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        土木工程專業(yè)力學課程群整合研究與改革

        2020-05-18 02:43:35張潔顏紅專
        科技視界 2020年7期
        關鍵詞:結(jié)構(gòu)力學學時力學

        張潔 顏紅專

        摘 要

        針對力學課程的特點和應用性人才培養(yǎng)的要求,進行土木工程專業(yè)力學課程群整合研究與改革。本文從教學內(nèi)容的整合、網(wǎng)絡教學平臺、實踐教學和考核方式的改革方面,闡述了土木工程專業(yè)力學整合與改革的思路,以期提高應用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效益。

        關鍵詞

        土木工程專業(yè);力學課程群;課程研究

        中圖分類號: ?TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼: A

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.014

        0 前言

        課程及課程體系建設是培養(yǎng)人才素質(zhì)和專業(yè)能力的核心環(huán)節(jié),在培養(yǎng)創(chuàng)新性應用型人才的過程中占據(jù)不可替代的作用。在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)以及力學課程特點的背景下,研究土木工程力學課程群的整合與改革,實現(xiàn)培養(yǎng)應用型人才知識、能力和素質(zhì)目標,構(gòu)建以實踐能力培養(yǎng)為中心課程體系,促進應用型本科教育建設的發(fā)展。

        課程整合是通過設計一種課程,使得相關概念、理論、內(nèi)容、過程集中在一起,并以學習者為中心組織學習。本文就是通過設置若干知識模塊,按照邏輯關系,并根據(jù)力學課程的特點和應用性人才培養(yǎng)需要,整合三門力學課程的相關知識點,并對力學課程進行改革分析。

        1 力學課程整合和改革的必要性

        1.1 課程特點

        力學課程是高等院校土木工程專業(yè)的必修課,是理論性比較強的專業(yè)基礎課,是學習彈性力學、結(jié)構(gòu)設計原理和結(jié)構(gòu)設計的基礎,是培養(yǎng)學生解決實際問題能力的重要課程,為本科應用型人才培養(yǎng)打下堅實的基礎。武昌工學院城市建設學院開設了理論力學、材料力學和結(jié)構(gòu)力學三門力學課程,理論力學總學時是56,其中理論學時56,實驗學時0;材料力學總學時72,其中理論學時56,實驗學時16;結(jié)構(gòu)力學總學時80,其中理論學時72,實驗學時8。

        1.1.1 重理論輕實踐

        我院人才培養(yǎng)方案中力學課程總學時208,理論課時占80%以上,在力學的教學過程中,講授的理論課程占了絕大部分時間,而提高學生動手能力的實驗以及實踐教學卻很少。這樣一來,學生在力學的掌握中,先入為主的是以理論學習,忽略了解決實際工程問題的需求。

        1.1.2 內(nèi)容重復

        理論力學的學習目標是掌握剛體靜力學、運動學和動力學的基本概念原理及應用;材料力學的學習目標是構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定性等基本概念、基本理論、基本方法;結(jié)構(gòu)力學的教學目標是熟悉繪制靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖,并能對各類結(jié)構(gòu)進行變形計算。雖然每門課程都有各自大綱和教學目標,但是不同的課程由不同教師授課,授課教師按照大綱的要求自己確定教學內(nèi)容,無可避免地造成內(nèi)容的重復。例如,理論力學中結(jié)構(gòu)的動力學內(nèi)容與結(jié)構(gòu)力學重復;材料力學中的桁架計算與結(jié)構(gòu)力學重復。

        1.1.3 各門力學課程之間無銜接

        雖然授課教師在教學過程中嚴格按照教學大綱的要求進行授課,但是各門課程各自為政,各成體系,相互封閉,課程之間無邏輯,無銜接。學生學到的是內(nèi)力、應力、變形等一個個知識點,在處理綜合問題時不能把各個知識點綜合起來應用。這不利于學生解決實際問題能力的提高,也不利于應用型人才的培養(yǎng)。

        1.1.4 內(nèi)容陳舊,與崗位需求不適宜

        隨著科學技術的進步,CAE技術(計算機輔助工程)的發(fā)展已滲透于力學學科,但是CAE技術的應用只停留在教學研究,未真正的應用于力學課程的教學中去?,F(xiàn)有的力學課程教學內(nèi)容比較陳舊,未隨著新技術和新科學的發(fā)展進行更新,培養(yǎng)的學生未能滿足高新技術應用型人才的崗位需求。

        1.1.5 考核方式

        現(xiàn)有我院的力學課程的考核統(tǒng)一采取考試(閉卷)形式,考核內(nèi)容以大綱的知識點為主,分值分布應與本大綱的學時安排相符,試卷題型千篇一律,無創(chuàng)新和綜合應用題目。最終成績的評定按照平時成績與期末成績的比例為3:7 。這樣的考核方式不利于學生注重平時知識的學習,不利用于學生綜合應用能力的提高。

        1.2 應用型人才的培養(yǎng)

        土木工程專業(yè)需要掌握必要土木工程專業(yè)知識,具有專業(yè)實踐能力的人才,土木工程以“精施工,懂管理,會設計”的培養(yǎng)目標,同時要求土木工程師具有一定的力學知識。但是學生在處理實際的工程問題時無法將力學課程中的計算簡圖與實際的工程實例進行聯(lián)系,造成了理論與實踐相脫節(jié),從而無法解決現(xiàn)場的實際問題。比如在橋梁結(jié)構(gòu)設計時,學生無法正確地按照橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和組成簡化為力學分析的計算簡圖,如果不改變課程設置,將會影響學生動手能力的培養(yǎng),從而影響土木工程專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)。隨著教學總課時的削減,基礎課程的增加,在構(gòu)建創(chuàng)新性課程體系過程中,加強課程群之間的溝通,處理好理論課程與實踐課程的關系,提高應用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效益。

        2 力學課程群的整合與改革

        2.1 力學課程整合

        2.1.1 內(nèi)容刪減

        在理論基礎課課時削減的趨勢下,滿足“必需、夠用”的前提,保證力學基礎理論和基本概念完整,刪除重復的、不必要的、純推導過程的教學內(nèi)容。比如刪除理論力學中與大學物理重復的點運動和剛體簡單運動,刪除理論力學動力學中的三大定律,刪除材料力學中與結(jié)構(gòu)力學重復的桁架計算和超靜定結(jié)構(gòu)計算,刪除結(jié)構(gòu)力學中間接影響線的計算內(nèi)容。

        2.1.2 內(nèi)容重組

        按照三門力學課程的邏輯關系,對力學內(nèi)容進行重組,例如把理論力學中的運動學和動力學的內(nèi)容放在結(jié)構(gòu)力學中講解,對于應用性培養(yǎng)的學生而言,運動學的內(nèi)容在后續(xù)的專業(yè)課程和工作中基本用不到,動力學的知識也用不多,可以把這兩部分內(nèi)容合并在一起放在結(jié)構(gòu)力學中的結(jié)構(gòu)動力分析部分。把材料力學中的彎曲變形計算放在結(jié)構(gòu)力學中的結(jié)構(gòu)位移計算部分,這樣既可以節(jié)省教學時間,也可以通過對比分析的方法加深結(jié)構(gòu)位移計算的知識。刪除材料力學中能量方法和動荷載與交變應力的內(nèi)容。

        2.1.3 模塊化設置

        為了提高教學質(zhì)量和學生的綜合素質(zhì),對力學課程進行模塊化設置。力學課程的教學設置從“為什么學”入手,確定學生的學習目標和目的就是掌握結(jié)構(gòu)力學計算模型的簡化,熟練準確地計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應力和變形;其次確定“學什么”,通過不同結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造的分析、內(nèi)力、應力和變形計算方法的學習和訓練達到教學的目的,滿足學生的學習需要;在此基礎上,引導學生“如何學”確定教學方式和方法,按照人培和大綱,進行備課,編寫教學計劃和教案,按照內(nèi)容的需要選擇不同的教學方法。

        在充分調(diào)研的基礎上,將“理論力學”“材料力學”“結(jié)構(gòu)力學”三門課程整合為力學課程,其主要內(nèi)容歸納為三力一變,即為結(jié)構(gòu)外力分析與計算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與計算、結(jié)構(gòu)應力分析與計算、結(jié)構(gòu)變形分析與計算。其中結(jié)構(gòu)外力分析與計算中增加自重荷載的計算,使學生了解力的來源,也將力統(tǒng)一到工程術語荷載上。體積荷載、均布線荷載和均布面荷載的相互轉(zhuǎn)換,增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡化,并與約束類型結(jié)合起來,明確約束類型是由工程實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件的簡化抽象而來;結(jié)構(gòu)應力分析與計算是為了結(jié)構(gòu)承載力計算建立學習平臺,教學的重點是應力在截面上的分布和應力大小計算;直觀感受應力在橫截面上的分布情況;結(jié)構(gòu)變形與計算是為結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)驗算建立學習平臺,把受彎構(gòu)件變形計算與結(jié)構(gòu)的位移計算進行整合,了解變形情況,確定最大撓度值及其位置。

        2.2 網(wǎng)絡教學平臺

        力學課程采用超星泛雅教學平臺,實現(xiàn)教學資源的共享,學生可以采用電腦和手機進行學習,并且不受時間的限制,可以提高學生學習的自主性。教師進行課程概況,學習單元和測試考試的建設,其中課程概況包括課程考核,參考書目、課程大綱,教學計劃,按照學時和知識點設置學習單元,每個學習單元中包括教學課件、教學教案、教學視頻、教學資源鏈接和作業(yè);測試和考試包括單元測試題庫和其中測試題庫。課上教師按照單元組織學生測試,學生可以利用移動客戶端完成測試內(nèi)容,課下教師發(fā)布任務,學生可以利用電腦網(wǎng)頁版和移動客戶端完成學習任務。網(wǎng)絡教學可以讓學生突破時空的限制參與到課程學習,提高學生學習的主動性,加強師生交流,提升學生學習質(zhì)量和效果,有利于課程信息化改革。

        2.3 實踐教學

        加強實踐環(huán)節(jié),結(jié)合工程實際和專業(yè)實際,使基礎理論知識與專業(yè)技能對接,提高學生的動手能力和解決實際問題的能力,比如橋梁方向的學生,結(jié)合橋梁工程的發(fā)展現(xiàn)狀,按照橋梁類型布置實踐任務,學生了解工程背景和橋梁組成和構(gòu)造施工圖的基礎上,對橋梁結(jié)構(gòu)進行力學計算簡圖的簡化,并對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力分析;以橋梁施工為背景,進行橋梁構(gòu)件吊裝施工和模板施工的力學分析。在結(jié)構(gòu)力學分析時,結(jié)合Midas軟件和PKPM軟件,培養(yǎng)學生的計算機建模分析能力。

        2.4 考核方式

        力學課程的考核成績由作業(yè)成績、單元成績、期中測試成績和期末測試成績綜合給出,增加單元成績和期中測試成績的比重,減少期末測試成績的占比,注重過程考核。

        作業(yè)主要是對于本次課及以往知識點的訓練,除此之外,應該補充一些結(jié)合實際工程的綜合性的題目,讓學生感知和熟悉結(jié)構(gòu),了解結(jié)構(gòu)的受力來源。單元測試在單元結(jié)束后,隨堂進行測試,期中測試在教學內(nèi)容進行一半之后組織進行測試,測試的題目可以從單元測試的題目中選取,這樣可以更好的加深學生對于知識點的掌握,也能更好地鼓勵學生復習,提高學生學習的積極性。單元測試和期中測試可以通過超星泛雅平臺,限定時間,隨堂提交,提交之后學生可以查看成績。期末測試的內(nèi)容要求覆蓋大綱的知識點,并且補充綜合分析題目考察學生的實際解決問題的能力。最終確定的考核成績=作業(yè)成績(25%)+單元成績(30%)+期中測試(15%)+期末測試(30%)。

        參考文獻

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        [2]孟憲強,王愷英,廖明軍,齊春玲.土木工程專業(yè)創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)模式探討[J].高等建筑教育,2010(4):55-58

        [3]馬崇武,秦懷泉.土木工程專業(yè)力學課程的教學現(xiàn)狀與改革對策[J].中國電力教育,2008(122):75-76.

        [4]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京:高等教育出版社,2009.

        [5]孫訓方.材料力學[M].北京:高等教育出版社,2006.

        [6]李廉錕.結(jié)構(gòu)力學[M].北京:高等出版社,2004.

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