面向現代化的土木工程大學生力學類課程教學模式研究

彭楚才 王光輝 童小龍 李斌

摘 要 針對教育現代化對于高素質應用型土木工程專業人才培養提出的新要求，本文以學科競賽為紐帶，開展了力學類課程“理論-實踐-創新”三位一體教學模式研究。通過分析學科競賽與力學理論、實踐教學的關聯機制，總結了學科競賽培訓體系與力學基礎課程教學的現狀與瓶頸，并基于信息化教學平臺建立了力學類課程立體化教學體系。

關鍵詞 教育現代化 立體化教學 力學類課程

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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

力學系列課程是土木工程專業的重要專業基礎課，包括了理論力學、材料力學、結構力學、土力學、流體力學、有限元與程序設計等多門課程，[1]在整個專業課程體系中起著基礎和框架的作用。然而，傳統的力學課程教學與工程實踐脫節，我們需要打破以往過分側重理論知識傳授而忽視對學生創造性能力培養的教學模式，全面提高學生運用專業知識解決工程實際問題的能力、培養創新意識和團隊合作精神。通過以學科競賽為依托來推動辦學模式和培養模式的多元化發展，促進教與學的一體化進程是目前比較有效的教學改革方法之一。

本文以學科競賽為紐帶，將力學類實驗和理論課程關聯起來，通過信息化的教學平臺將教學互動延伸到課外，提升課堂教學互動的深度和廣度。通過對力學類課程體系與學科競賽指導進行統籌安排，實現課程教學資源整合與知識體系多層次推進，將因材施教，協同創新，互助合作的教學理念融入到教學的各個環節中。

1 力學課程教學與學科競賽目前存在的問題

力學競賽與結構模型競賽是土木專業的兩大重要學科競賽項目，該兩項競賽均包括國賽和省賽，同為我國高等教育最高層級的大學生科技競賽活動之一。[2]兩項學科競賽一項測重于理論，一項側重于實踐，對于學生力學基礎知識的掌握及運用能力的培養是相互補充，相互促進的。隨著“以本為本”教學理念以及“強基計劃”的提出，很多高校對學科基礎教育以及學科競賽都給予了高度的重視，但是在教學和參賽過程中仍然存在不少問題。通過我院在長期教學實踐中進行的探索和分析，將面臨的問題總結為四個方面：

首先，不論力學類課程還是力學競賽的理論教學，目前各高校多以“灌輸式”的教學方式為主。隨著信息時代的到來，“信息化教學”“網絡課堂”“翻轉課堂”等新的教學模式給傳統的課堂教學模式帶來較大的沖擊，學科競賽（如結構設計競賽）對于各種力學分析軟件的使用也給我們基礎力學的教學提出了新的要求。怎樣調動學生的學習積極性，突破時間和空間對于力學教學的束縛，增加力學教學的深度和廣度是我們面臨的一個挑戰。

其次，學生對于學科競賽認識度不夠，缺乏主動性。力學競賽往往包括校賽，省賽和國賽，只有國賽才設置了團體實驗項目，由于比賽性質和比賽規模地控制，團體賽地入圍門檻比較高，大部份高校不具備參加具有較強實踐性和創新性的團體實驗競賽項目的資格，所以這就使得很多學生片面地認為力學競賽只是純粹的理論競賽。[3]而結構設計競大家更加注重的是結構整體設計和手工工藝訓練，而往往忽略了用力學知識來指導和優化方案。認識的片面性和局限性必然會影響到參賽的積極性和熱情度。

再次，競賽培訓與課堂教學分離，以賽促學的效果不佳。力學競賽的知識點覆蓋了“理論力學”和“材料力學”兩門課程，與傳統的力學課堂教學相比，力學競賽的筆試題無論從知識點的深度，賽題的抽象性，還是從解題的技巧性都要高得多。[4]同樣，結構設計競賽與土木工程的相關專業課程有良好的對接關系。選手們不僅要有扎實的基礎知識，豐富的專業知識，同時還要借助相關專業軟件進行計算分析。因此，各高校往往在校賽選拔后，會對參賽的選手或團隊進行集中培訓。但課堂外的競賽培訓人數往往有限，覆蓋面太窄，教學資源利用率低。競賽和專業課程結合不夠緊密，和課程設計等實踐課在學生實踐能力培養上相互之間過于獨立，也在一定程度上分散了學生的精力，使實踐難以深入，進一步影響了以賽促學的初衷。如何加強學科競賽與課堂教學的融合是需要解決的一個問題。

最后，實踐和創新能力培訓的針對性不強，缺乏系統性的規劃和設計。對于探索性的實驗分析，提煉力學模型的能力以及軟件的使用僅僅靠學生自學往往是不夠的，這需要建立好系統的學習體系，整合學習資源，并創造學習環境，從而實現以賽促學的效果。[5]目前許多高校以學科競賽為載體的創新實踐平臺在管理上還存體系不完善、效率不高等問題，沒有建立具體的能力培養體系。因此，如何科學合理地構建以學科競賽為載體的創新實踐體系，保證創新實踐平臺的高效運行，也是亟待解決的關鍵問題。

2 基于學科競賽建立系統性的力學類課程教學體系

教育部《中國教育現代化2035》八大理念的提出給我們的教學改革指明了方向，我們可以以此為契機，根據專業特色進行更廣泛全面地教學模式探索和改革。

（1）建立多元化的力學類課程網絡教學平臺。一方面要加強資源共享和分類，促進教學資源和競賽資源的融合。隨著現代信息技術日趨成熟，在網絡環境下的課堂教學已演變為一種普遍的開放式教學形式。針對土木工程專業而言，把力學類課程進行分類整合，通過劃分難度系數將各門力學課程的教學將資源分類，能夠滿足不同層次的學生對于教學資源的需求。另一方面利用網絡教學平臺建立全方位的交互體系，將課堂學習延續到課外，營造良好學習氛圍。構建教師與教師，教師與學生以及學生與學生之間的全方位交流互動環境，鼓勵并引導學生之間在平臺上交流學習，為啟發式教學提供空間。對于結構設計競賽中的典型力學問題和解決方案，可以整理為案例供教學和競賽參考。將以“教師為中心”的教學模式向以“學生為中心”的教學模式的轉化，使學生“探究學習、合作學習、自主學習、創新學習”的能力得到較大程度的提高。

（2）整合教學內容和教學形式，創建“理論-實踐-創新”三位一體的教學體系。將競賽內容進行簡化分解后融入到力學基礎課程的教學內容中，能大大地豐富理論教學內容，增強理論教學與實踐的互動性。讓學生在上課的同時能夠接觸到學科競賽背后的基礎理論知識，讓學生對競賽不再感到神秘，激發學生對理論知識學習的積極性。比如結構競賽中的靜載荷作用下桿件的受力和變形分析可分解為結構力學知識，桿件的穩定性分析可分解為材料力學知識，材料的力學性能可以通過材料力學實驗進行測定，同時動載荷作用下的桿件受力分析可結合相關專業課知識進行分析。同時進一步加強課程與課程之間，競賽培訓與基礎教學之間以及理論與實踐之間的交叉融合，培養學生的應用能力和研究興趣。一方面讓學生學會充分利用實驗室資源以理論指導實踐，在實踐中尋找創新的靈感;另一方面學生可以通過實踐驗證創新性設計，再通過理論來分析實踐成果背后的基本原理，形成“理論-實踐-創新”三位一體的完整教學體系。

（3）建立長效激勵機制，細化教學培養目標，強化過程考核。很多學校都制定了嚴厲的督學管理制度，通過行政管理的手段來監督學生學習，這樣的方法是有缺陷的，強制和壓迫的督學措施一方面會引起學生的逆反心理，另一方面會磨滅學生自主學習和自主探索的興致。我們應當尊重學生、相信學生、依靠學生，把學習的權利還給學生，讓課堂充滿鮮活的生命力，努力改變學生被動學習甚至厭惡學習的現狀，通過建立有效的激勵措施和輕松的教學氛圍，幫助學生在課堂上找到學習的快樂，在競賽中獲得成功的體驗。要明確課程考核和評價要求，從學生成長的角度設計過程考核形式。比如評分方式可以采取積分式，即不同類型的題有不同的積分，每個章節的學習需要完成一定量的積分，做錯題積分為0，即不扣積分，只要每個知識點能完成相對應總積分即可。“加分制”比傳統的“扣分制”更能體現出對學生學習成果的認可，增強其學習自信心，讓學習目標更具體，同時還利于發揮學生學習的主觀能動性，傳遞的是一種人文的關懷和積極進取的價值觀。

（4）堅持“以賽促教”和“以教促賽”，推進“賽教融合”。根據學生的基礎能力和學科特點建立系統的學科競賽培訓體系。充分利用現有的教學資源和教師資源，進行統籌安排，通過培訓進度的及時反饋，調整培訓安排，做到因材施教。注重總結和傳承，建立成長型的教學和培訓體系，不斷完善課堂教學模式，提升競賽組織能力，積累競賽經驗，豐富競賽資源，使得硬實力和軟實力能夠同步成長。通過競賽將學生知識應用能力的缺陷和需求反饋給專業課程教學，不僅能促進專業課程教學的改革，使競賽受益面擴大，同時理論教學中總結的經驗也可促進競賽水準的不斷提高，學生和教師共建共享教學資源，通過“以賽促教”和“以教促賽”實現“教賽融合”，推進教育現代化進程。

3 總結

通過加強學科競賽與力學類課程教學的深度融合，提高學生的實踐創新能力是工程教育現代化人才培養所提出的全新的、核心要求。通過分析學科競賽和力學傳類課程教學存在的問題和瓶頸，提出了基于促進學科競賽與力學類課程教學融合的改革方法。運用信息化教學手段，實現資源共享和平臺共建，建立了“理論-實踐-創新”三位一體教學體系。通過創建有效的激勵機制和良好的學習氛圍，突出了“以學生為中心”的教育理念和實施方法，為加快推進教育現代化提供了參考。

參考文獻

[1] 張王樂元，王景波，王世杰，代東東.基于結構競賽的應用型工科大學生創新精神培養實踐研究[J].實踐·探索，2016（5）：67-69.

[2] 王步，武賢慧，黃小樂.基于學科競賽的土木工程大學生力學課程知識應用能力評價[J]高等理科教育，2017（4）：110-114.

[3] 陳艷霞，張偉偉，李興莉，張柱.以力學競賽促進基礎力學課程的教改與創新[J].高教學刊，2018（20）：43-44.

[4] 王敏容，鐘志恒.以力學競賽促進力學課程教學改革探討[J].黑龍江教育，2018（6）：22-23.

[5] 王磊，喬揚，王雪冰.論工程教育專業認證背景下工程力學實驗教學改革[J].合肥學院學報，2019.36（2）：131-135.