馬崇武 秦懷泉

（東莞理工學院 建筑工程系，廣東東莞 523808）

土木工程專業(yè)力學課程教學體系的研究

馬崇武 秦懷泉

（東莞理工學院 建筑工程系，廣東東莞 523808）

以東莞理工學院土木工程專業(yè)為例，在分析力學課程教學的現狀和探討力學課程教學改革的趨勢的基礎上，從教學次序的優(yōu)化調整、教學方法的改革、實踐教學平臺的建立以及培養(yǎng)計劃的修訂等四個方面，深入研究了三大力學課程（理論力學、材料力學、結構力學）教學體系改革的措施。實踐表明：提出的措施將力學課程與后續(xù)專業(yè)課程的教學有機地聯系在一起，具有一定的創(chuàng)新性和實用性。

土木工程；力學課程；教學體系；教學改革

土木工程是一個涵蓋極廣的一級學科，它下設了巖土工程、結構工程、市政工程、供熱及空調工程、防災減災及防護工程、橋梁與隧道工程等六個二級學科，所計算分析的對象包括諸如:工業(yè)建筑、民用建筑、公共建筑、道路、橋梁、隧道等眾多工程類型。力學是土木工程各專業(yè)的技術基礎課，若缺乏對幾大力學課程的基本概念、物理意義和求解方法的深入理解，想真正掌握好相關專業(yè)課程，做好有關工程設計、施工、監(jiān)理乃至進一步的科研工作，是不可想象的［1-2］。按照所開設力學課程的兩類劃分，即結構力學類和彈性力學類，相應的專業(yè)課兩類分支也相應出現?；诮Y構力學類的專業(yè)課包括:鋼筋砼結構、高層建筑設計、橋梁結構等；基于彈性力學類的專業(yè)課包括:地基處理與加固、基礎工程、擋土結構與基坑工程、地下結構、道路勘測與結構等。

力學是研究各類工程結構中普遍存在的受力和變形現象的學科，學習力學課程的目的是為了進行工程計算。力學在工程中應用首先要提取出相應的工程計算模型，然后根據其計算模型確定要采用的手段。例如，屬于桿系結構的工程對象可用材料力學、結構力學的手段進行分析，而涉及實體結構的工程對象則必須要用彈性力學、土力學和巖石力學的手段來完成，對難以求解的復雜工程問題則必須尋求相應數值解答，數值計算方法也是近幾十年來在解決工程問題時力學發(fā)展最快的研究方向之一。力學課程的學習對培養(yǎng)學生的工程概念和解決工程實際問題具有重要意義。

1 力學課程教學的現狀

我國高等院校中所講授的力學課程內容大多系五、六十年代由前蘇聯引進的內容，教學起點低，不少地方存在重復，普遍存在重理論輕實踐的現象［3-5］。根據東莞理工學院土木工程專業(yè)2003～2005級學生對力學課程的問卷調查及分析，其力學課程教學中存在的問題主要表現為:

1）學生的綜合能力與創(chuàng)新精神較差。以單門課程為中心進行教學，對知識的相互滲透和銜接考慮不充分，淡化了力學體系的整體與綜合性，造成了不必要的內容重復，不利于培養(yǎng)學生的綜合能力與創(chuàng)新精神。

2）實驗與工程應用環(huán)節(jié)薄弱。由于學時少，內容多，在內容安排上擠掉了實驗和實踐環(huán)節(jié)學時。

3）科學前沿理論與陳舊教學內容的矛盾十分突出。新結構、新材料、新技術不斷涌現，與教學內容多年不變形成巨大反差。

2 力學課程教學改革的趨勢

教育部高等學校非力學類專業(yè)基礎課程教學指導分委員會分別于2002年10月在寧波、2003年10月在煙臺召開了結構力學及彈性力學課程教學指導小組工作（擴大）會議［6］。會議認為:目前彈性力學的教學符合實際需要和課程基本要求，可以不再做具體指導意見，而結構力學的教學需要適當規(guī)范。例如，在理論力學教材中，力學基礎與大學物理中的相關內容重復出現，單自由度體系的振動在理論力學、大學物理和結構力學中一再重復等［7］；在結構力學教材中，如漸近法、圖解法、無鉸拱內力計算等應用較少的內容仍然占了相當篇幅，而一些新結構、新理論卻相對較少，這與現代工程技術的飛速發(fā)展極不相稱［8］。將理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學、土力學及計算結構力學等單門課程，按其內容重新組合，形成三大模塊，即基礎模塊、工程基礎模塊和專業(yè)模塊。優(yōu)化各模塊的教學內容，可滿足不同專業(yè)人才的培養(yǎng)需要；強化各模塊之間的銜接與配合，可統(tǒng)一系列課程的改革要求；注重與前修、后續(xù)課程的銜接，可避免不同單門課程內容的重復。這就要求我們在教學過程中必須以學生為主體，教師為主導；教師要對學生學習中存在的問題，及時采取措施給予解答，提升學生的學習熱情，同時也能提高力學教師的自身素養(yǎng)。如何設定三大模塊的具體教學內容及相對應課程學時是目前急需要解決的課題。

3 力學課程教學改革的措施

以東莞理工學院土木工程專業(yè)為例，深入研究了三大力學課程（理論力學、材料力學、結構力學）教學內容的調整措施、理論教學與實踐教學相結合的教學方法以及針對新的培養(yǎng)計劃應采取的措施等問題，結合我校學生的實際情況，提出了三大力學課程教學改革的措施。主要措施如下:

3.1 力學課程教學次序的優(yōu)化調整——以材料力學教學為例

為培養(yǎng)學生的歸納總結能力和知識滲透能力，對力學課程教學的次序進行了優(yōu)化調整，以材料力學教學為例予以說明。在我國高校中，材料力學的教學進程大多以“拉伸→剪切→扭轉→彎曲”為主線，且每種基本變形都按“內力→應力→變形……”的次序進行講解，對每種基本變形問題，又都采用“平面截面假設→變形幾何關系→物理關系→靜力平衡條件→應力公式”這一相同的推導過程［9］。顯然，這種按基本變形進行多重循環(huán)的知識體系，教學起點較低，內容重復多。為了突出對學生歸納能力和知識滲透能力的培養(yǎng)，對教材內容的次序作了以下調整:

1）對作為材料力學入門教學的軸向拉壓變形，在原有的基礎上適當增加課時，以便學生初步接受并基本掌握內力、應力、應變等重要概念，并從中抽象出材料力學普遍用于研究各種基本變形的一般思路和方法。

2）在講授完軸向拉伸變形之后，不必急于開始第二種變形即剪切變形的教學，而是在教師的指導下，組織學生集中討論結構在各種變形條件下的共性問題，如內力、應力、變形等，然后參照軸向拉壓變形的研究方法，總結出研究桿件各種變形所需的基本方程和邊界條件。這樣做可以簡化相似的推導過程，強化概念理解，突出各類變形的共性。

3.2 力學課程教學方法的改革

為提高力學課程教學質量，基于東莞理工學院的辦學指導思想、辦學定位，提出了一系列適合我校學生的力學課程教學方法，這些方法以“學生為中心”，有利于提高學生的思維分析能力和知識擴展能力。舉例如下:

1）轉變教育觀念，能力培養(yǎng)至上。在掌握基本理論知識的基礎上，強化能力培養(yǎng)，不求教學中教學大綱涉及的知識點面面俱到，力求讓學生掌握學習方法，注重力學理論知識的靈活應用，培養(yǎng)終身學習的能力。

2）采用啟發(fā)式教學，達到觸類旁通的效果。學習力學的一個重要目的就是為學生將來從事各種有關工程方面的工作打下良好的基礎。對于理論部分，應聯系周圍事物以及有關的工程實際問題進行精講。在授課過程中，時時考慮學生的反映，有針對性的按課程的重點難點分層次設問、引導，讓學生通過思維得出結論，進而鼓勵學生不斷探索和掌握新知識、新內容。對于例題僅講授解題思路，列出解題步驟，突出例題的形象性，達到觸類旁通的效果，至于具體推導或計算可由學生根據課堂講解在課下完成。在習題討論課上，教師作引導，讓學生去考慮解決問題的方法，鼓勵學生積極發(fā)言，調動學生的熱情，相互交流各自的見解，活躍課堂氣氛，通過學生的積極參與達到運用理論解決問題的目的。

3）制作并利用多媒體課件，提高學生學習興趣。多媒體教學將文字、圖片、聲音、動畫視頻圖像融為一體，這種圖文并茂，有聲有色的情景性教學環(huán)境，使傳統(tǒng)教學中枯燥抽象、用單一語言文字和圖形講解難以理解的概念變得生動具體，令學生耳目一新，印象深刻。還可以激發(fā)學生的學習興趣，節(jié)省板書時間，增強授課效率，達到使用傳統(tǒng)的教學方式所不能達到的效果。但是，多媒體教學只是一種輔助教學手段，絕不能代替教師授課。傳統(tǒng)的授課方式有著現代化教學無法替代的內容，因此只有將傳統(tǒng)的授課方式與多媒體教學有機地結合起來，才能發(fā)揮各自的特長，收到最佳教學結果。

4）深化教學內容改革，提高學生的知識擴展能力。以歐拉臨界荷載教學方法的改革與實踐為例予以說明。針對《材料力學》中理想柱的失穩(wěn)問題，給出了利用相同的四階撓曲線近似微分方程和不同的邊界條件，求解各種柱端情況下歐拉臨界荷載的教學方法。該方法有利于學生掌握其知識要點，也有利于提高學生的思維分析能力和知識擴展能力，可以收到事半功倍的效果。

5）注重教學環(huán)節(jié)改革，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維?；趧?chuàng)造學中創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造性設計和創(chuàng)造性活動等概念，要求任課教師從創(chuàng)新教育問題的提出、探索和解決三個方面，認識創(chuàng)新教育的必要性和創(chuàng)新教育模式的建立過程，進而在課堂講授中貫穿創(chuàng)新思維教育、強調知識的聯系和綜合、強調知識的更新和發(fā)展，支持并鼓勵學生進行一定的課外研究活動，使學生得到更多的自由度、更多的學習自主權以及更多的成才機會。

3.3 力學課程實踐教學平臺的建立

堅持理論教學與實踐教學相結合，形成了靈活多樣的實踐教學平臺。將實踐教學與科研有機結合，組織學生參與教師的科研項目，是提高學生實踐能力與創(chuàng)新能力的一種有效途徑。將具有良好基礎知識、思維活躍的優(yōu)秀大學生吸收進課題組。通過參與科研活動，刺激學生展開自學，實現了從書本到實踐再到創(chuàng)造的互通，收獲較大。針對每個學生所獨具的視角，進行有目的的引導。鼓勵學生撰寫專題論文，以提高學生的理性思維能力，加深學生對力學學科在土木工程專業(yè)中具有重要地位作用的認識。

畢業(yè)設計是學生從學校教學階段向實際工作之間轉換的最好鍛煉機會，是進入工程設計、施工、管理和科研領域的開始，也能為將來獨立工作進行職業(yè)準備。為尊重和培養(yǎng)學生的個性發(fā)展，我們在確定學生畢業(yè)設計或畢業(yè)論文的選題方面作了初步的探討，根據學生的就業(yè)去向和將來可能從事的專業(yè)，選擇了一些有利于培養(yǎng)學生工程意識的題目，以鞏固所學的力學基礎知識和專業(yè)知識。

3.4 力學課程培養(yǎng)計劃的修訂

在2006年5月我校土木工程專業(yè)接受廣東省教育廳的學位評估后，針對專家提出的“該專業(yè)學時偏多”的意見，制定了新的培養(yǎng)計劃和教學大綱。新培養(yǎng)計劃大幅度減少了三大力學課程的教學課時，但教學內容變化不大，這無疑對力學課程的教學提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。針對新的培養(yǎng)計劃和教學大綱，提出了相應的應對措施——以理論力學、結構力學為例。

1）理論力學方面:增加理論力學靜力學部分的課時，即將原大綱的20學時改為26學時，讓學生非常熟悉力、力矩和力偶等基本概念，熟練掌握計算力系主矢和主矩的方法，并能熟練地建立一個處于平衡狀態(tài)的物體系統(tǒng)的力平衡條件和力矩平衡條件等內容，為材料力學的學習打下堅實的基礎。

2）結構力學方面:加強入門教育環(huán)節(jié)，即一方面要給學生進行思想教育，樹立信心，排除他們對本門課程的恐懼心理，另一方面應該加強學習方式方法的教育，這對學生學習該門課程有著至關重要的作用；加強基礎部分的課堂教學，即在學好理論力學靜力學和材料力學（尤其是梁的內力圖繪制）的基礎上，適當增加靜定結構的內力、位移計算的課時，讓學生熟練掌握靜定結構內力圖的繪制和位移的計算，為學習后面的章節(jié)打好基礎；注重結構力學與具體工程實際相結合，即結合工程案例進行結構力學教學，在實際教學過程中可以收到很好的效果；結合科研成果改革教學內容，即結合任課教師主持或參加的國家、省、市級的科研項目，在教學中將最新的科研成果和教材內容有機地結合起來，開拓學生的視野，提高學生的學習興趣，這對今后有志從事科研工作的學生可起到潛移默化的作用。

4 力學課程教學改革的效果

前述力學課程教學改革的措施，已在東莞理工學院2006～2011級土木、工管兩專業(yè)的力學課程教學中得到應用，受到了大多數學生的好評。實踐證明:在我校現有力學課程體系的教學中，應用本文提出的改革措施，有利于學生更加有效地學好力學課程，掌握更多的力學知識；從我校在2010年第三屆中南地區(qū)結構力學競賽中的成績優(yōu)于同類院校、近三年土木工程專業(yè)9名同學考上研究生以及2008～2010級力學課程期末考試優(yōu)良率和滿分率均較高等，在某種程度上可以說明教學改革的效果。我們深信本文提出的改革措施具有進一步拓展和完善的空間以及較為廣闊的應用前景，可供同類院校工科專業(yè)的力學教師借鑒。

5 結語

本文以東莞理工學院土木工程專業(yè)為例，采用理論和實踐相結合的方法對三大力學課程教學體系提出的一系列改革措施，將力學課程與后續(xù)專業(yè)課程的教學有機地聯系在一起，在一定程度上較好地解決了科學前沿理論與陳舊教學內容之間的矛盾、學生的綜合能力與創(chuàng)新精神較差的問題以及工程實踐環(huán)節(jié)比較薄弱的問題，提出的系列改革措施得到了大多數學生的好評，認為有一定的新意和實用性。

［1］ 樊洪業(yè).“兩彈一星”人才的教育背景與啟示［J］.民主與科學，2005（4）:37-39.

［2］ 百以龍，周恒.迎接新世紀挑戰(zhàn)的力學［J］.力學與實踐，1999，20（1）:1-4.

［3］ 錢令希，錢偉長，鄭哲敏，等.中國大百科全書:力學卷［M］.北京:中國大百科全書出版社，1993:11-80.

［4］ 郝哲.土木工程專業(yè)中的若干力學問題剖析［J］.沈陽大學學報，2005，17（2）:6-11.

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［6］ 丁克偉.土建類力學課程一體化方案設想［J］.合肥工業(yè)大學學報:社會科學版，2004，18（6）:48-50.

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［9］ 孫訓方，胡增強，金全心.材料力學［M］.4版.北京:高等教育出版社，2002.

Research on the Teaching System ofMechanics Courses of Civil Engineering

MA Chong.w u QIN Hu i.quan
（Department of Civil Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

This study，with civil engineering major in Dongguan University of Technology as an example，investigates teaching system of mechanics courses，including theoretical mechanics，material mechanics and structural mechanics.It reveals the status of current mechanics teaching and explores the trend of reform in this teaching system.Thereafter，a study of the reform in mechanics courses is conducted deeply with several measures，including optimized arrangement of lecturing sequences，reform of teaching methods，establishment of practice teaching platform，and amendment of the training plan of mechanics courses.As a result，mechanics courses are effectively connected with subsequent courses through the proposed methods，so that this reform provides an innovative and feasible teaching system.

civil engineering；mechanics courses；teaching system；teaching reform

G642.0

A

1009-0312（2014）01-0091-04

2013-04-02

東莞理工學院教育教學改革與研究資助項目（E1127108-07116）。

馬崇武（1965—），男，甘肅甘谷人，教授，博士，主要從事環(huán)境與基礎工程中的力學問題研究。