材中所涉及的工程实例都是用构造示意图表示的，在构造示意图的基础上绘制结构计算简图，但构造示意图在表示结构形体方面的效果不如实物图片直观。在数字化教材建设过程中，如能将教材中涉及的工程实例插图按照 “工程实际图片→示意图→计算简图”的顺序显示，有助于学生理解理论知识与实际应用之间的联系， 完成理论知识的自我建构，从而提升课堂教学效果。对于学生普遍反映的较难理解的知识点，可将其制作成微课，立体呈现理论内容。将与微课对应的二维码置于教材每一章节前，学生可在课下通过扫描二维码的方式辅助学习。 比如，讲解梁横截面上的正应力相关内容时，纯理论讲解效果不佳， 如果用三维仿真技术将矩形截面模型梁在两端力偶作用下纯弯曲的变形过程做成动画，直观地表现梁的受力变化， 将梁的弯曲正应力沿截面高度的线性分布规律用三维仿真模型表示出来，有助于学生加深对正应力分布规律的理解。

2.1.2 与实际应用相结合，加强实践教学环节

高职工程力学Ⅱ通常设置在第三学期， 与其他专业课程同时开设， 可将力学的很多知识点融入到其他专业课程教学中。比如，桥梁工程施工技术课程中就涉及工程力学中的结构与荷载的简化、 支座反力的计算、平衡方程的运用、梁内力的计算、弯矩图和剪力图的运用等知识点， 但学生并不十分清楚如何运用这些力学知识去解决工程施工中遇到的实际问题，对工程结构中涉及的力学原理也未充分理解。针对此类问题， 可将工程力学Ⅱ的内容分解为4 个模块，分别是生活中的力学，工程结构形体和钢筋图中的力学，施工工艺中的力学及结构问题，工程事故分析。通过学习4 个模块的内容，学生能够直观地感受力学知识在生活中、工程实际中的应用，学会用力学理论定性分析问题，自我建构知识体系，实现对力学理论的应用。 这里以工程结构形体和钢筋图中的力学模块中的某教学内容为例详细阐述。

图1、 图2 分别为某一跨径为30m 的预应力混凝土T 梁的跨中和桥台处的断面图。 从图中可以看到， 每片T 梁的跨中和桥台处的肋板截面是不同的，可从力学角度分析肋板截面不同的原因。

首先，绘制单片T 梁的计算简图、弯矩图和剪力图，如图3 所示。

图1 某预应力混凝土T 梁跨中断面Fig.1 The middle section of a prestressed concrete T beam span

图2 某预应力混凝土T 梁桥台处断面Fig.2 The abutment section of a prestressed concrete T beam span

图3 单片T 梁的计算简图、弯矩图和剪力图Fig.3 Calculation, bending moment and shearing force of a single piece T beam

从剪力图上可知，T 梁在桥台处所受剪力最大，在结构设计原理课程中， 由混凝土和箍筋提供的斜截面抗剪承载力公式为：

式中，b 为T 形截面的肋板宽度。由式（1）可知，通过增大T 梁的肋板宽度，可增加截面的抗剪承载力，桥台处T 梁所受的剪力比跨中大，因此桥台处T梁的肋板截面也要比跨中的截面大。

这种将力学知识与工程实际相结合的教学方式， 不仅可以让学生充分认识到力学在实际工程中的应用， 还可以让学生学会从力学角度去思考工程实际中遇到的问题。

2.2 基于建构主义学习理论的层次化教学改革方案

皮亚杰建构主义学习理论认为： 任何知识在为个体接收之前，对个体来说是没有什么意义的，教学不能把知识作为预先决定了的东西交给学生， 不要以我们的理解方式作为让学生接收的理由，而应以他们自己的经验为背景，来分析、判断知识的合理性［4］。在该理论的支持下，针对学生的个性差异，教学团队提出了高职工程力学分层次教学的改革思路。

2.2.1 依据学生差异，进行层次化教学

笔者在调研中发现，部分学习能力较强的学生并不满足于专科阶段的学习， 有进入本科院校继续学习的诉求或接受更高层次教育的愿望。 这部分学生学习较为努力，理解接受能力较强，能够跟上教师的教学节奏。还有部分学生的学习目标也很明确，就是顺利毕业参加工作。 对这两部分学生采用统一的教学大纲、教案、进度，讲授相同的内容，明显不符合因材施教和层次化的教学要求。因此，可根据学生的差异情况实施平行班教学，将力学课程内容划分为必修和选修两部分［5］。 可将静力学基础、力系分析、静定结构的内力分析、构件强度、刚度及稳定性计算等内容作为必修部分，以满足有就业需求的学生的学习需要，同时，将超静定结构计算、影响线等内容作为选修部分，用于满足有升本及进一步深造需求的学生的学习需要。

2.2.2 突出教学重难点，注重过程考核

为激发学生的学习主动性，突出教学重、难点，教师可在课前将相关教学资料上传至智能课堂（笔者所在学校自主研发的教学平台），并同时发布对应的测试题。 学生可借助数字化教材进行课前预习和自我测试， 教师可根据学生的测试数据和资源的下载浏览数据全面了解学生的预习情况， 并根据测试结果调整教学计划，确定课堂授课的重、难点，在课堂教学中有针对性地进行讲解。同时，将学生的课前预习及自我测试情况计入平时成绩。

现阶段，高职工程力学课程大多仍采用“期末考试为主、平时成绩为辅”的考核方式，学生只需考前突击，背背重点，即可轻松过关，课堂教学的真实效果无从体现。 针对该问题，教师可在考核工作中充分利用现代信息网络，加强过程考核。 如，每章节授课结束后，教师可将对应的所有课前测试题通过智能课堂随机组卷进行课堂测试，每次测试均合格的学生，其最终考核结果可直接判定为合格，再根据期末考试成绩划分为优秀、良好、中、及格等四个等级。 课堂测试3次以内（含3 次）不合格的学生，其最终考核结果以期末考试为准。 课堂测试3 次以上不合格的学生，其最终考核结果则直接判定为不合格。这种注重过程考核的做法能够较好地激发学生学习的积极性和主动性，督促他们重视学习过程，不再寄希望于考前突击。

2.3 教学改革成效分析

根据实践化、层次化教学改革方案，教学团队在黄河水利职业技术学院道桥专业2018 级学生中进行了试点教学。实践证明，该改革方案不仅能切实有效地提高工程力学的课堂教学质量， 满足不同层次学生的学习需求， 也能让学生充分认识力学知识在工程实际中的应用价值， 学生初步具备利用力学知识解决工程实际问题的能力， 同时也提升了学习的积极性和主动性。该方案真正促进了教学相长，更加注重对学生应用技能的培养，提升了学生毕业后胜任工作的能力，更好地满足企业对应用型人才的需求［6］。 将工程事故分析引入课程教学中， 也可以让学生认识到力学对工程安全的重要性，培养学生严谨求实的科学态度，树立他们的责任意识，促使他们形成求真务实的工作作风。

3 结语

综上所述， 工程力学在高职道桥专业的课程体系中是一门重要的专业基础课，教学团队针对现阶段教学中存在的问题提出的实践化、 层次化教学改革方案，重视学生对力学理论知识的理解和应用，注重培养学生解决实际问题的能力， 能够满足不同层次学生的学习需求。 对高职工程力学课程教学改革的有益探索，有助于培养社会发展急需的应用型技术技能人才。 但是，高职工程力学课程教学改革是一项长期而艰巨的任务，不可能一蹴而就，需要循序渐进地进行探索，任课教师和教学团队应不断总结教学过程中的反馈信息，逐步完善课程教学内容，改进教学方法和手段。