doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2013.03.013

收稿日期：2012-10-21

基金項(xiàng)目：河南省教育廳課題（2010-JKGHAG-0331）

作者簡(jiǎn)介：黨玲博（1978-），女，黃河科技學(xué)院講師，碩士，主要從事土木與結(jié)構(gòu)工程研究，（E-mail）dlbthe0@163.com。

摘要：結(jié)合對(duì)工程教育專業(yè)論證標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和多年工程教學(xué)體會(huì)，分析了本科高校基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，提出應(yīng)用工程案例構(gòu)建基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容體系，應(yīng)用案例教學(xué)法進(jìn)行力學(xué)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用和技術(shù)應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；力學(xué)課程；工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642；TU-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2013）03-0051-04 黃河科技學(xué)院屬民辦本科，其定位為“本科學(xué)歷教育+職業(yè)技能教育”，這與中國(guó)正在實(shí)施的工程教育專業(yè)論證制度實(shí)質(zhì)是統(tǒng)一的。通過(guò)對(duì)專業(yè)論證標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)與多年力學(xué)教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為大學(xué)課程及培養(yǎng)方案應(yīng)按照社會(huì)對(duì)人才的需求，從教育和職業(yè)要求的角度去設(shè)置，而課程及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程要保證達(dá)到職業(yè)準(zhǔn)備的要求[1]。整個(gè)人才培養(yǎng)方案的制定要符合職業(yè)要求，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建也要體現(xiàn)職業(yè)準(zhǔn)備的需要。

一、本科高?；A(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

本科高?；A(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)主要存在與后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐脫節(jié)，不注重工程實(shí)際應(yīng)用等問(wèn)題?，F(xiàn)行力學(xué)教學(xué)模式，教師側(cè)重圍繞課本知識(shí)進(jìn)行課堂教學(xué)，力學(xué)理論嚴(yán)格而完整，注重基本理論及解題方法、技巧的講授，忽視基本理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用[2-3]，涉及工程應(yīng)用問(wèn)題的例題和習(xí)題少，沒(méi)有設(shè)專章或?qū)９?jié)介紹工程技術(shù)應(yīng)用。教材和教學(xué)中，對(duì)許多計(jì)算題往往忽略了力學(xué)模型的原型，只給出了計(jì)算簡(jiǎn)圖或計(jì)算模型，導(dǎo)致力學(xué)教學(xué)出現(xiàn)學(xué)生會(huì)做現(xiàn)成力學(xué)題，但遇到實(shí)際問(wèn)題卻無(wú)從下手的情況。其根本問(wèn)題就是缺少?gòu)膶?shí)際問(wèn)題中抽象出力學(xué)模型的訓(xùn)練[4]。教材和教學(xué)在不同程度上存在重理論，輕應(yīng)用；重知識(shí)傳授，忽視能力培養(yǎng)的傾向，不符合現(xiàn)代教育的要求，理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)與具體工程實(shí)際問(wèn)題還存在相當(dāng)?shù)摹熬嚯x”[5]。

力學(xué)具有很強(qiáng)工程應(yīng)用背景，研究對(duì)象為工程實(shí)際中的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，研究的問(wèn)題主要是工程實(shí)際問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)就是從工程實(shí)踐來(lái)，再回到工程實(shí)際中去。而目前的教學(xué)脫離了工程背景，脫離了工程實(shí)踐，使力學(xué)課程的理論顯得空洞[6]。加之，很多學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)認(rèn)識(shí)不清，目標(biāo)不明確。理論性強(qiáng)、概念抽象、定理公式多，使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不理想。 多年的研究與實(shí)踐證明，在力學(xué)教學(xué)中，將工程引入課堂[7]，引入教學(xué)和教材，對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和興趣大有幫助，也是課程改革的趨勢(shì)。應(yīng)用案例教學(xué)法與民辦本科院校工科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相吻合，可以很好地解決當(dāng)前大學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，體現(xiàn)職業(yè)準(zhǔn)備的要求。

二、案例教學(xué)法的實(shí)施

案例教學(xué)法就是通過(guò)典型案例進(jìn)行教學(xué)的方法，是通過(guò)組織學(xué)生討論一系列實(shí)際工程案例，提出解決問(wèn)題的方案，使學(xué)生掌握有關(guān)的專業(yè)技能、知識(shí)和理論[8] 。

（一）搜集和選編案例

設(shè)計(jì)案例是實(shí)施力學(xué)課程案例教學(xué)的基礎(chǔ)和前題。好的案例不僅來(lái)源于工程實(shí)踐，而且還能恰當(dāng)?shù)嘏c力學(xué)理論結(jié)合。在多年的教學(xué)和研究中，筆者已經(jīng)搜集并開(kāi)發(fā)了一套典型的力學(xué)教學(xué)案例。比如：對(duì)于考慮摩擦?xí)r平衡問(wèn)題求解，引入案例《自行車前進(jìn)的秘密》[9]；從1990年D市某廠四樓會(huì)議室屋頂棚五榀梭形輕型鋼屋架連同屋面突然倒塌事故[10]開(kāi)發(fā)了壓桿穩(wěn)定案例；從主次梁支承關(guān)系顛倒引發(fā)事故中開(kāi)發(fā)了超靜定梁的剛度及其應(yīng)用案例等。

1.案例1：壓桿穩(wěn)定問(wèn)題

1990年2月16日下午4時(shí)20分，D市某廠四樓會(huì)議室屋頂棚五榀梭形輕型鋼屋架連同屋面突然倒塌。當(dāng)時(shí)305人正在室內(nèi)開(kāi)會(huì)，造成42人死亡，179人受傷的特大事故，經(jīng)濟(jì)損失430多萬(wàn)。該會(huì)議室南北寬14.4 m，東西長(zhǎng)21.6 m，建筑面積324 m2，采用磚墻承重、梭形輕型鋼屋架、預(yù)制空心屋面板和卷材防水屋面。如圖1-2，給出該會(huì)議室的建筑剖面圖及屋架示意圖。事故發(fā)生時(shí)，會(huì)議室頂棚先后發(fā)出響聲，頂棚中部偏北方向出現(xiàn)鍋底形下凸，幾秒后屋頂全部倒塌。此后的4個(gè)月時(shí)間，廠方經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，驗(yàn)算分析，屋架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，并根據(jù)市調(diào)查組現(xiàn)場(chǎng)勘查報(bào)告和有關(guān)原始資料，提交了事故分析報(bào)告。根據(jù)事故調(diào)查報(bào)告，第三榀屋架北端兩個(gè)14號(hào)腹桿間矩形箍焊縫斷裂導(dǎo)致腹桿失穩(wěn)是屋架塌落事故的主要原因。

提示：屋架為一空間桁架，上弦桿為壓桿，下弦桿為拉桿，腹桿可能為拉桿，也可能為壓桿，而14號(hào)腹桿是受壓腹桿。

圖1 某廠四樓會(huì)議室剖面圖及屋架示意圖

問(wèn)題：為什么兩個(gè)14號(hào)腹桿間矩形箍焊縫斷裂導(dǎo)致腹桿失穩(wěn)？

分析：當(dāng)14號(hào)腹桿間矩形箍焊縫不斷裂時(shí)，焊縫腹桿有矩形箍支撐時(shí)，腹桿失穩(wěn)后的變形類似“S”型；當(dāng)14號(hào)腹桿間矩形箍焊縫斷裂時(shí)，焊縫腹桿沒(méi)有矩形箍支撐，腹桿失穩(wěn)后的變形類似“C”型，壓桿長(zhǎng)度增大，由歐拉公式知，失穩(wěn)荷載大幅度降低。

圖2 14號(hào)腹桿失穩(wěn)分析

2.案例2：超靜定結(jié)構(gòu)中梁的剛度及其應(yīng)用問(wèn)題

某鄉(xiāng)鎮(zhèn)商店，商店上層為辦公室及職工單身宿舍，一層為營(yíng)業(yè)大廳。上部4層用磚墻隔為小間，底層由L1及L2梁支承隔墻及樓蓋荷載。L1為縱向大梁，長(zhǎng)39.6 m，L2為開(kāi)間梁，長(zhǎng)6.6 m，如圖3。

圖3

問(wèn)題：試確定L1梁和L2梁的支承關(guān)系（主、次梁），并繪制L2梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖。

分析：在荷載作用下超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布與各桿相對(duì)剛度有關(guān)，相對(duì)剛度大的桿件承擔(dān)的內(nèi)力大，如圖4（c）、（d）、（e）。

圖4

教學(xué)實(shí)踐證明：引入工程案例，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性大大提高，主動(dòng)性增強(qiáng)，不僅學(xué)習(xí)了知識(shí)，還懂得了這些力學(xué)知識(shí)在專業(yè)課程和工程實(shí)踐中的應(yīng)用，不知不覺(jué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行了職業(yè)教育，職業(yè)準(zhǔn)備，提升了學(xué)生作為未來(lái)工程師的力學(xué)素養(yǎng)和工程素質(zhì)。但必須注意案例的科學(xué)性，實(shí)際工程中的項(xiàng)目相當(dāng)復(fù)雜，牽涉相關(guān)領(lǐng)域的方方面面，如果直接將工程實(shí)例套用力學(xué)教學(xué)，不易執(zhí)行，且學(xué)生已有的專業(yè)知識(shí)很少，學(xué)生很難適應(yīng)[11]。因此，在教學(xué)過(guò)程中開(kāi)發(fā)或者提煉合適的案例，是必不可少的工作。實(shí)際工程是一種隱性知識(shí)，教學(xué)案例是一種顯性知識(shí)，怎樣將隱性知識(shí)向顯性知識(shí)轉(zhuǎn)化，科學(xué)地將案例從工程實(shí)際中剝離出來(lái)，創(chuàng)建出適合教學(xué)的案例，是當(dāng)前案例教學(xué)的重點(diǎn)[12]。研究認(rèn)為，一個(gè)科學(xué)的教學(xué)案例應(yīng)來(lái)源于實(shí)際工程，與力學(xué)概念密切相聯(lián)系，具有高度的啟發(fā)性。

（二）分析案例

學(xué)生通過(guò)資料搜集、思考、分組討論、交換資料，互相補(bǔ)充，互相啟發(fā)，主動(dòng)發(fā)言，充分表明自己對(duì)問(wèn)題的理解及分析，同時(shí)傾聽(tīng)別人的分析和見(jiàn)解，比較自己的觀點(diǎn)和思路，從中吸取并綜合出更完善的思路。教師也必須積極參與發(fā)言，以適時(shí)適度的啟發(fā)和點(diǎn)撥，導(dǎo)出與案例相關(guān)的結(jié)論，使案例討論不偏不離，保證案例教學(xué)的有效性。這是教與學(xué)兩方直接參與，共同對(duì)案例或疑難問(wèn)題進(jìn)行討論，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的關(guān)鍵。

（三）總結(jié)和評(píng)價(jià)案例

教師在總結(jié)和評(píng)價(jià)案例時(shí)，要力求宏觀與微觀并重，褒揚(yáng)與貶抑并重，理論與實(shí)踐并重。教師首先對(duì)整個(gè)案例分析討論進(jìn)行系統(tǒng)性總結(jié)：（1）課堂參與情況、討論氣氛評(píng)價(jià)；（2）指明案例分析討論已解決的問(wèn)題、達(dá)成的共識(shí)，還有哪些問(wèn)題需要進(jìn)一步釋疑；（3）結(jié)合力學(xué)基本理論原理、對(duì)學(xué)生爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，有創(chuàng)造性的見(jiàn)解，言之有理的分析，有爭(zhēng)議的觀點(diǎn)等進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明；（4）教師要站在理論的高度，總結(jié)出有啟迪的結(jié)論或建議，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)得以升華；（5）教師布置作業(yè)，要求全班學(xué)生撰寫(xiě)一個(gè)比較詳細(xì)的案例書(shū)面報(bào)告[13]。

三、案例教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

實(shí)踐證明，在力學(xué)教學(xué)中運(yùn)用案例教學(xué)，可以縮短教學(xué)情境與實(shí)際工作情境之間的距離，讓學(xué)生感受到自身的學(xué)業(yè)與專業(yè)、事業(yè)之間的關(guān)系，從而增加求知欲望和學(xué)習(xí)熱情；可以將力學(xué)的學(xué)習(xí)與后續(xù)專業(yè)課程進(jìn)行有效融合，使學(xué)生的力學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)“點(diǎn)”，通過(guò)工程案例連成“線”，再通過(guò)工程實(shí)踐連接成“面”；可以密切理論教學(xué)與工程實(shí)踐之間的聯(lián)系，鞏固學(xué)生的理論知識(shí)；可以發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，使學(xué)生樹(shù)立正確的職業(yè)觀和工程倫理觀。案例教學(xué)法為解決傳統(tǒng)力學(xué)教學(xué)與后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐脫節(jié)等難題提供了一條有效的途徑，加強(qiáng)了學(xué)生職業(yè)崗位能力的鍛煉，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自身發(fā)展與社會(huì)持續(xù)發(fā)展的雙需求。

四、案例教學(xué)應(yīng)注意的問(wèn)題

（一）案例教學(xué)與理論教學(xué)的融合問(wèn)題

在工科力學(xué)教學(xué)中，引入案例教學(xué)，并不是拋棄原有的理論教學(xué)，兩者不沖突，不矛盾，案例教學(xué)與理論教學(xué)存在融合問(wèn)題，不是所有內(nèi)容都適合運(yùn)用案例教學(xué)法。在教學(xué)中要從教學(xué)需要出發(fā)對(duì)力學(xué)課程中一些重要的、核心的、應(yīng)用性強(qiáng)的內(nèi)容，精選案例。在教學(xué)中，先通過(guò)理論教學(xué)使學(xué)生對(duì)力學(xué)基本概念、基本原理、基本方法理解透徹后，再引入案例進(jìn)行分析討論，使力學(xué)理論回歸工程實(shí)踐，最后通過(guò)案例總結(jié)、評(píng)述和案例書(shū)面報(bào)告，升華學(xué)生對(duì)力學(xué)理論的理解和掌握，使學(xué)生建立將所學(xué)理論應(yīng)用于工程實(shí)踐的工程意識(shí)，培養(yǎng)其工程素養(yǎng)。

（二）高素質(zhì)專業(yè)師資隊(duì)伍的建設(shè)問(wèn)題

力學(xué)教學(xué)要回歸到工程實(shí)踐，這對(duì)力學(xué)教師提出了一個(gè)更高要求，教師除了具有豐富的力學(xué)知識(shí)外，還要有豐富的專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和寬闊的知識(shí)領(lǐng)域。進(jìn)行力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革，必須深入分析不同工程類專業(yè)的工程師對(duì)力學(xué)內(nèi)容的職業(yè)要求，以及力學(xué)后續(xù)課程的教學(xué)內(nèi)容改革對(duì)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容提出的要求。因此，教師要不斷提高自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)，才能游刃有余地引導(dǎo)學(xué)生去思維和創(chuàng)新，使學(xué)生享受課程帶來(lái)的樂(lè)趣，培養(yǎng)出更多具有高素質(zhì)的工程師和技術(shù)師。

（三）現(xiàn)代教學(xué)手段的運(yùn)用

學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)課程時(shí)，一般都缺乏專業(yè)知識(shí)，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)了解不多，因此，應(yīng)用案例教學(xué)需要借助多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)照片，圖片或動(dòng)畫(huà)等方式向?qū)W生展示工程實(shí)踐，而不能單靠語(yǔ)言進(jìn)行描述?，F(xiàn)代化教學(xué)手段的運(yùn)用，可以提高案例教學(xué)的生動(dòng)性，進(jìn)一步增強(qiáng)力學(xué)案例教學(xué)的效果。

五、結(jié)語(yǔ)

工程教育專業(yè)論證制度正在工程教育類專業(yè)中掀起新一輪的教學(xué)改革大潮，這場(chǎng)教學(xué)改革是一個(gè)巨大的、長(zhǎng)期的、艱巨的、系統(tǒng)性很強(qiáng)的工程。力學(xué)教學(xué)回歸工程實(shí)踐，實(shí)質(zhì)就是力學(xué)課程的教學(xué)體系由“科學(xué)范式”改革為“工程范式”，其實(shí)質(zhì)在于典型力學(xué)教學(xué)案例的開(kāi)發(fā)、案例教學(xué)法的應(yīng)用。應(yīng)用工程案例構(gòu)建力學(xué)課程和教學(xué)內(nèi)容體系。這項(xiàng)工程亟待更多教育工作者和工程人員投入更多的時(shí)間和精力，為工科的教育回歸工程增添一份生機(jī)與力量。

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Developing typical cases and deepening teaching reform on basic

mechanics of engineering specialties

DANG Lingbo， WU Yanping

（The Huanghe Science and Technology University， Zhengzhou 450063， P. R. China）

Abstract： By learning professional standards of engineering education demonstration and based on years of engineering teaching experience， we analyzed the main problems of the basic mechanics undergraduate teaching. Typical cases were used to build the curriculum system and teaching contents， and case teaching was used to cultivate students’ abilities of applying engineering and technology into practice.

Keywords： case study； mechanics courses； engineering practice

（編輯 梁遠(yuǎn)華）