于 玲, 周子博, 包龍生

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力學(xué)理論教學(xué)現(xiàn)狀及整改方案

于 玲, 周子博, 包龍生

(沈陽建筑大學(xué)交通工程學(xué)院，遼寧沈陽 110168)

以提高學(xué)生在施工工程實(shí)踐中運(yùn)用力學(xué)理論的能力，建設(shè)培養(yǎng)力學(xué)體系下的應(yīng)用型人才，創(chuàng)新型人才為目的，探究大學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)理論后無法將所學(xué)基礎(chǔ)理論知識與施工實(shí)踐相結(jié)合、力學(xué)理論教學(xué)體系趨于傳統(tǒng)、教學(xué)實(shí)用性不足等問題出現(xiàn)的原因，并就這些問題展開討論，提出了建筑模型與工程結(jié)構(gòu)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)，優(yōu)化力學(xué)理論教學(xué)體系，開展創(chuàng)新課程項(xiàng)目等解決方案，從而提高學(xué)生對力學(xué)理論的實(shí)踐應(yīng)用能力以及創(chuàng)新。

力學(xué)理論；施工實(shí)踐；建筑模型；實(shí)用性；應(yīng)用型人才

力學(xué)理論是由理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等技術(shù)型基礎(chǔ)理論學(xué)科組成的教學(xué)體系。其基本理論在工程領(lǐng)域和科技領(lǐng)域中有著非常重要的地位，并被廣泛應(yīng)用。隨著科技水平的提高，信息時(shí)代的發(fā)展以及行業(yè)需求量的變化，傳統(tǒng)教學(xué)體系面臨著挑戰(zhàn)和改革。由于近年來高校的不斷擴(kuò)招，畢業(yè)生就業(yè)壓力不斷加大，工程領(lǐng)域?qū)Ξ厴I(yè)生工作能力的要求也逐漸提高。如今，工程類用人單位普遍反映學(xué)生思維局限，動(dòng)手能力太差，大學(xué)中所學(xué)的力學(xué)知識不知道如何在工程實(shí)踐中運(yùn)用。因此應(yīng)當(dāng)著手加強(qiáng)力學(xué)教育體系的實(shí)用性、實(shí)踐性，使學(xué)生有將所學(xué)運(yùn)用于工程實(shí)例當(dāng)中的能力。同時(shí)，這也是應(yīng)對畢業(yè)生就業(yè)壓力加大，提高就業(yè)競爭力的有效措施。為了培養(yǎng)新時(shí)代應(yīng)用型人才、創(chuàng)新型人才，優(yōu)化力學(xué)理論教學(xué)體系，加快改革勢在必行。

一、力學(xué)理論教育以及相關(guān)行業(yè)現(xiàn)狀分析

(一)缺乏對基礎(chǔ)知識的實(shí)踐應(yīng)用能力

力學(xué)是土木工程專業(yè)、建筑專業(yè)的核心學(xué)科。作為最重要的基礎(chǔ)學(xué)科，力學(xué)理論教學(xué)被給予了足夠的重視。經(jīng)過數(shù)年來力學(xué)教育界專家和老師對教學(xué)體系改革的不斷付出，尤其是在教學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)籌規(guī)劃，教師上課的授課方式，多媒體教學(xué)的運(yùn)用，力學(xué)知識競賽等方面的探究摸索，均取得了良好的效果。如今的力學(xué)教學(xué)主要分為三大學(xué)科即理論力學(xué)，材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)。每個(gè)學(xué)科都具有自己的教學(xué)主線。理論力學(xué)以“靜力學(xué)—運(yùn)動(dòng)學(xué)—?jiǎng)恿W(xué)”為主線，主要研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，是力學(xué)體系中的三大學(xué)科中的基礎(chǔ)。材料力學(xué)以“外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形”為主線，通過判斷材料特性和截面特性以及受力特點(diǎn)來得出變形類型和大小[2]。結(jié)構(gòu)力學(xué)以“幾何結(jié)構(gòu)體系判斷—結(jié)構(gòu)受力分析—位移計(jì)算”為主線，主要對靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。上述力學(xué)理論教學(xué)雖然具有條理性、系統(tǒng)性，有利于學(xué)生對每個(gè)學(xué)科基礎(chǔ)知識的掌握，但缺乏與工程施工的結(jié)合。這一現(xiàn)象導(dǎo)致學(xué)生在施工實(shí)踐中不知道該用什么學(xué)科的理論，該如何去用。而且實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的分析不是依靠單個(gè)學(xué)科就可以完成的，需要各個(gè)學(xué)科的綜合考慮，這使得學(xué)生對力學(xué)知識的運(yùn)用相當(dāng)局限，不利于對實(shí)踐性、應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

(二)行業(yè)就業(yè)困難

隨著高校擴(kuò)招強(qiáng)度的加大以及土木建筑行業(yè)的波動(dòng)，出現(xiàn)了畢業(yè)生就業(yè)難的問題。探究問題出現(xiàn)的根源，一方面是學(xué)校缺乏對行業(yè)需求量的預(yù)測能力，在設(shè)置專業(yè)和招生計(jì)劃時(shí)有一定的滯后性，跟不上社會需求的節(jié)奏。導(dǎo)致過多的畢業(yè)生遇到低迷的市場，供大于求；或者是過少的畢業(yè)生趕上了行業(yè)大量需求專業(yè)人才的旺季，出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。另一方面，學(xué)生的知識應(yīng)用能力和水平不夠，工作中對發(fā)生的問題沒把握，心里沒底也是導(dǎo)致問題發(fā)生的原因。畢業(yè)生的第一份工作在一定程度上決定了學(xué)生自己的前途，畢業(yè)生的能力本身也是高校教學(xué)成功與否的直接體現(xiàn)。因此應(yīng)通過加快教學(xué)體制的改革，尋求一個(gè)新的有效的教學(xué)方案來提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，滿足社會對畢業(yè)生及整個(gè)教學(xué)體系的需求。

(三)教學(xué)團(tuán)隊(duì)力量不足

目前，隨著高校對教學(xué)團(tuán)隊(duì)組建的重視程度逐年提高，教師的科研水平也越來越高。以沈陽建筑大學(xué)交通工程學(xué)院為例，教師隊(duì)伍中具有博士學(xué)位的所占比例為56%，碩士學(xué)位的占38%，學(xué)術(shù)造詣深度毋庸置疑，但對施工工程的教學(xué)方面卻是個(gè)短板。然而當(dāng)前的教學(xué)仍然以基礎(chǔ)理論知識結(jié)合實(shí)驗(yàn)為主，對于實(shí)踐過程中各類結(jié)構(gòu)的分析，容易發(fā)生的相關(guān)問題以及工程上的前沿技術(shù)，以目前的教學(xué)團(tuán)隊(duì)水平還無法開展。這種以課本基礎(chǔ)教學(xué)為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式過于單一和局限，無法培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和處理實(shí)際問題的能力。在實(shí)際工作中不僅僅要求學(xué)生有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要有實(shí)踐技術(shù)能力、分析能力及把控能力。教學(xué)體系的改革離不開師資力量。因此，在加強(qiáng)教師科研水平和能力的同時(shí)也要注重教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多樣性與實(shí)踐性。

二、應(yīng)對出現(xiàn)問題的整改方案

(一)軟件模型與實(shí)踐的結(jié)合

為了將理論與實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)力學(xué)理論教育在實(shí)踐方面的能力培養(yǎng)，學(xué)生對于施工中各種結(jié)構(gòu)的了解學(xué)習(xí)必不可少。然而老師帶著學(xué)生去施工現(xiàn)場，對著各種受力結(jié)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)的方法并不現(xiàn)實(shí)。那么如何將施工現(xiàn)場搬進(jìn)校園課堂？軟件建模就是一個(gè)很好的解決方案。按照工程實(shí)例來進(jìn)行建模是一個(gè)簡化的過程。無論是房屋建筑方面的梁柱墻、基礎(chǔ)，還是橋梁工程中的橋墩、箱梁、T梁等，都可以簡化成幾何體系進(jìn)行分析。軟件建模的應(yīng)用有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，學(xué)生通過信息模型可以對實(shí)際施工中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更直觀的分析，加強(qiáng)對實(shí)踐的認(rèn)識。尤其是對一些相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，軟件建模教學(xué)的優(yōu)勢更能體現(xiàn)；其次，工程中使用的結(jié)構(gòu)不同于力學(xué)理論基礎(chǔ)學(xué)科，受力特性是復(fù)雜多樣的，需要運(yùn)用多種學(xué)知識去分析結(jié)構(gòu)受力特征，有利于學(xué)生對于各個(gè)學(xué)科的綜合性學(xué)習(xí)；第三，軟件建模有著良好的視覺體驗(yàn)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使理論性學(xué)習(xí)更容易被接受，達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的目的。隨著科技水平的提高，行業(yè)信息化的快速發(fā)展，越來越多的有限元建模分析軟件可供使用。例如在房建和橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域有PKPM、MIDAS、ABAQUS、橋梁博士、ANSYS等[10]。這些軟件對于分析桁架、剛架、梁和拱等結(jié)構(gòu)都適用。因此，將軟件建模應(yīng)用到力學(xué)理論教育體系中，并對軟件的使用進(jìn)行指導(dǎo)，對于學(xué)生對實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的了解以及解決實(shí)際問題能力的提升都會有相當(dāng)大的幫助。并以結(jié)構(gòu)模型為紐帶，達(dá)到將力學(xué)理論與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來的目的。

(二) 優(yōu)化力學(xué)理論教學(xué)體系

力學(xué)屬于工程技術(shù)學(xué)類別，在尋找更好的力學(xué)理論教學(xué)體系時(shí)永遠(yuǎn)離不開對工程實(shí)踐方面的依賴。工程技術(shù)是多個(gè)學(xué)科的結(jié)合，同時(shí)新的材料，新的施工技術(shù)也會在工程實(shí)踐中運(yùn)用[5]。然而目前這種只重視理論基礎(chǔ)培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學(xué)模式顯然跟不上現(xiàn)代工程技術(shù)飛速發(fā)展的節(jié)奏。因此，在培養(yǎng)學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)知識的前提下，我們應(yīng)當(dāng)尋找一個(gè)可以將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)平臺。將理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)三大基礎(chǔ)力學(xué)以及彈性力學(xué)，土力學(xué)等根據(jù)內(nèi)容重新融合在一起，組成一個(gè)綜合型學(xué)科，并分成三個(gè)培養(yǎng)大方向即基礎(chǔ)教學(xué)方向、工程實(shí)踐方向、科研實(shí)驗(yàn)方向。按照不同培養(yǎng)方針來制定培養(yǎng)方向[6]（如圖1）。通過這樣的教學(xué)體系改革來實(shí)現(xiàn)多層次教學(xué)，多樣化發(fā)展。根據(jù)社會對崗位的需求量和學(xué)生的就業(yè)意愿來制定合理的培養(yǎng)計(jì)劃，因材施教，因需施教，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教育理念，注重學(xué)生綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)(如圖1)。由于課程的多樣化，不要求學(xué)生對每個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識點(diǎn)都能夠透徹掌握，應(yīng)該通過改革體系教育來讓學(xué)生找到與工程實(shí)踐相契合的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力和解決問題的思維，這才是優(yōu)化教學(xué)的最終目的。

(三)積極開展課程項(xiàng)目

力學(xué)理論教學(xué)不應(yīng)該僅僅是老師授課的過程，還應(yīng)該有學(xué)生自己對所學(xué)知識的運(yùn)用過程。因此，以課后實(shí)驗(yàn)或者競賽的方式開展的力學(xué)課程項(xiàng)目也應(yīng)該是一項(xiàng)針對實(shí)踐應(yīng)用的整改方案。在美國，一門課程大概會分配2~3個(gè)課程項(xiàng)目[6]。這些課程項(xiàng)目由一個(gè)人或者幾個(gè)人組織的小團(tuán)體來完成。在有一定的基礎(chǔ)知識的前提下，完成課程項(xiàng)目通常還需要其他課程知識的輔助，有時(shí)候甚至?xí)枰?jì)算機(jī)的幫助。學(xué)生通常自己查閱文獻(xiàn)資料去解決問題，完成課程項(xiàng)目，并最終以書面或者匯報(bào)形式體現(xiàn)出來。在整個(gè)過程中，鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立思考能力、知識運(yùn)用能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。這種啟發(fā)式的教學(xué)模式對于引導(dǎo)開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維有重大的意義，也正是我國目前的教學(xué)模式中所缺失的環(huán)節(jié)。因此，教師應(yīng)該通過對課程項(xiàng)目的設(shè)置來引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考和對基礎(chǔ)理論知識的延伸，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力為核心來對目前的教學(xué)體系進(jìn)行改革。定期匯報(bào)、總結(jié)并學(xué)習(xí)，縮小與力學(xué)教育方面先進(jìn)國家的差距，時(shí)刻掌握國際上最新的教學(xué)方法并制定符合中國國情和發(fā)展形勢的改革方案。

圖1 力學(xué)理論教學(xué)體系改革方案圖

(四)提高師資力量

教師是學(xué)生在求學(xué)過程中的引導(dǎo)者，是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的源泉。教學(xué)團(tuán)隊(duì)的力量大小以及教學(xué)方式的選擇直接影響向社會輸送的人才質(zhì)量。目前，中國的教師多數(shù)以理論性的論文發(fā)表來提高資歷，只有少數(shù)教師手里有自己的工程項(xiàng)目。這就導(dǎo)致了教師本身對工程實(shí)踐方面的忽視。因此，當(dāng)下的教育體制改革應(yīng)當(dāng)著手解決教師隊(duì)伍的組建問題。一方面對現(xiàn)有的教師提出在實(shí)踐項(xiàng)目上的重視，教師在向?qū)W生傳授理論知識的同時(shí)也要加強(qiáng)自身對于施工實(shí)踐上的學(xué)習(xí)，透徹了解施工原理，了解最先進(jìn)的施工方法，跟上施工實(shí)踐快速發(fā)展的節(jié)奏，提高自身能力。同時(shí)靈活開展課堂教學(xué)模式，學(xué)會將力學(xué)理論基礎(chǔ)知識與身邊耳熟能詳?shù)慕Y(jié)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來。例如在講合理拱軸線方面的知識時(shí)，可以引出趙州橋上千年不倒的例子來幫助學(xué)生對拱結(jié)構(gòu)的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多樣化，加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)之間的合作，定期聘請施工單位，設(shè)計(jì)單位的高級工程師或?qū)＜襾韺W(xué)校做演講，把現(xiàn)代施工方面實(shí)用性較強(qiáng)的知識體系傳授給學(xué)生，這對學(xué)生在力學(xué)理論和實(shí)踐方面的理解有著很大的幫助。

(五)開展以輔修課程為前提的工程實(shí)習(xí)

近年來，學(xué)校對于輔修課程的開展和規(guī)劃取得了較大成效。以沈陽建筑大學(xué)（以下簡稱我校）為例，自2005年開展了力學(xué)專業(yè)中輔修道橋?qū)I(yè)之后，在提高學(xué)生就業(yè)競爭力、就業(yè)率，以及工作后的作業(yè)能力等方面都取得了預(yù)期的成果。同時(shí)也對學(xué)校力學(xué)理論教學(xué)的長期建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。輔修課開展的初衷是為了應(yīng)對社會相關(guān)行業(yè)格局的改變，就業(yè)市場的需求而形成一個(gè)具有針對性的教育培養(yǎng)機(jī)制。因此對于實(shí)習(xí)工程的選擇也要具有針對性[11]。實(shí)習(xí)是連接校園與社會的紐帶，是從理論教學(xué)階段向?qū)嶋H工作階段的轉(zhuǎn)換，也是提高應(yīng)用實(shí)踐能力的關(guān)鍵時(shí)期，具有十分重要的意義。學(xué)校應(yīng)對實(shí)習(xí)單位進(jìn)行把關(guān)，要根據(jù)學(xué)生輔修專業(yè)的不同以及學(xué)生對于未來就業(yè)單位的選擇側(cè)重點(diǎn)（如圖2）有針對性地篩選，確保所學(xué)專業(yè)、實(shí)習(xí)項(xiàng)目、未來發(fā)展在同一條主線上。企業(yè)幫學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的同時(shí)也是為自己儲備人才的過程。學(xué)校與企業(yè)應(yīng)積極洽談，為培養(yǎng)專業(yè)人才共同努力，實(shí)現(xiàn)雙贏。

圖2 沈陽建筑大學(xué)2014屆畢業(yè)生擇業(yè)重視因素調(diào)查圖

三、結(jié)束語

力學(xué)理論作為工程方向的核心理論體系一直受到相關(guān)行業(yè)教育專家的重視。學(xué)生對于力學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握以及對知識的實(shí)踐應(yīng)用能力直接影響今后的發(fā)展。根據(jù)社會需求的變化，行業(yè)發(fā)展的不斷變動(dòng)，力學(xué)理論教學(xué)體系也應(yīng)隨之不斷優(yōu)化改革。近年來，我校通過對畢業(yè)生就業(yè)方向以及社會相關(guān)工程類行業(yè)熱度的分析，開設(shè)了力學(xué)理論的輔修專業(yè)——道橋?qū)I(yè)課程，制訂了新的課程體系和培養(yǎng)方案，提高了畢業(yè)生的就業(yè)競爭力，取得了很好的效果。在摸索前進(jìn)的過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，我們也發(fā)現(xiàn)了教學(xué)體系中存在的漏洞。工作單位反饋的學(xué)生對于力學(xué)知識運(yùn)用能力、實(shí)踐能力、獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力的匱乏都是需要改革的重點(diǎn)。開發(fā)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)作為一名未來的工程師所應(yīng)具備的綜合素質(zhì)，這才是討論力學(xué)理論體系整改方案的最終意義。通過嘗試進(jìn)一步的力學(xué)理論教學(xué)體制改革，課程項(xiàng)目的推廣以及對結(jié)構(gòu)模型的充分利用等方法來優(yōu)化力學(xué)理論在實(shí)踐上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)綜合型人才的培養(yǎng)。

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(責(zé)任編校：付春玲)

2017-09-19

中國建設(shè)教育學(xué)會教育教學(xué)研究科研立項(xiàng)課題（2015056）；遼寧省教育評價(jià)協(xié)會教學(xué)改革與教育質(zhì)量評價(jià)研究(PJHYYB15088) ；中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會資助項(xiàng)目（lxbh97）；沈陽建筑大學(xué)第八批教育科學(xué)研究立項(xiàng)課題（201522）

于玲（1970-），女，陜西楊凌人，副教授。

10.15916/j.issn1674-327x.2017.03.035

G40-034

A

1674-327X (2017)03-0116-04