新時代新工科背景下“結構力學”課程教學改革探索

劉京紅 劉永華 劉克玲 王文婕 劉曉健 潘靜 焦鳳瑀

天津城建大學土木工程學院 天津 300384

“結構力學”課程作為工科類院校的專業基礎課，一方面它以“高等數學”“理論力學”“材料力學”等課程為基礎，為工程技術人員培養工程素質，提供解決工程問題的基本方法和原理；另一方面，它又是“混凝土結構設計原理”“鋼結構設計原理”“工程結構抗震原理”“高層建筑結構設計”等專業課的基礎，為后續課程提供必需的基礎知識和計算方法，“結構力學”課程在整個工科課程體系中處于承上啟下的關鍵地位[1]。

1 “結構力學”課程特點及課程現狀

1.1 “結構力學”課程特點及現狀

“結構力學”作為一門重要的專業基礎課，其主要任務是研究各類結構的組成規律和受力性能、在荷載及各種因素作用下的內力和變形、動力性能與穩定性。新時代新工科建設的需求，要求學生熟練使用結構設計與分析軟件，能對各類桿件結構進行計算并對計算結果進行校核，對各類結構內力分布的合理性做出定性判斷[2]。然而，在當前教學模式下，多數工科院校的“結構力學”教學狀況不容樂觀：“結構力學”教學內容與土木工程行業發展存在一定的脫節現象，課程考核評價方法不能體現價值塑造、能力培養、知識傳授三位一體的綜合培養要求[3]。

新時代新工科背景下，高等工科院校培養的人才應具有鮮明的工程技術應用特征，培養適應國家發展需要、服務地方經濟、在建設生產工程中能承擔技術或管理工作的復合型應用人才[4]。近年來，隨著高校課程改革不斷推進[5]，評價高等工科院校培養符合新時代新工科要求的工程師人才的關鍵問題是“結構力學”課程改革的目標準確問題，在工科院校“結構力學”課程課時不斷被壓縮的情況下，如何保證并提高“結構力學”的教學效果成為亟待解決的問題。

天津城建大學“結構力學”教學團隊根據課程教學目標、學校辦學定位、地方經濟特點及新時代工程技術熱點，對“結構力學”課程教學實踐內容不斷進行改革，滿足國家對工科院校“結構力學”課程內容基本要求的同時，充分重視學生學習的主動性及實踐應用創新能力的培養。

1.2 “結構力學”課程建設發展歷程

團隊堅持適應社會需要、不斷改革創新、完善課程體系、更新教學內容、改進教學方法、切實提高人才培養質量。“結構力學”教學團隊堅持以提高學生的力學素質、培養分析和解決實際工程問題的能力為目標，在四十多年的建設與實踐中，逐漸形成以板書為主、多媒體技術為輔的課堂教學模式，豐富的網絡教學資源和便捷的自我檢測功能為學生課后復習及學習提供了多種渠道，課上課下形成一個完整的教學體系。“結構力學”課程建設與教學改革過程可劃分為三個階段：

1.2.1 第一階段：課程建設與教學改革探索與實踐階段(2004年之前)

1988年創建“天津城市建設學院結構力學試題庫”并通過專家鑒定，2000年國家工科力學基礎課程基地通過國家教委的驗收。“結構力學”網絡課程于2002年初開設并運行，自行研制“結構力學”教學課件和標準電子教案以及“有限單元法結構計算器”等輔助教學CAI軟件。課程組教師開發了“結構力學選題器”“學習自測評價”等CAI輔助教學軟件。2004年《結構力學》獲批天津市精品課程，2004年“《結構力學》課程改革與實踐”獲天津市教學成果二等獎。

1.2.2 第二階段：推進現代信息技術與教育教學深度融合階段(2004年—2018年)

2004年以來，初步形成“結構力學”課程網絡教學系統，2008年“結構力學精品課程再建設的探索與實踐”獲天津城市建設學院教學成果特等獎。課程組教師參與了“力學模塊化”教學改革與實施，取得了良好的教學效果。2009年“土建類力學系列課程改革與實踐”獲天津市級教學成果二等獎。

1.2.3 第三階段：教學模式創新和應用的革新階段(2019年至今)

019年以來，在工程教育專業認證大背景下，推動以學生為中心的課堂教學變革，重構了“結構力學”課程的總體培養目標。從思政元素融入教學、課程知識模塊劃分、課堂教學設計、課程考核方法及教學質量保障機制等方面進行教學改革，逐步構建線上線下相結合的教學模式，提高學生的課堂參與度與學習興趣，培養學生應用基本力學知識解決實際工程問題的結構分析能力與創新意識。2019年獲批天津市級工科力學課程教學團隊；獲批2020年天津城建大學“課程思政”示范課建設項目、2021年天津城建大學“一流本科課程”建設項目和2022年天津城建大學教育教學改革與研究項目(教材專項)。

2 課程與教學改革要解決的重點問題

2.1 課程內容資源建設

對標行業人才需求標準，確定“結構力學”課程的教學內容為：平面桿件體系的構造分析、靜定結構受力分析、結構位移計算、超靜定結構受力分析、影響線及其應用、結構動力分析、工程實踐。

以學生為中心，遵循學生的認知規律，通過專業人才培養目標成果產出為導向反向設計教學方案，將“結構力學”課程的課堂教學劃分為：

(1)基本理論模塊：采用質疑式教學，帶領學生應用已經掌握的力學原理與方法對問題進行分析；

(2)工程實訓模塊：采用啟發式和提問式教學，培養學生應用基本力學理論分析和解決實際工程問題的能力；

(3)拓展提升模塊：采用課后討論形式，組織學生分組討論，培養學生應用基本力學理論分析和解決復雜工程問題的創新意識。

增加課程實踐內容；鼓勵學生參加國家級、市級和學校舉辦的各類結構設計競賽及科研項目，培養學生愛國敬業的工匠精神、正直公正的社會責任意識、分析和解決實際工程問題的能力，同時鍛煉學生的實踐能力。鼓勵學生參加教師科研項目，教師可以和學生分享科研經驗、人生感悟，從而培養學生團結協作、謙虛守信的工程師素養，實現“結構力學”課程思政的教學目標，提高學生對課程的關注，激發學生的工程意識和工匠精神。

課堂教學模式采用小班授課，效果良好。以超星學習通為應用平臺，建設線上學習資源，采用面授與線上輔助教學相結合的方式開展；課堂教學以板書為主、多媒體課件和學習通應用為輔，豐富的網絡教學資源構成了與面授同步的輔助教學系統；課堂上利用線上資源增加師生互動，提高學生的參與度和學習興趣；課下學生可利用線上考試檢驗課程的學習效果；開發了“力學互助幫”手機應用，學生可以隨時隨地根據軟件自動生成的題目進行練習，有效鞏固課堂知識并檢驗課上學習的效果。

2.2 授課教師轉變教育教學理念

課程主講教師均具有豐富的“結構力學”課程教學經驗，教學團隊高度重視教師的工程實踐能力培養，支持和鼓勵教師參加科技特派員工作、工程項目實踐和執業(職業)資格考試。兼具工程背景和注冊工程師執業資格證書的教師對培養學生的工程能力將起到顯著作用。課程組教師注重“結構力學”教學研究和課程建設，培養學生應用基本力學知識解決實際工程問題的分析能力與創新意識。通過指導學生參加“國家級大學生創新創業大賽”等方式，實現“以賽帶教”“以賽促學”。課程主講教師被聘為天津市“危大工程”專家委員會專家，多次參加“危大工程”項目評審，積累的大量工程案例很好地反哺了課堂教學。

現代信息技術快速發展推動教育質量提升，形成“互聯網+結構力學”新形態。團隊全體教師以深化課程建設、全方位網絡教學資源開發與利用為目標，在師資隊伍建設、建立教學文檔和管理文件、優化教學內容、更新教學手段、建設特色教材、整合教學資源等方面做了大量的工作，取得了階段性成果。

結語

在新時代新工科背景下，天津城建大學“結構力學”教學團隊在以學生為中心的教學理念指導下，轉變教育教學理念，積極開展“結構力學”課程建設。通過專業人才培養目標成果產出為導向反向設計教學方案，“結構力學”課程教學內容貫穿融入思政元素，采用線上線下、課前課中課后互動教學模式，結合多元化質量評價，使學生掌握“結構力學”基本理論與計算的同時，提高了分析解決專業相關力學問題的能力。教學改革實踐結果表明：學生對“結構力學”課程的關注度普遍提高，有效提升了學生的學習動力、學習能力和創新思維，達到了教書與育人的教學目標。