于海豐，劉衛(wèi)然，馬康，康麗華

（河北科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

1 課程群建設(shè)背景

工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向（OBE）和持續(xù)改進(jìn)。國(guó)內(nèi)土木工程專業(yè)從1994年開(kāi)始推行認(rèn)證制度[1]，截至2021年1月，全國(guó)共有110所高校的土木工程專業(yè)通過(guò)工程教育認(rèn)證。河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)面向全國(guó)12個(gè)省、市、自治區(qū)投放招生計(jì)劃，生源量充足，生源結(jié)構(gòu)合理。本專業(yè)在各省最低錄取分?jǐn)?shù)超過(guò)省控線80分以上，并且呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的勢(shì)態(tài)。

三門力學(xué)課程（理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)）是土木工程專業(yè)傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，以講授力系平衡、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)、建立桿件的強(qiáng)度/剛度/穩(wěn)定性、求解靜定/超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力、解決結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題等為主，其課程培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度高低直接影響后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)抗震等土木工程專業(yè)課程教學(xué)效果。

目前，很多學(xué)者基于工程教育認(rèn)證背景對(duì)土木工程專業(yè)力學(xué)課程改革進(jìn)行了研究，如王義平[2]，汪大洋[3]、張賢才[4]、冷捷[5]等，但研究多集中于宏觀層面，將三門力學(xué)課程集合起來(lái)尚比較少見(jiàn)。因此，為更好促進(jìn)專業(yè)發(fā)展，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，基于工程教育認(rèn)證背景，河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)圍繞傳統(tǒng)三門力學(xué)課程教學(xué)改革開(kāi)展了探索性工作。

2 存在的問(wèn)題

2.1 課程體系龐大，內(nèi)容多

從結(jié)構(gòu)構(gòu)件角度上講，三門課程主要對(duì)應(yīng)桿系結(jié)構(gòu)；從研究對(duì)象上講，涉及剛體和變形體；從內(nèi)容邏輯上講，理論力學(xué)以解決剛體構(gòu)件靜力平衡問(wèn)題為主，材料力學(xué)主要是針對(duì)單根桿件小變形彈性構(gòu)件，求解其內(nèi)力、應(yīng)力以及應(yīng)變之間的關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行桿件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)力學(xué)主要研究桿件結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和受力性能，并利用力學(xué)原理研究在外力和其他外界因素作用下各類結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。從前后順序上講，理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)分別在第2、3、4學(xué)期開(kāi)設(shè)，以體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容前后邏輯順序。可以說(shuō)三者既密不可分，又有內(nèi)容上的區(qū)別。以河北科技大學(xué)為例，2020年三門課程總學(xué)分12分，總學(xué)時(shí)192課時(shí)，涉及33章，共計(jì)162小節(jié)內(nèi)容，授課內(nèi)容量大，重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)多。

2.2 部分授課內(nèi)容重復(fù)

在傳統(tǒng)的以課堂講授為主的授課模式下，為保證授課內(nèi)容前后的銜接性、提升學(xué)生知識(shí)接受程度，會(huì)出現(xiàn)部分授課內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象。以河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)教改前的實(shí)際情況為例，三門課程之間部分重復(fù)講授內(nèi)容見(jiàn)表1，相關(guān)學(xué)時(shí)在20課時(shí)左右，約占三門課程總學(xué)時(shí)的10%。除表1外，三門課程部分內(nèi)容也與其他專業(yè)課程相關(guān)內(nèi)容重復(fù)，如理論力學(xué)和建筑結(jié)構(gòu)抗震均講授達(dá)朗貝爾原理、材料力學(xué)中的壓桿穩(wěn)定內(nèi)容與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中受壓構(gòu)件中講授內(nèi)容重復(fù)等。

2.3 課程理論性強(qiáng)，實(shí)踐內(nèi)容少

三門力學(xué)課程均以理論為主，涉及概念、名詞數(shù)量龐大，如剛體/變形體、彈性/彈塑性、靜定/超靜定等，如不輔以工程背景或者工程實(shí)踐，較為晦澀難懂，在傳統(tǒng)的“教師教、學(xué)生學(xué)”的以教師為主體的教學(xué)模式下，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，教學(xué)效果較差。

表1 部分重復(fù)講授內(nèi)容

課程實(shí)踐內(nèi)容較少，理論力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)基本沒(méi)有實(shí)驗(yàn)課時(shí)，材料力學(xué)也僅有低碳鋼與鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)、低碳鋼與鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)、梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)6個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，在總的教學(xué)計(jì)劃中占比非常少。且實(shí)驗(yàn)?zāi)昴曛貜?fù)，實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)操作流程可以從網(wǎng)上找到標(biāo)準(zhǔn)化教程，甚至可以找到標(biāo)準(zhǔn)化答案，學(xué)生普遍缺乏新鮮感，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)重要性認(rèn)識(shí)度不高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳。

3 教學(xué)改革建議

基于工程教育認(rèn)證的背景，將教學(xué)理念由“教師為中心”向“學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變，以學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、用人單位滿意度為主線，針對(duì)傳統(tǒng)三門力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，以及基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)壓縮的教學(xué)現(xiàn)狀，河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)對(duì)三門力學(xué)課程進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐，建立了力學(xué)課程群，邀請(qǐng)行業(yè)企業(yè)專家參與，重新修訂了教學(xué)大綱，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)踐等多環(huán)節(jié)進(jìn)行課程改革，措施如下：

3.1 教學(xué)內(nèi)容方面

針對(duì)課時(shí)量壓縮的現(xiàn)狀，將課程內(nèi)容整合，壓縮部分重復(fù)課堂講授內(nèi)容，具體見(jiàn)表1。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，將大量的工程案例引入教學(xué)，形成案例庫(kù)，部分案例如表2所示。為了不降低教學(xué)效果，從教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)課時(shí)/課堂講授內(nèi)容壓縮，實(shí)際教學(xué)內(nèi)容不壓縮且多樣化，教學(xué)效果不減弱。

結(jié)合河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位和人才培養(yǎng)要求，針對(duì)12條畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)的31個(gè)分指標(biāo)點(diǎn)，逐個(gè)知識(shí)點(diǎn)梳理，制定詳細(xì)的課程目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容模塊化，分為基本知識(shí)模塊、能力提升模塊和綜合運(yùn)用模塊，以結(jié)構(gòu)力學(xué)為例，三個(gè)模塊的基本概況見(jiàn)表3。

表2 部分典型工程案例

表3 結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)模塊劃分

3.2 教學(xué)方法方面

與其他很多學(xué)校[4,6-7]類似，河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)采取多媒體、板書、虛擬仿真教學(xué)等多種教學(xué)方法，但又有所創(chuàng)新，具體為：（1）多媒體除了包含傳統(tǒng)的PPT課件之外，將梳理出來(lái)的重復(fù)授課內(nèi)容制作了課程視頻，在第二次講授相關(guān)內(nèi)容之前，將課程視頻發(fā)給學(xué)生，由學(xué)生提前線上復(fù)習(xí)并進(jìn)行線上測(cè)試，線下授課時(shí)教師僅將這部分內(nèi)容中的重點(diǎn)部分略加復(fù)習(xí)，節(jié)省了學(xué)時(shí)。（2）為了培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、綜合分析及處理問(wèn)題的能力，將每章重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)梳理，安排學(xué)生課后自學(xué)，觀看學(xué)習(xí)通里面的教學(xué)視頻，并完成適當(dāng)?shù)木毩?xí)題，課上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。（3）課堂講授時(shí)強(qiáng)調(diào)課程教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生明確每章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)。針對(duì)力學(xué)課程理論較多的特點(diǎn)，除課件、視頻外，對(duì)基本公式的推導(dǎo)仍使用板書進(jìn)行講解，增強(qiáng)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的參與感。（4）對(duì)部分難以直觀理解、工程案例也不好體現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)，如材料力學(xué)中的應(yīng)力集中現(xiàn)象、壓桿失穩(wěn)等內(nèi)容，增加虛擬仿真內(nèi)容，將應(yīng)力應(yīng)變的變化、壓桿失穩(wěn)過(guò)程等通過(guò)有限元模型直觀顯示，將復(fù)雜內(nèi)容簡(jiǎn)單化，既提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也降低了教學(xué)難度。

3.3 課程思政方面

將思政元素“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”融入教學(xué)全過(guò)程，圍繞“專業(yè)知識(shí)”+“思政元素”開(kāi)展教學(xué)，把握思政元素和課程知識(shí)之間的結(jié)合點(diǎn)，基于力學(xué)課程的特點(diǎn)，主要從以下三個(gè)方面挖掘思政元素：（1）培養(yǎng)民族自豪感、責(zé)任感，堅(jiān)定“四個(gè)自信”，根據(jù)每章教學(xué)內(nèi)容，介紹在相關(guān)領(lǐng)域取得重要成就的中國(guó)科學(xué)家，如錢偉長(zhǎng)、錢學(xué)森等，使學(xué)生樹(shù)立為國(guó)奉獻(xiàn)和報(bào)效祖國(guó)的家國(guó)情懷。（2）培養(yǎng)唯物主義辯證法思維，透過(guò)表面現(xiàn)象看本質(zhì)。以材料力學(xué)中各種基本變形時(shí)應(yīng)力計(jì)算公式推導(dǎo)為例，從基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的假定（平截面假定等）著手，通過(guò)邏輯推理（幾何關(guān)系、物理方面、平衡條件）得出規(guī)律性公式，對(duì)各公式進(jìn)行分析還可發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力均通過(guò)截面的幾何特征（如截面面積、面積矩、慣性矩、極慣性矩等）和內(nèi)力建立邏輯關(guān)系，符合唯物主義辯證法中普遍性寓于特殊性的規(guī)律，將紛繁復(fù)雜的各種基本變形時(shí)應(yīng)力計(jì)算公式簡(jiǎn)單化、概念化，多個(gè)公式用同一方式理解分析。（3）培養(yǎng)學(xué)生大國(guó)工匠精神。我國(guó)古代的趙州橋、山西應(yīng)縣木塔，現(xiàn)代的鳥巢、水立方等諸多馳名中外的建筑結(jié)構(gòu)都凝結(jié)了我國(guó)土木人的辛勤汗水，見(jiàn)證了中國(guó)土木行業(yè)的發(fā)展，土木工程行業(yè)的良好發(fā)展需要一批批的土木人踐行吃苦耐勞的優(yōu)良作風(fēng)、傳承精益求精的工匠精神，以此引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)在起養(yǎng)成良好的職業(yè)道德。

3.4 課程實(shí)踐方面

加大實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)置力度，對(duì)原有設(shè)備更新升級(jí)。實(shí)驗(yàn)前，教師布置實(shí)驗(yàn)題目，由學(xué)生自行制定實(shí)驗(yàn)方案并與指導(dǎo)教師討論。方案通過(guò)后，在實(shí)驗(yàn)教師監(jiān)督下（主要是保證安全），學(xué)生自行熟悉實(shí)驗(yàn)儀器并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析（增加有限元對(duì)比部分內(nèi)容）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等均由學(xué)生自行完成，在提升學(xué)生參與度的同時(shí)，提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

將力學(xué)相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽，如大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽（國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)）、力學(xué)競(jìng)賽（校級(jí)）等引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生參加各類力學(xué)競(jìng)賽，并折算實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，與可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目互換，既提高了學(xué)生參與競(jìng)賽的熱情，也增加了學(xué)生力學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，開(kāi)闊了學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。

4 結(jié)語(yǔ)

三門力學(xué)課程是土木工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，力學(xué)課程群的建設(shè)，涉及理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、思政元素、教師隊(duì)伍等多個(gè)方面。以河北科技大學(xué)土木工程專業(yè)為例，探索了力學(xué)課程群建設(shè)思路，在教學(xué)改革中，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的整合和模塊化、教學(xué)方法升級(jí)和多樣化、思政元素“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”融入教學(xué)全過(guò)程、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)多樣化，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性、動(dòng)手能力和專業(yè)認(rèn)同感，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)效果的有效提升。但我們也意識(shí)到，教學(xué)改革工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期且自我修正的過(guò)程，需要我們持續(xù)探索和實(shí)踐。