面向现代化的土木工程大学生力学类课程教学模式研究

彭楚才 王光辉 童小龙 李斌

摘 要 针对教育现代化对于高素质应用型土木工程专业人才培养提出的新要求，本文以学科竞赛为纽带，开展了力学类课程“理论-实践-创新”三位一体教学模式研究。通过分析学科竞赛与力学理论、实践教学的关联机制，总结了学科竞赛培训体系与力学基础课程教学的现状与瓶颈，并基于信息化教学平台建立了力学类课程立体化教学体系。

关键词 教育现代化 立体化教学 力学类课程

中图分类号：G424                                       文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.07.053

Abstract In view of the new requirements of educational modernization for the cultivation of high-quality applied civil engineering talents， this paper studies the trinity teaching mode of "theory-practice-innovation" based on the discipline competition and mechanics course. By analyzing the correlation mechanism among subject competition， mechanics theory and practice teaching， this paper summarizes the current situation and bottleneck of subject competition training system and mechanics basic course teaching. Based on the information-based teaching platform， the three-dimensional teaching system of mechanics courses is established.

Keywords education modernization; three-dimensional teaching; Mechanics Course

力学系列课程是土木工程专业的重要专业基础课，包括了理论力学、材料力学、结构力学、土力学、流体力学、有限元与程序设计等多门课程，[1]在整个专业课程体系中起着基础和框架的作用。然而，传统的力学课程教学与工程实践脱节，我们需要打破以往过分侧重理论知识传授而忽视对学生创造性能力培养的教学模式，全面提高学生运用专业知识解决工程实际问题的能力、培养创新意识和团队合作精神。通过以学科竞赛为依托来推动办学模式和培养模式的多元化发展，促进教与学的一体化进程是目前比较有效的教学改革方法之一。

本文以学科竞赛为纽带，将力学类实验和理论课程关联起来，通过信息化的教学平台将教学互动延伸到课外，提升课堂教学互动的深度和广度。通过对力学类课程体系与学科竞赛指导进行统筹安排，实现课程教学资源整合与知识体系多层次推进，将因材施教，协同创新，互助合作的教学理念融入到教学的各个环节中。

1 力学课程教学与学科竞赛目前存在的问题

力学竞赛与结构模型竞赛是土木专业的两大重要学科竞赛项目，该两项竞赛均包括国赛和省赛，同为我国高等教育最高层级的大学生科技竞赛活动之一。[2]两项学科竞赛一项测重于理论，一项侧重于实践，对于学生力学基础知识的掌握及运用能力的培养是相互补充，相互促进的。随着“以本为本”教学理念以及“强基计划”的提出，很多高校对学科基础教育以及学科竞赛都给予了高度的重视，但是在教学和参赛过程中仍然存在不少问题。通过我院在长期教学实践中进行的探索和分析，将面临的问题总结为四个方面：

首先，不论力学类课程还是力学竞赛的理论教学，目前各高校多以“灌输式”的教学方式为主。随着信息时代的到来，“信息化教学”“网络课堂”“翻转课堂”等新的教学模式给传统的课堂教学模式带来较大的冲击，学科竞赛（如结构设计竞赛）对于各种力学分析软件的使用也给我们基础力学的教学提出了新的要求。怎样调动学生的学习积极性，突破时间和空间对于力学教学的束缚，增加力学教学的深度和广度是我们面临的一个挑战。

其次，学生对于学科竞赛认识度不够，缺乏主动性。力学竞赛往往包括校赛，省赛和国赛，只有国赛才设置了团体实验项目，由于比赛性质和比赛规模地控制，团体赛地入围门槛比较高，大部份高校不具备参加具有较强实践性和创新性的团体实验竞赛项目的资格，所以这就使得很多学生片面地认为力学竞赛只是纯粹的理论竞赛。[3]而结构设计竞大家更加注重的是结构整体设计和手工工艺训练，而往往忽略了用力学知识来指导和优化方案。认识的片面性和局限性必然会影响到参赛的积极性和热情度。

再次，竞赛培训与课堂教学分离，以赛促学的效果不佳。力学竞赛的知识点覆盖了“理论力学”和“材料力学”两门课程，与传统的力学课堂教学相比，力学竞赛的笔试题无论从知识点的深度，赛题的抽象性，还是从解题的技巧性都要高得多。[4]同樣，结构设计竞赛与土木工程的相关专业课程有良好的对接关系。选手们不仅要有扎实的基础知识，丰富的专业知识，同时还要借助相关专业软件进行计算分析。因此，各高校往往在校赛选拔后，会对参赛的选手或团队进行集中培训。但课堂外的竞赛培训人数往往有限，覆盖面太窄，教学资源利用率低。竞赛和专业课程结合不够紧密，和课程设计等实践课在学生实践能力培养上相互之间过于独立，也在一定程度上分散了学生的精力，使实践难以深入，进一步影响了以赛促学的初衷。如何加强学科竞赛与课堂教学的融合是需要解决的一个问题。

最后，实践和创新能力培训的针对性不强，缺乏系统性的规划和设计。对于探索性的实验分析，提炼力学模型的能力以及软件的使用仅仅靠学生自学往往是不够的，这需要建立好系统的学习体系，整合学习资源，并创造学习环境，从而实现以赛促学的效果。[5]目前许多高校以学科竞赛为载体的创新实践平台在管理上还存体系不完善、效率不高等问题，没有建立具体的能力培养体系。因此，如何科学合理地构建以学科竞赛为载体的创新实践体系，保证创新实践平台的高效运行，也是亟待解决的关键问题。

2 基于学科竞赛建立系统性的力学类课程教学体系

教育部《中国教育现代化2035》八大理念的提出给我们的教学改革指明了方向，我们可以以此为契机，根据专业特色进行更广泛全面地教学模式探索和改革。

（1）建立多元化的力学类课程网络教学平台。一方面要加强资源共享和分类，促进教学资源和竞赛资源的融合。随着现代信息技术日趋成熟，在网络环境下的课堂教学已演变为一种普遍的开放式教学形式。针对土木工程专业而言，把力学类课程进行分类整合，通过划分难度系数将各门力学课程的教学将资源分类，能够满足不同层次的学生对于教学资源的需求。另一方面利用网络教学平台建立全方位的交互体系，将课堂学习延续到课外，营造良好学习氛围。构建教师与教师，教师与学生以及学生与学生之间的全方位交流互动环境，鼓励并引导学生之间在平台上交流学习，为启发式教学提供空间。对于结构设计竞赛中的典型力学问题和解决方案，可以整理为案例供教学和竞赛参考。将以“教师为中心”的教学模式向以“学生为中心”的教学模式的转化，使学生“探究学习、合作学习、自主学习、创新学习”的能力得到较大程度的提高。

（2）整合教学内容和教学形式，创建“理论-实践-创新”三位一体的教学体系。将竞赛内容进行简化分解后融入到力学基础课程的教学内容中，能大大地丰富理论教学内容，增强理论教学与实践的互动性。让学生在上课的同时能够接触到学科竞赛背后的基础理论知识，让学生对竞赛不再感到神秘，激发学生对理论知识学习的积极性。比如结构竞赛中的静载荷作用下杆件的受力和变形分析可分解为结构力学知识，杆件的稳定性分析可分解为材料力学知识，材料的力学性能可以通过材料力学实验进行测定，同时动载荷作用下的杆件受力分析可结合相关专业课知识进行分析。同时进一步加强课程与课程之间，竞赛培训与基础教学之间以及理论与实践之间的交叉融合，培养学生的应用能力和研究兴趣。一方面让学生学会充分利用实验室资源以理论指导实践，在实践中寻找创新的灵感;另一方面学生可以通过实践验证创新性设计，再通过理论来分析实践成果背后的基本原理，形成“理论-实践-创新”三位一体的完整教学体系。

（3）建立长效激励机制，细化教学培养目标，强化过程考核。很多学校都制定了严厉的督学管理制度，通过行政管理的手段来监督学生学习，这样的方法是有缺陷的，强制和压迫的督学措施一方面会引起学生的逆反心理，另一方面会磨灭学生自主学习和自主探索的兴致。我们应当尊重学生、相信学生、依靠学生，把学习的权利还给学生，让课堂充满鲜活的生命力，努力改变学生被动学习甚至厌恶学习的现状，通过建立有效的激励措施和轻松的教学氛围，帮助学生在课堂上找到学习的快樂，在竞赛中获得成功的体验。要明确课程考核和评价要求，从学生成长的角度设计过程考核形式。比如评分方式可以采取积分式，即不同类型的题有不同的积分，每个章节的学习需要完成一定量的积分，做错题积分为0，即不扣积分，只要每个知识点能完成相对应总积分即可。“加分制”比传统的“扣分制”更能体现出对学生学习成果的认可，增强其学习自信心，让学习目标更具体，同时还利于发挥学生学习的主观能动性，传递的是一种人文的关怀和积极进取的价值观。

（4）坚持“以赛促教”和“以教促赛”，推进“赛教融合”。根据学生的基础能力和学科特点建立系统的学科竞赛培训体系。充分利用现有的教学资源和教师资源，进行统筹安排，通过培训进度的及时反馈，调整培训安排，做到因材施教。注重总结和传承，建立成长型的教学和培训体系，不断完善课堂教学模式，提升竞赛组织能力，积累竞赛经验，丰富竞赛资源，使得硬实力和软实力能够同步成长。通过竞赛将学生知识应用能力的缺陷和需求反馈给专业课程教学，不仅能促进专业课程教学的改革，使竞赛受益面扩大，同时理论教学中总结的经验也可促进竞赛水准的不断提高，学生和教师共建共享教学资源，通过“以赛促教”和“以教促赛”实现“教赛融合”，推进教育现代化进程。

3 总结

通过加强学科竞赛与力学类课程教学的深度融合，提高学生的实践创新能力是工程教育现代化人才培养所提出的全新的、核心要求。通过分析学科竞赛和力学传类课程教学存在的问题和瓶颈，提出了基于促进学科竞赛与力学类课程教学融合的改革方法。运用信息化教学手段，实现资源共享和平台共建，建立了“理论-实践-创新”三位一体教学体系。通过创建有效的激励机制和良好的学习氛围，突出了“以学生为中心”的教育理念和实施方法，为加快推进教育现代化提供了参考。

参考文献

[1] 张王乐元，王景波，王世杰，代东东.基于结构竞赛的应用型工科大学生创新精神培养实践研究[J].实践·探索，2016（5）：67-69.

[2] 王步，武贤慧，黄小乐.基于学科竞赛的土木工程大学生力学课程知识应用能力评价[J]高等理科教育，2017（4）：110-114.

[3] 陈艳霞，张伟伟，李兴莉，张柱.以力学竞赛促进基础力学课程的教改与创新[J].高教学刊，2018（20）：43-44.

[4] 王敏容，钟志恒.以力学竞赛促进力学课程教学改革探讨[J].黑龙江教育，2018（6）：22-23.

[5] 王磊，乔扬，王雪冰.论工程教育专业认证背景下工程力学实验教学改革[J].合肥学院学报，2019.36（2）：131-135.