引言
土木工程专业的培养目标是使毕业生能够掌握本专业必须的基础理论和专业知识,具有从事本专业实际工作的基本技能,具备终身学习和在本专业上进一步发展和深入的能力。目前土木工程专业课程设置中力学课程都是主干课程,主要包括理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、土力学与流体力学等。这些课程的前导课程是高等数学、大学物理、计算机基础知识、FORTRAN语言等基础课,后续课程是钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构、有限元理论、隧道工程及桥梁工程等大量的专业课。力学类课程既与工程实践有紧密的联系,又要为后续的专业课学习奠定良好的基础,具有不可替代的作用。正是由于力学类课程在土木工程专业的核心地位,所以国内外高等院校都非常重视力学课程的教学改革,清华大学、长安大学、西安建筑科技大学等院校都根据自身存在的问题提出了一些改革方法,如利用多媒体手段和网络课程、与工程实践和前沿科技相结合、整合各课程间的资源等取得了一定的效果。
目前力学类课程存在的问题
根据作者及其他力学类课程一线教师的教学实践以及与学生的交流与沟通,发现目前土木工程专业力学类的课程主要存在以下几个方面的问题:第一,土木工程专业的力学课从大二的《理论力学》开始到大四均有涉及,门数多、时间长、难度大、一般学生学习起来比较吃力,特别是由于前几门课程没有学好导致对后面力学课丧失信心,导致教学效果不理想,可以说力学课几乎是土木工程专业不及格率最高的课程;第二,土木工程的力学课主要由土木学院和基础部等几个院系共同进行讲授,存在交流沟通少,课程学时分配不够合理等问题。有些课程教材选择不合理,教学内容甚至存在冲突,这给教师的讲授和学生的学习都带来了困难;第三,由于力学类各门课程的研究对象研究方法不同,难点重点各异,各教师在教学中各自为政缺乏统一性,学生在学习中缺乏系统性,难以建立起统一的力学概念与方法,学习效果事倍功半;第四,目前力学类课程主要采用的传统的“黑板+粉笔”的教学方法,手段单一,难以调动学生的积极性。这些问题已经严重的影响了力学类课程的教学效果,甚至也影响到大量专业课程的学习效果。
力学类课程的系统性和创新性教育
基于土木工程力学类课程教学的发展趋势,根据国家教委“厚基础、宽口径、大模块”的指导原则及社会对创新性能力型人才的需求,针对目前力学类课程的特点及存在的问题,笔者提出了以“大力学”的概念为教学理念,以系统性教育为教学目标,以创新性教学内容和教学方法为手段的研究,内容主要包括以下几个方面:
1.修订教材及教学大纲,优化课时分配
教材是一门课程的基础,教学大纲是一门课程的指导思想,力学类课程的教与学要做到系统与统一,首先要在教材的选择和教学大纲的编制上做到系统与统一。土木工程专业有不同的专业方向,在教材的选择和教学大纲的制定上也应该根据不同的专业方向特点而有所侧重。此外,在各门课程内容的衔接上也有必要进行优化,目前存在问题比較多的是土木工程的三大力学《理论力学》、《材料力学》和《结构力学》,这三门力学课程虽然侧重点不同,但内容上却有比较强的联系与交叉,因此在这些课程的讲授中要对内容和学时的分配进行优化,对于各门力学中交叉的内容,可以一门课重点讲而其他课程简单讲,比如《理论力学》对力系和平衡的基本概念重点讲解,《材料力学》对单根杆件的平衡问题及位移计算的基本原理进行详细讲解,把静定结构、超静定结构及结构的动力计算等问题留给《结构力学》重点讲解,这样就可以把有限的课时用在最核心的问题的讲授上面,避免不必要的重复,从而提高教学效果。
2.加强各院系及教师间的沟通与交流,优化教学资源
由于力学课门数众多,虽然各个学校情况不同但大多数都是由几个院系的教师来共同完成,这些教师由于平时见面机会少缺乏交流与沟通。有些基础部的教师由于不了解土木工程的专业特点,在教材的选择和讲授重点上不能适应专业的需求,给后续的力学课学习带来很多的问题。此外,由于各位教师的教学方法和教学手段又各不相同,给学生的学习也带来很大的困难。力学课程中存在的问题不仅仅是由一两门课造成的,它需要各位教师共同来解决,因此要想达到力学类课程的系统性教育,就必须加强教师间的交流与沟通,资源共享,有针对性的系统的解决学生在学习中出现的问题。
3.加强力学类课程的系统性教育
力学类课程虽然千差万别,但是也有共同的基础,在大学本科阶段土木工程的力学课程中“平衡”虽然是一个简单却是一个基本的概念,很多学生到了毕业的时候都还没有建立起“平衡”的概念。虽然力学还有其他很多的基本概念和原理,但是笔者认为首先应该让学生建立起以“平衡”为核心的力学模型,形成“大力学”的概念。由于力学课程门数多内容杂,难点重点各不相同,如果学生没有建立起以“平衡”为基础的力学概念,在学习中往往觉得“乱”和“杂”,很难达到融会贯通事半功倍的效果,从而掌握利用力学解决实际工程问题的能力。因此加强力学课程以“平衡”为核心的系统性教育对提高教与学效果是非常重要的,。
4.改革目前教学手段单一的状况,灵活利用多媒体教学
力学课程由于公式推导众多,并且有大量的图形,制作多媒体课件的工作量大,所以大多还是采用“粉笔+黑板”的传统教学手段,但是力学类课程很多的原理和概念很抽象,刚接触的时候学生理解起来存在一定的困难,如果能利用视频、动画等手段将抽象的理论形象的表现出来,不但学生易于理解和接受,也能将枯燥的力学课变得生动起来从而能提高学生的学习兴趣。此外,随着计算机的普及和网络的发展,目前比如清华大学等学校已经先期开展了网络教学,不但能使学生掌握了基本原理和方法,将教师从繁重的作业批改中解放出来,还能动态的准确的掌握学生的学习状况,取得了很好的效果。因此,在传统的板书讲授的基础上如果能够灵活的创新性的利用多媒体等教学手段,使力学课程更加的形象和生动,提高学生的学习积极性,对提高力学课的教学效果由很大的帮助。
结束语
力学课是土木工程专业学习的基础和重点,如何夯实学生的力学基础,培养学生分析问题解决问题的能力,提高学生的综合素质,这是一个系统的过程长期的过程艰苦的过程,这需要各个教学环节的系统统一和创新的勇气与意识。