汪大洋　劉東瀅　王菁菁

摘? 要：當(dāng)今高?！半p一流”建設(shè)環(huán)境對工科土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本文從教育環(huán)境、現(xiàn)有課程體制、網(wǎng)絡(luò)信息化影響三個(gè)方面探討了開展基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革的必要性，就如何結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生長足的力學(xué)課程學(xué)習(xí)興趣、合理施教促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)化、少學(xué)時(shí)條件下精煉教學(xué)內(nèi)容和確保教學(xué)質(zhì)量等方面進(jìn)行了積極探索，并結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)給出了相關(guān)對策，以期為加快專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)改革提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué);教學(xué)改革;主動(dòng)學(xué)習(xí);教學(xué)互動(dòng)

中圖分類號：G642;TU3-4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）43-0034-03

早在2010年，教育部就提出了“卓越工程師教育”，旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的工程技術(shù)人才，即面向社會(huì)需求培養(yǎng)高層次技術(shù)應(yīng)用型人才[1]。如今，“雙一流”建設(shè)已經(jīng)在全國高等院校中廣泛開展，旨在促進(jìn)我國躋身世界教育強(qiáng)國之列。土木工程學(xué)科是我國工科領(lǐng)域的基礎(chǔ)和傳統(tǒng)學(xué)科，內(nèi)容涵蓋結(jié)構(gòu)工程、地下工程、巖土工程、橋梁工程、建筑工程以及水利工程等眾多專業(yè)分支，基礎(chǔ)力學(xué)課程是所有上述專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域最為重要的基礎(chǔ)課程之一。如何適應(yīng)華盛頓協(xié)議下的國際工科教育認(rèn)證潮流，使培養(yǎng)的技術(shù)人才既能滿足我國自身經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，又能順應(yīng)國際土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展趨勢，已成為當(dāng)今工科土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)亟須改進(jìn)完善的重要問題。

一、基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革必要性分析

“雙一流”建設(shè)的主要任務(wù)在于建設(shè)一流師資隊(duì)伍、培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才、提升科學(xué)研究水平、傳承創(chuàng)新優(yōu)秀文化以及著力推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，核心思想是推動(dòng)一批高水平大學(xué)和學(xué)科進(jìn)入世界一流行列或前列。然而，當(dāng)前基礎(chǔ)力學(xué)課程體制面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面，工科專業(yè)連續(xù)多年的擴(kuò)招使得原本不足的教學(xué)軟硬件資源愈發(fā)緊缺，只能選擇大班上課。上課人數(shù)一旦過多，則會(huì)產(chǎn)生課堂紀(jì)律問題，課堂紀(jì)律問題又將直接引發(fā)教學(xué)質(zhì)量問題。如何在嚴(yán)肅、枯燥而又人數(shù)眾多的基礎(chǔ)力學(xué)課堂教學(xué)中，既創(chuàng)造輕松、愉快的學(xué)習(xí)氛圍，又激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，需要開展細(xì)致、翔實(shí)的課程教學(xué)改革實(shí)踐[3]。

另一方面，基礎(chǔ)課程的學(xué)時(shí)壓縮在當(dāng)前工科教育教學(xué)中已經(jīng)是一個(gè)明顯的問題，基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)學(xué)時(shí)亦是如此，存在學(xué)時(shí)數(shù)嚴(yán)重不足的情形[2]。如一些高校的理論力學(xué)課程學(xué)時(shí)數(shù)為56個(gè)，課程內(nèi)容涵蓋靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大領(lǐng)域。少學(xué)時(shí)條件下對基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)方法的探析和改革，應(yīng)盡早提上日程，以適應(yīng)新形勢下基礎(chǔ)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)和教學(xué)的需要。

二、基礎(chǔ)力學(xué)課程教改探索與對策

（一）融合專業(yè)，培養(yǎng)長足的學(xué)習(xí)熱情

基礎(chǔ)力學(xué)課程涵蓋土木工程專業(yè)三大力學(xué)課程，分別為理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)，三大力學(xué)對后續(xù)專業(yè)課程（如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)）的學(xué)習(xí)起到重要的支撐作用，如在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程中，學(xué)習(xí)鋼筋混凝土梁受彎承載力的計(jì)算時(shí)，采用的取隔離體法繪制受力圖、建立平衡方程的概念就直接源于理論力學(xué)的課程學(xué)習(xí)。

顯然，非常有必要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)伊始就清晰地認(rèn)識到力學(xué)課程學(xué)習(xí)對于專業(yè)課學(xué)習(xí)及畢業(yè)參加工作后解決實(shí)際工程問題的重要性[4]。其一，學(xué)好基礎(chǔ)力學(xué)課程對于后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)具有積極的促進(jìn)作用，反之則嚴(yán)重影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果，“樹高百丈根為本、水流千里終有源”，基礎(chǔ)力學(xué)課程就是土木工程專業(yè)知識的根和源。其二，學(xué)好基礎(chǔ)力學(xué)課程能夠有效解決實(shí)際生活或工作中的諸多問題，如現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)典的“逆風(fēng)行舟”現(xiàn)象，采用基本的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識就能清晰描述。如圖1所示，帆船在水流速度為v的河流中逆風(fēng)航行，船帆所受的風(fēng)力R與帆面垂直，將風(fēng)力R分解為F1和F2兩個(gè)力，同時(shí)帆船航行過程中還受到水流的阻力P作用，可見水流阻力P與風(fēng)力的橫向分量F2通過恰當(dāng)選擇帆面角度可以相互抵消，則風(fēng)力的另一個(gè)分量F1即成為帆船的前進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)“逆風(fēng)行舟”。因此，教師應(yīng)結(jié)合專業(yè)，讓學(xué)生明白力學(xué)課程以解決實(shí)際工程問題為導(dǎo)向，注重對問題根源的探索及對實(shí)際問題的解決，進(jìn)而使之對力學(xué)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和長足的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（二）合理施教，將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)

蘇聯(lián)著名教育實(shí)踐家和教育理論家瓦·阿·蘇霍姆林斯基曾說：所有智力方面的工作，都源于興趣。教學(xué)的過程，不能僅僅強(qiáng)調(diào)“老師教”，更重要的在于讓學(xué)生“獨(dú)立學(xué)”，因此作為老師，只有在平凡的教育教學(xué)工作中不斷向?qū)W生播撒“求知欲和探索”的精神，才能使其在短暫、浩如煙海的力學(xué)知識學(xué)習(xí)中汲取多的養(yǎng)分，從經(jīng)典的、既有的課本知識學(xué)習(xí)中主動(dòng)拓展想象力，舉一反三，培養(yǎng)邏輯思維能力和思維敏感力[5]。

首先，積極營造環(huán)境，讓學(xué)生主動(dòng)迎合教學(xué)過程。如在講解平面剛體時(shí)，教師可以列三個(gè)平衡方程，對于質(zhì)點(diǎn)只能列兩個(gè)平衡方程的情況，可以讓學(xué)生動(dòng)手繪制平面直角坐標(biāo)系，然后在坐標(biāo)系中分別繪制一個(gè)點(diǎn)和一條線，讓學(xué)生從數(shù)學(xué)的角度思考定義一個(gè)點(diǎn)和一條線分別需要幾個(gè)參數(shù)，將力學(xué)問題與已經(jīng)熟知的數(shù)學(xué)知識相結(jié)合，能達(dá)到深入淺出的教學(xué)效果。讓學(xué)生參與教學(xué)過程，使其始終保持積極、興奮的思考探索狀態(tài)，融入教學(xué)、加深理解、形成教與學(xué)的良性循環(huán)。

其次，知識歸類遷移，舉一反三。很多時(shí)候，在某一種類型的知識學(xué)習(xí)時(shí)都存在內(nèi)在的聯(lián)系，教師要讓學(xué)生清晰地把握問題的核心，透過現(xiàn)象認(rèn)識本質(zhì)，從而起到以點(diǎn)帶面的效果。如在平面剛架約束反力計(jì)算中，首先給出如圖2（a）所示的最簡單的剛架，求A、B支座的約束反力，只需列三個(gè)平衡方程即可求解。隨后，依次改變平面剛架如圖2（b）、（c）、（d）、（e）所示，從鉸約束不同位置的改變（（a）到（b））到不同約束方式的改變（（b）到（c）），從可解到不能全部求解（（a）、（b）到（c）），從不能全部求解到通過增加一個(gè)圓柱鉸到可解（（c）到（d）），然后再到鉸約束位置的改變（（d）到（e）），還可以對比因約束位置改變而產(chǎn)生的不同解法及其原因（（d）與（e））。由淺入深，歸類遷移，幫助學(xué)生在枯燥的力學(xué)學(xué)習(xí)中挖掘“魔術(shù)”魅力，加深印象，提高學(xué)習(xí)效果。

再次，活躍課堂氛圍，讓學(xué)生愿意說且主動(dòng)說。在力學(xué)課程教學(xué)過程中，教師應(yīng)該積極主動(dòng)地鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮豐富的想象力，讓學(xué)生對所學(xué)的新知識融入個(gè)人獨(dú)到的體會(huì)和感受，然后在規(guī)定時(shí)間積極在課堂上讓其敢于并愿意表達(dá)，使其獲得愉悅或成功的體驗(yàn)，進(jìn)而撬動(dòng)內(nèi)在獲取知識、轉(zhuǎn)化應(yīng)用知識的動(dòng)力。這種教學(xué)方式下，針對部分學(xué)生的主動(dòng)發(fā)言，不論對錯(cuò)教師都應(yīng)在不同程度上加以鼓勵(lì)、肯定，可以帶動(dòng)其余學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生的發(fā)言過程實(shí)際上也是內(nèi)在競爭的外部體現(xiàn)，當(dāng)愿意發(fā)表獨(dú)到見解的學(xué)生達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生由量變到質(zhì)變的效應(yīng)，此時(shí)課堂不再是老師的一言堂，而是一個(gè)全員行動(dòng)、共同參與的課堂，能實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。

（三）正視少學(xué)時(shí)，制定個(gè)性化教學(xué)方法

在面對內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持“有所為有所不為”的態(tài)度，既保持原則、又不失個(gè)性化的教學(xué)方法，突破重點(diǎn)、帶動(dòng)次重點(diǎn)、弱化非重點(diǎn)[6]。其一，精煉講授內(nèi)容，強(qiáng)化對基本概念的理解。如理論力學(xué)課程由于涵蓋靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大內(nèi)容，如果嚴(yán)格按照書本中的知識點(diǎn)一一講授很有可能出現(xiàn)學(xué)時(shí)不夠的問題，因此在教學(xué)過程應(yīng)強(qiáng)調(diào)概念的理解和運(yùn)用。如在靜力學(xué)部分列平衡方程時(shí)，一般都是從平面匯交力系到任意力系（以比較特殊的平行力系）、從一矩式到二矩式再到三矩式來講授，實(shí)際上不同的力系及力矩方程使用多寡只是平衡方程在不同場合的應(yīng)用，如果讓學(xué)生首先掌握平衡方程建立的由來、理解平衡方程的概念及意義，那么僅剩如何應(yīng)用的問題，不管什么場合只是應(yīng)用環(huán)境不一而已，可以達(dá)到既抓住重點(diǎn)、又節(jié)約學(xué)時(shí)的目的。

其二，聯(lián)系實(shí)際，案例教學(xué)，通俗易懂。力學(xué)是一門相對乏味的課程，但力學(xué)所應(yīng)用的領(lǐng)域卻無處不在，因此在平時(shí)的生活工作中汲取力學(xué)的應(yīng)用案例，并引入課堂，將起到事半功倍的效果。如講到摩擦，可以讓學(xué)生對比溜冰鞋與跑鞋鞋底的區(qū)別及原因;講到相對運(yùn)動(dòng)、絕對運(yùn)動(dòng)、牽連運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以列舉平時(shí)乘坐的公交車、自己在公交車上走動(dòng)的例子等。教師應(yīng)讓學(xué)生將枯燥的力學(xué)概念與生活案例相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)概念形象化、理解簡單化、投入主動(dòng)化的教學(xué)過程。

其三，精選作業(yè)，嚴(yán)格批改、杜絕抄襲。課堂聽講是一種知識攝入的過程，但只有攝入還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要求將知識為我所用、吸收并產(chǎn)出，產(chǎn)出大多體現(xiàn)在課后作業(yè)上。在每次講完知識點(diǎn)后要有針對性地布置作業(yè)，可分兩個(gè)層次：一是再現(xiàn)知識點(diǎn)作業(yè)，二是知識點(diǎn)理解并轉(zhuǎn)化應(yīng)用的作業(yè)。嚴(yán)格批改作業(yè)，采取必要措施杜絕作業(yè)答案“版本化”，并盡可能詳細(xì)地列出作業(yè)中出現(xiàn)的問題。

三、結(jié)語

基礎(chǔ)力學(xué)課程作為工科土木工程專業(yè)的力學(xué)基礎(chǔ)課程和專業(yè)先導(dǎo)課程，在人才培養(yǎng)過程中的地位舉足輕重。本文從高?！白吭焦こ處熃逃焙汀半p一流”建設(shè)切入，剖析了當(dāng)前環(huán)境下基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)存在的挑戰(zhàn)和改革必要性，從如何培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)生濃厚的力學(xué)課程學(xué)習(xí)興趣和長足的學(xué)習(xí)動(dòng)力、通過合理的教學(xué)方法將學(xué)生由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)、在少學(xué)時(shí)條件下如何突出重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長三個(gè)層面，探討了基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革的方法和對策，為新形勢下進(jìn)一步加快該課程的教學(xué)改革、提升教學(xué)質(zhì)量提供了新思路。

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（責(zé)任編輯：淳潔）

基金項(xiàng)目：廣東省結(jié)構(gòu)力學(xué)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì);廣東省研究生“結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)”示范課程。

作者簡介：汪大洋（1980—），男，博士，廣州大學(xué)土木工程學(xué)院副院長，教授，研究方向：工程振動(dòng)控制;劉東瀅（1982—），男，博士，廣州大學(xué)土木工程學(xué)院副教授，研究方向：新材料與結(jié)構(gòu);王菁菁（1986—），女，博士，廣州大學(xué)土木工程學(xué)院副教授，研究方向：結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制。