新时代新工科背景下“结构力学”课程教学改革探索

刘京红 刘永华 刘克玲 王文婕 刘晓健 潘静 焦凤瑀

天津城建大学土木工程学院 天津 300384

“结构力学”课程作为工科类院校的专业基础课，一方面它以“高等数学”“理论力学”“材料力学”等课程为基础，为工程技术人员培养工程素质，提供解决工程问题的基本方法和原理；另一方面，它又是“混凝土结构设计原理”“钢结构设计原理”“工程结构抗震原理”“高层建筑结构设计”等专业课的基础，为后续课程提供必需的基础知识和计算方法，“结构力学”课程在整个工科课程体系中处于承上启下的关键地位[1]。

1 “结构力学”课程特点及课程现状

1.1 “结构力学”课程特点及现状

“结构力学”作为一门重要的专业基础课，其主要任务是研究各类结构的组成规律和受力性能、在荷载及各种因素作用下的内力和变形、动力性能与稳定性。新时代新工科建设的需求，要求学生熟练使用结构设计与分析软件，能对各类杆件结构进行计算并对计算结果进行校核，对各类结构内力分布的合理性做出定性判断[2]。然而，在当前教学模式下，多数工科院校的“结构力学”教学状况不容乐观：“结构力学”教学内容与土木工程行业发展存在一定的脱节现象，课程考核评价方法不能体现价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的综合培养要求[3]。

新时代新工科背景下，高等工科院校培养的人才应具有鲜明的工程技术应用特征，培养适应国家发展需要、服务地方经济、在建设生产工程中能承担技术或管理工作的复合型应用人才[4]。近年来，随着高校课程改革不断推进[5]，评价高等工科院校培养符合新时代新工科要求的工程师人才的关键问题是“结构力学”课程改革的目标准确问题，在工科院校“结构力学”课程课时不断被压缩的情况下，如何保证并提高“结构力学”的教学效果成为亟待解决的问题。

天津城建大学“结构力学”教学团队根据课程教学目标、学校办学定位、地方经济特点及新时代工程技术热点，对“结构力学”课程教学实践内容不断进行改革，满足国家对工科院校“结构力学”课程内容基本要求的同时，充分重视学生学习的主动性及实践应用创新能力的培养。

1.2 “结构力学”课程建设发展历程

团队坚持适应社会需要、不断改革创新、完善课程体系、更新教学内容、改进教学方法、切实提高人才培养质量。“结构力学”教学团队坚持以提高学生的力学素质、培养分析和解决实际工程问题的能力为目标，在四十多年的建设与实践中，逐渐形成以板书为主、多媒体技术为辅的课堂教学模式，丰富的网络教学资源和便捷的自我检测功能为学生课后复习及学习提供了多种渠道，课上课下形成一个完整的教学体系。“结构力学”课程建设与教学改革过程可划分为三个阶段：

1.2.1 第一阶段：课程建设与教学改革探索与实践阶段(2004年之前)

1988年创建“天津城市建设学院结构力学试题库”并通过专家鉴定，2000年国家工科力学基础课程基地通过国家教委的验收。“结构力学”网络课程于2002年初开设并运行，自行研制“结构力学”教学课件和标准电子教案以及“有限单元法结构计算器”等辅助教学CAI软件。课程组教师开发了“结构力学选题器”“学习自测评价”等CAI辅助教学软件。2004年《结构力学》获批天津市精品课程，2004年“《结构力学》课程改革与实践”获天津市教学成果二等奖。

1.2.2 第二阶段：推进现代信息技术与教育教学深度融合阶段(2004年—2018年)

2004年以来，初步形成“结构力学”课程网络教学系统，2008年“结构力学精品课程再建设的探索与实践”获天津城市建设学院教学成果特等奖。课程组教师参与了“力学模块化”教学改革与实施，取得了良好的教学效果。2009年“土建类力学系列课程改革与实践”获天津市级教学成果二等奖。

1.2.3 第三阶段：教学模式创新和应用的革新阶段(2019年至今)

019年以来，在工程教育专业认证大背景下，推动以学生为中心的课堂教学变革，重构了“结构力学”课程的总体培养目标。从思政元素融入教学、课程知识模块划分、课堂教学设计、课程考核方法及教学质量保障机制等方面进行教学改革，逐步构建线上线下相结合的教学模式，提高学生的课堂参与度与学习兴趣，培养学生应用基本力学知识解决实际工程问题的结构分析能力与创新意识。2019年获批天津市级工科力学课程教学团队；获批2020年天津城建大学“课程思政”示范课建设项目、2021年天津城建大学“一流本科课程”建设项目和2022年天津城建大学教育教学改革与研究项目(教材专项)。

2 课程与教学改革要解决的重点问题

2.1 课程内容资源建设

对标行业人才需求标准，确定“结构力学”课程的教学内容为：平面杆件体系的构造分析、静定结构受力分析、结构位移计算、超静定结构受力分析、影响线及其应用、结构动力分析、工程实践。

以学生为中心，遵循学生的认知规律，通过专业人才培养目标成果产出为导向反向设计教学方案，将“结构力学”课程的课堂教学划分为：

(1)基本理论模块：采用质疑式教学，带领学生应用已经掌握的力学原理与方法对问题进行分析；

(2)工程实训模块：采用启发式和提问式教学，培养学生应用基本力学理论分析和解决实际工程问题的能力；

(3)拓展提升模块：采用课后讨论形式，组织学生分组讨论，培养学生应用基本力学理论分析和解决复杂工程问题的创新意识。

增加课程实践内容；鼓励学生参加国家级、市级和学校举办的各类结构设计竞赛及科研项目，培养学生爱国敬业的工匠精神、正直公正的社会责任意识、分析和解决实际工程问题的能力，同时锻炼学生的实践能力。鼓励学生参加教师科研项目，教师可以和学生分享科研经验、人生感悟，从而培养学生团结协作、谦虚守信的工程师素养，实现“结构力学”课程思政的教学目标，提高学生对课程的关注，激发学生的工程意识和工匠精神。

课堂教学模式采用小班授课，效果良好。以超星学习通为应用平台，建设线上学习资源，采用面授与线上辅助教学相结合的方式开展；课堂教学以板书为主、多媒体课件和学习通应用为辅，丰富的网络教学资源构成了与面授同步的辅助教学系统；课堂上利用线上资源增加师生互动，提高学生的参与度和学习兴趣；课下学生可利用线上考试检验课程的学习效果；开发了“力学互助帮”手机应用，学生可以随时随地根据软件自动生成的题目进行练习，有效巩固课堂知识并检验课上学习的效果。

2.2 授课教师转变教育教学理念

课程主讲教师均具有丰富的“结构力学”课程教学经验，教学团队高度重视教师的工程实践能力培养，支持和鼓励教师参加科技特派员工作、工程项目实践和执业(职业)资格考试。兼具工程背景和注册工程师执业资格证书的教师对培养学生的工程能力将起到显著作用。课程组教师注重“结构力学”教学研究和课程建设，培养学生应用基本力学知识解决实际工程问题的分析能力与创新意识。通过指导学生参加“国家级大学生创新创业大赛”等方式，实现“以赛带教”“以赛促学”。课程主讲教师被聘为天津市“危大工程”专家委员会专家，多次参加“危大工程”项目评审，积累的大量工程案例很好地反哺了课堂教学。

现代信息技术快速发展推动教育质量提升，形成“互联网+结构力学”新形态。团队全体教师以深化课程建设、全方位网络教学资源开发与利用为目标，在师资队伍建设、建立教学文档和管理文件、优化教学内容、更新教学手段、建设特色教材、整合教学资源等方面做了大量的工作，取得了阶段性成果。

结语

在新时代新工科背景下，天津城建大学“结构力学”教学团队在以学生为中心的教学理念指导下，转变教育教学理念，积极开展“结构力学”课程建设。通过专业人才培养目标成果产出为导向反向设计教学方案，“结构力学”课程教学内容贯穿融入思政元素，采用线上线下、课前课中课后互动教学模式，结合多元化质量评价，使学生掌握“结构力学”基本理论与计算的同时，提高了分析解决专业相关力学问题的能力。教学改革实践结果表明：学生对“结构力学”课程的关注度普遍提高，有效提升了学生的学习动力、学习能力和创新思维，达到了教书与育人的教学目标。