基于卓越工程師班的《工程力學(xué)》課程教學(xué)探討

王 偉 許衛(wèi)鍇 海 洪

（[1]宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院 江蘇·宿遷 223800；[2]沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院 遼寧·沈陽(yáng) 110168）

0 引言

對(duì)于課程的教學(xué)改革工作是目前各個(gè)高校都在進(jìn)行的一項(xiàng)重要工作，該項(xiàng)工作的目的就是為了提升本科教學(xué)的水平，達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)，為社會(huì)提供符合建設(shè)要求的人才。為了響應(yīng)教育部提出的關(guān)于建設(shè)一流大學(xué)以及提升人才培養(yǎng)的相關(guān)要求，土木工程專業(yè)針對(duì)卓越工程師班的《工程力學(xué)》課程，我們從各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)相關(guān)改革與創(chuàng)新。針對(duì)工科專業(yè)的學(xué)生，作為專業(yè)基礎(chǔ)課的力學(xué)課程為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了重要的基礎(chǔ)。

在以往的教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，比如學(xué)生認(rèn)為力學(xué)課程學(xué)習(xí)起來(lái)太枯燥乏味，所以主觀學(xué)習(xí)能動(dòng)性不強(qiáng)，導(dǎo)致對(duì)教學(xué)內(nèi)容掌握情況比較差，在后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)過(guò)程中，不能將所學(xué)力學(xué)知識(shí)應(yīng)用其中；還有一些課程的內(nèi)容有重復(fù)，比如在材料力學(xué)中講述了用撓曲線近似微分方程的方法求解靜定結(jié)構(gòu)的撓度和轉(zhuǎn)角，而在結(jié)構(gòu)力學(xué)中又講述了利用虛功的互等定理推導(dǎo)出靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的一般公式以及圖乘法等，而一般情況下結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法會(huì)更容易計(jì)算一些。再比如在材料力學(xué)中講述了計(jì)算簡(jiǎn)單超靜定結(jié)構(gòu)的方法，而在結(jié)構(gòu)力學(xué)當(dāng)中對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算有力法、位移法、力矩分配法等等更詳細(xì)的方法。如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容安排，不僅不能調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)力學(xué)課程的興趣，也會(huì)造成課堂時(shí)間的浪費(fèi)。

我校針對(duì)卓越工程師班的《工程力學(xué)》課程整體教學(xué)內(nèi)容還是包含了理論力學(xué)的靜力學(xué)部分和材料力學(xué)的大部分內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)力學(xué)主要內(nèi)容。課程分為工程力學(xué)（3）和工程力學(xué)（4）、工程力學(xué)（5），其中工程力學(xué)（3）包括了8學(xué)時(shí)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)。我們的教學(xué)目標(biāo)是希望學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本課程后，可以掌握物體系統(tǒng)的受力、構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的分析方法以及平面桿件結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的基本概念、基本原理和基本方法，并且了解各類結(jié)構(gòu)的受力性能以及平面桿件結(jié)構(gòu)的基本分析方法，了解不同類型桿件結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)性能，掌握桿件結(jié)構(gòu)電算分析的基本過(guò)程、桿件結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算的基本方法，初步具備綜合應(yīng)用力學(xué)知識(shí)表達(dá)、分析、計(jì)算復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，最終使學(xué)生了解作為工程師的社會(huì)責(zé)任，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)自身工程意識(shí)，提升自身的工程素養(yǎng)。

1 教學(xué)內(nèi)容重新梳理

與其他的土木工程專業(yè)班級(jí)的力學(xué)課程教學(xué)計(jì)劃不同，根據(jù)卓越工程師班的教學(xué)計(jì)劃安排，結(jié)合該班級(jí)的教學(xué)目標(biāo)，我校將理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的內(nèi)容進(jìn)行重新的整合與梳理，分別在學(xué)生入校后的第三第四第五學(xué)期進(jìn)行授課。具體教學(xué)目標(biāo)以及內(nèi)容安排為：

1.1 第三學(xué)期講授工程力學(xué)（3），教學(xué)目標(biāo)為

（1）掌握約束、約束力等基本概念，了解平面任意力系的簡(jiǎn)化與平移、等效等基本理論與概念，運(yùn)用平衡條件分析靜定結(jié)構(gòu)的受力，了解結(jié)構(gòu)與荷載的分類，掌握工程中常見(jiàn)桿件結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，幾何不變體系的組成規(guī)則及其運(yùn)用。初步具備利用力學(xué)概念建立計(jì)算模型的能力，以及受力體進(jìn)行受力分析的能力。

（2）掌握單個(gè)桿件在拉壓變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形以及剪切變形等狀況下的變形及受力特點(diǎn)，以及各種變形條件下內(nèi)力、變形、應(yīng)力的計(jì)算方法，掌握應(yīng)力狀態(tài)分析方法和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度問(wèn)題以及組合變形計(jì)算方法。初步具備綜合應(yīng)用材料力學(xué)方法進(jìn)行單個(gè)桿件的受力和變形分析的能力。

（3）掌握材料力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)方法，能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。

具體教學(xué)內(nèi)容包括：平面力系、平面體的幾何構(gòu)造分析、桿件軸向拉伸與壓縮、桿件剪切和扭轉(zhuǎn)、彎曲梁的應(yīng)力與變形、桿件組合變形、應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度條件。

1.2 第四學(xué)期講授工程力學(xué)（4），教學(xué)目標(biāo)為

（1）運(yùn)用隔離體平衡方法分析靜定結(jié)構(gòu)受力、靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的基本方法，初步具備利用力學(xué)概念建立計(jì)算模型的能力，以及對(duì)靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力和變形分析的能力。

（2）掌握運(yùn)用力法、位移法等分析超靜定結(jié)構(gòu)受力，超靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算，理解影響線的概念，影響線的繪制及其應(yīng)用，掌握靜定、超靜定結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，具備應(yīng)用影響線分析移動(dòng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)影響的能力，初步具備綜合應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行超靜定結(jié)構(gòu)的受力和變形分析的能力。

具體教學(xué)內(nèi)容包括：靜定結(jié)構(gòu)的受力分析、靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算、力法、位移法、影響線及其應(yīng)用。

1.3 第五學(xué)期講授工程力學(xué)（5），教學(xué)目標(biāo)為

（1）掌握矩陣位移法的基本概念和基本原理以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的基本概念和基本原理。

（2）掌握矩陣位移法分析桿件結(jié)構(gòu)在荷載作用下受力的一般過(guò)程；并掌握單自由度體系自由振動(dòng)時(shí)動(dòng)力特性以及在簡(jiǎn)諧荷載作用下受迫振動(dòng)時(shí)動(dòng)力響應(yīng)的計(jì)算方法以及兩個(gè)自由度體系自由振動(dòng)時(shí)動(dòng)力特性的計(jì)算方法，理解振型正交性的意義及其應(yīng)用。

具體教學(xué)內(nèi)容包括：矩陣位移法和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算。

2 教學(xué)形式多樣化

為了培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，利用好課上課下、線上線下相互結(jié)合的方式，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識(shí)、解決問(wèn)題的能力。

板書教學(xué)作為傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在教學(xué)過(guò)程中起到不可替代的作用，所以課堂上我們一直采用板書為主的教學(xué)方式，但是有些章節(jié)因?yàn)樵谥v授過(guò)程中，畫圖很浪費(fèi)時(shí)間，而且表達(dá)不形象生動(dòng)，不易于學(xué)生的理解，所以我們?cè)谶@個(gè)時(shí)候就采用多媒體的教學(xué)方式，比如彎曲正應(yīng)力的推導(dǎo)，這部分的內(nèi)容利用多媒體動(dòng)畫的形式講解，學(xué)生就會(huì)很好的理解，還節(jié)省教學(xué)課時(shí)。

由于將理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)三門課的內(nèi)容都放到這門工程力學(xué)課程中，受到學(xué)時(shí)的限制，不可能將所有內(nèi)容都介紹到，我們針對(duì)卓越工程師班級(jí)的教學(xué)計(jì)劃，以及該班級(jí)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容上做了一定的刪減，但是這些內(nèi)容并不是不要求學(xué)生了解，而是讓學(xué)生在課下時(shí)間進(jìn)行自學(xué)，我們會(huì)提供相關(guān)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和資源。

現(xiàn)在是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息大爆炸的年代，互聯(lián)網(wǎng)給我們提供了很多優(yōu)秀的資源，我們可以利用這些網(wǎng)絡(luò)手段，比如QQ、微信、騰訊課堂、騰訊會(huì)議，與學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上的交流。這樣就將有限的線上學(xué)時(shí)無(wú)限拉長(zhǎng)，可以隨時(shí)與學(xué)生溝通、交流，為他們答疑解惑。特別是在疫情條件下，完全不會(huì)影響教學(xué)進(jìn)程。

3 考核方式多樣化

課程考核以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容，采取形成性評(píng)價(jià)方法，進(jìn)行過(guò)程考核和期末考核。在以往的教學(xué)過(guò)程中，多采用期末閉卷考試的方式，這種考核方式，導(dǎo)致一部分學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)放松，最后在期末階段突擊學(xué)習(xí)，只針對(duì)考試重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，形成一種僅僅為了考試而學(xué)習(xí)的結(jié)果，而沒(méi)達(dá)到到學(xué)習(xí)本門課程的真正目的，在后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)過(guò)程中，很多應(yīng)該掌握的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)都沒(méi)有掌握。

針對(duì)以往出現(xiàn)的問(wèn)題，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中采用即時(shí)、動(dòng)態(tài)、多次地對(duì)學(xué)生實(shí)施評(píng)價(jià)，強(qiáng)化和改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。其中考核項(xiàng)目可以包括課堂學(xué)習(xí)（課堂討論、學(xué)習(xí)筆記等）、課程作業(yè)（研究性學(xué)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課程論文、案例分析、在線學(xué)習(xí)等）、階段性測(cè)驗(yàn)（單元測(cè)驗(yàn)、期中考試等）、教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)（實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新等）、專題討論、小組學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等形式。期末考核采取閉卷筆試方式。過(guò)程考核和期末考核所占的權(quán)重 1和 2可根據(jù)具體情況分別在0.2-0.4和0.6-0.8之間進(jìn)行調(diào)整。

通過(guò)考核方式的改革，在整個(gè)學(xué)期的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性都有了很好的提升，對(duì)知識(shí)的掌握程度提高了，期末成績(jī)優(yōu)秀率以及合格率明顯提高。

4 結(jié)語(yǔ)

我們深知工程力學(xué)課程作為工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在以后學(xué)生的職業(yè)生涯中起到很重要的作用。在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，存在很多的弊端，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，教學(xué)的改革工作是很必要的。我們針對(duì)卓越工程師班級(jí)的《工程力學(xué)》做了一定的教學(xué)改革，改變了傳統(tǒng)的工程力學(xué)教學(xué)方式、內(nèi)容和手段，旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主地解決問(wèn)題的能力和自學(xué)能力，教學(xué)效果良好。為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，我們將不斷的學(xué)習(xí)，教學(xué)相長(zhǎng)，在教學(xué)過(guò)程中不斷的反思與總結(jié)，建立一套更加完善、科學(xué)的教學(xué)體系。