应用型人才培养模式下课程教学改革探讨——以结构力学课程为例

刘娟 徐爽 付春 王文武 白雪卫

1.辽宁石油化工大学土木工程学院，辽宁 抚顺 113001

2.沈阳农业大学工程学院，辽宁 沈阳 110866

结构力学是土木工程及相关专业必修的一门专业基础课，它既是前续数学及力学课程的深化和延伸，又是后续混凝土、钢结构设计与原理等专业课程的基础，对培养优秀的具有深厚力学基础的建造师起着至关重要的作用。在结构力学课程的教学过程中，一方面要求学生具有扎实的力学基础理论，另一方面要注意发挥实践训练对学生深刻理解结构力学课程知识具有的重要作用。传统的结构力学教学模式遵循“教材内容—课件制作—课堂讲授—作业解题”的过程，存在偏重理论讲解、实践训练不足的问题。而近几年来，随着高校大学生结构设计竞赛次数的增多，在参赛模型的制作过程中，传统的结构力学教学模式的弊端逐渐显示出来，如学生对如何建立力学分析模型不熟练、不会正确运用书本上学过的理论来解决实际工程问题，学生的团队协作意识不强。为提高土木工程人才培养质量，适应新时期人才培养的要求，结构力学课程亟须进行调整与改革，在授课过程中应适当增加相关案例、引入思政元素。

一、应用型人才能力培养及课程思政的必要性

改革开放以来，我国大部分高校提倡培养应用型与创新型人才。所谓应用型人才，是指知识、能力、素质全面发展的高素质人才，能熟练掌握社会生产或社会活动一线的基础知识和基本技能，既有丰富的理论知识和专业技能，又能够理论联系实际，是适应新时代发展需要的高等专业技术人才。当前我国经济建设及高校转型急需大批应用型人才。

高等教育是大学生思想和价值取向的定型阶段，因此大学专业课程教学也要适当渗入思政元素，对学生进行正确的引领。所谓的课程思政，即在各门课程的授课过程中，将具有中国特色的政治制度、优秀传统文化等适时融入课堂教学中，积极地引导学生坚定不移地跟党走，培养学生探索未知、追求真理、团结协作、勇攀科学高峰的使命感和责任感。专业教师在实施课程思政的过程中，要自觉地将知识传授与价值引领相结合，自觉地将立德树人根本任务贯穿教育教学全过程。尤其要以案例的形式融入课程思政教育，让学生在不知不觉中受到启发，从而激发学生的爱国热情、增强学生的责任心，引导学生树立远大理想，为祖国的腾飞做出自己的贡献。

二、目前结构力学教学过程中存在的问题及原因分析

（一）教学方法、手段及考核评价模式单一

结构力学是一门实践性很强的课程，但部分教师将其视为纯理论课程来开展教学活动，主要关注如何正确完成计算和绘图，较少涉及与之相关的实际工程问题。同时，还存在教学方法单一、教学案例陈旧、“灌输式”教学等问题，尤其是一些教师过于依赖多媒体技术，呈现出课件“信息量”大，但学生的“吸收率”低的现象。目前，结构力学的考核以期末考试成绩为主导，以学生平时成绩为辅助。平时成绩分数的给定缺少客观的依据，而且平时成绩并不足以反映学生对本门课程的真实掌握情况。这种评价方式又缺少应用课程理论知识解决工程实践问题的考核，这与当前应用型改革的基本精神是不吻合的。

（二）学生对书本上的教学案例的认知有限，缺乏直观的了解

教学过程中笔者发现，学生对书本上的案例仅仅停留在文字的描述和简化的平面图形上，由于知识与经验的不足，学生缺乏对真实结构的想象和深刻的理解。如求解桁架结构时，学生很容易利用结点法及截面法求解桁架杆件的内力，但当具体模型摆在面前时，他们却不能很好地判断哪些杆件是拉杆或压杆、哪些杆件产生的内力较大，进行具体模型设计时也很难抉择何处该加固、何处该简化，结点该如何处理等问题也不能很好地解决，造成结构设计不合理、理论教学严重脱离实践。

（三）教学中缺少完整的、可验证的、具有实操性的工程案例设计

结构力学课程教材章节内容划分明确，尤其是超静定的求解方法分为四个章节，教材针对每一种方法安排了较多的习题，却缺少将各个章节内容打通的案例，导致学生思维方式定格。现实生活中，学生所接触的模型均为实体结构，其设计涉及的知识面广，如果学生没有经过综合训练，就很难理解如何综合应用相应的知识点建立对应的力学模型。

事实上，上述结构力学教学过程中出现的问题，在国内兄弟院校中都或多或少存在。为进一步培养大学生创新意识、团队协同和工程实践能力，切实提高创新人才培养质量，构建高校工程教育实践平台，浙江大学于2005年组织承办了第一届全国大学生结构设计竞赛，至今该赛事已连续举办了十一届，成为全国性九大学科竞赛资助项目之一。全国大学生结构设计竞赛是由高等学校土木工程学科专业指导委员会与中国土木工程学会教育工作委员会等联合主办的，要求学生运用白卡纸或竹材、乳胶等材料，设计出符合竞赛要求的结构模型。这个比赛具有一定的挑战性和创造性，能将结构力学相关理论与实际工程紧密结合起来。

下面以2019年辽宁省大学生结构设计竞赛主题“山地输电塔模型设计与制作”为例进行介绍。竞赛以宏伟而富有特色的高耸构筑物为背景，提出该结构设计的总体模型，分析模型主题与承台板连接的基本要求，确定对应的材料和工具，并对模型制作时间、模型加载和评判分别进行说明，最后对评分标准进行明确说明。比赛不只是对学生理论知识、实践动手能力的考核，更是对学生实际应用能力的考核。例如完成模型制作后，要求学生对三个级别的加载情况进行预报。这就需要参赛学生具备理论计算、结构形式选择、模型做工的能力，尤其是要具备结点处理、对结构在拉压弯剪扭等的综合受力情况进行分析的能力。同时，这也是对学生赛前结构选型、模型制作熟练程度、软件加载模拟情况及现场模型实际加载情况等的检验，如果学生没有扎实的实践操作能力，就可能会导致加载环节的失败。

竞赛题目及要求对当前结构力学本科教学改革工作有着重要启示。其一，结构力学是一门实践性很强的课程，教学过程中应营造良好的学习研究氛围，注重在实践中锻炼学生的动手操作能力及创新能力。其二，上课过程中应注重理论联系实际，以对结构模型结构是否合理的分析开展教学，将所学理论知识灵活运用到具体实践中，这才是理论学习的真正目的。其三，应激发学生学习的主动性，培养其自主创新的意识和能力，避免以“灌输式”教育的方式来主导结构力学课程，破解教学内容呆板、教学方法单一、教学考核机制不合理等一系列问题。

（四）课程实践过程中，部分学生表现出责任心不强、缺乏团结协作意识

勇于担当、团结协作是当代大学生必须具备的品质。一些大学生不同程度地存在诚信意识淡薄、社会责任感缺乏及团结协作意识不强等问题。例如在结构力学课程设计过程中，可要求学生分小组合作，共同制作结构模型。这就要求学生分工明确、团结协作，每个人在认真完成本人的模型任务的同时，还要与其他同学的模型进行精细的连接，这样才能保证整体模型制作符合要求、受力状态良好。部分学生缺乏团队意识，只负责自己所承担的模型，不顾及自己的模型与其他同学的模型的拼接效果，最终导致小组的整体模型制作不理想，得分较低。这种行为就是责任心欠缺、团队意识淡薄的表现，很有必要在课程教学过程中通过思政教育加以规范引导。

三、改进方案

课程组围绕人才培养方案的修订与实施，以提高学生综合素质、工程实践能力、创新能力为目的，以教学方式、考核评价和课程体系的改革为先导，以传统课堂教学方式为依托，引进结构设计竞赛、工程案例教学，力求结构力学课程与工程实践紧密结合，力求以案例形式渗入思政元素，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，使学生在接受专业知识的同时，强化思想教育，认清时代责任和历史使命，形成勤奋刻苦的内驱力，进而大大提高专业课的教学效果，形成注重应用型人才能力培养的教学体系。

（一）以竞赛促进结构力学课程案例建设

依据全国结构设计大赛基本精神，可以尝试做好以下几个方面的工作：其一，遵循该门课程实践性较强的特点，实现对授课内容的调整，适当减少复杂理论公式的推导，对应用性较强的内容要重点讲解；其二，丰富结构力学课程体系，构建与计算方法对应的教学案例，实现课程案例的不断丰富；其三，积极关注其他院校相关专业的发展状况，借鉴当前较新颖的案例，将其作为课堂或课下的拓展资源，以激发学生的学习热情。

（二）以竞赛促进结构力学课程教学方式的改变

从以下几个方面实现结构力学课程教学方式的改变：其一，课堂授课过程中应避免单一灌输，采用灵活多样的教学方法，如小组讨论教学法、案例教学法等，促进学生养成独立思考的习惯。其二，要充分利用多媒体教学资源将复杂理论以生动、形象的方式呈现，使学生尽快掌握知识难点，以实现理论教学的高效性。其三，要把握好理论教学与实践教学的衔接点。在理论教学之后，应尽量在较短的时间内开展与理论知识点对应的实践教学。以竞赛模型为例，可以让学生建立简化模型，根据不同结构类型、不同荷载工况，建立最优化结构模型，实现对所学相关理论知识的巩固以及动手操作能力的全面提升。教师要提升教学效能，激发学生的学习兴趣，引导学生深入思考、提升学习体验，最大限度地发挥课程的价值渗透和价值引领作用。

（三）完善结构力学课程考核评价体系

结构力学课程考核评价应增加结构设计成绩的比重。可以校内竞赛的形式组织学生按照模型设计条件，以小组为单位开展结构模型设计，包括理论计算书、模型制作及加载等环节，依据最终成绩，按一定比例纳入学生总体成绩中。

（四）通过模型设计竞赛打通章节脉络，构建完整知识体系

结构设计竞赛的主题是“低碳与环保”，要求结构设计精巧、制作工艺精湛。设计作品成功与否取决于模型设计过程中的荷重比，也就是利用最少的材料承载最大的重量，这与结构力学的学习任务相吻合。为了响应竞赛主题，首先要通过理论分析初定结构模型形式、所用杆件数量、杆件截面参数、结点连接方式等，然后通过力学求解软件计算杆件内力及位移测定点位移量，再反复对以上结构形式及各种参数进行调整，直到达到最佳效果。这就需要学生对结构力学相应章节的知识内容（包括结构的组成分析、静定及超静定结构在静荷载与动荷载作用下的内力及位移计算）融会贯通，科学合理地进行结构模型设计。

（五）在课程实践过程中逐步融入思政元素，激发学生的担当意识、团队协作意识和爱国情怀

在教学中，可让学生先就案例进行分组讨论，然后让各小组团队提出较合理的结构方案，师生最后评选出最优理论方案小组，给予一定的奖励。这样能够促进小组成员竭尽全力为小组荣誉而共同努力。在模型设计的过程中，组员在精心制作自己的模块的同时，注意与团队中其他成员密切配合，从而培养了团队精神。这个过程能激励学生为了集体目标而奋斗，在潜移默化中实现了思政教育，激发了当代大学生的担当意识、团队协作意识和爱国情怀。

四、结语

总之，课程组围绕人才培养方案的修订与实施，以提高学生综合素质、工程实践能力、创新能力，激发学生爱国情怀为目的，以教学方式、考核评价和课程体系的改革为先导，以传统课堂教学为依托，同时引进结构设计竞赛、工程案例教学及课程思政教育，力求将结构力学课程与工程实践紧密结合，立足竞赛、服务竞赛，进而构建出名副其实的应用型课程，形成注重应用型人才能力培养的教学体系，在施教过程中潜移默化地渗入思政元素，从而提高结构力学的课程教学质量，培养出符合社会要求的新一代大学生。