《工程力学》课程教学和实验改革模式探讨

陆仁强

摘要：《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课，对于土木专业学生后续专业课的学习及工作起着基础性理论支撑作用。本文针对该门课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点，提出从教学方法和手段、课程考核方式、实验设计以及力学竞赛等四个方面对该门课程的教学模式进行改革探讨，最终形成一套系统的教学和实验综合改革模式，以为应用型土木专业学生的培养提供理论依据和决策支持。

关键词：工程力学；课程教学；实验；改革模式；微课

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）29-0102-02

一、课程概况和改革目标

《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课，在航空、交通运输、土木水利等工程领域有着广泛的应用。工程力学包括静力学、材料力学两大部分内容，其主要任务是使学生掌握物体的受力分析和平衡规律；掌握基本构件的强度、刚度和稳定性问题的分析及计算；具备将工程中的力学问题简化为力学模型并运用相应的力学公式进行求解的基本能力，具备解决工程实际问题的基本能力。该课程的主要目的是通过对简单构件的受力分析及强度、刚度和稳定性计算，实现为工程设计提供理论基础与决策依据的目的。因此，本课程的学习对于土木专业学生后续专业课的学习及工作都起着重要的基础性理论支撑作用。鉴于该课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点及其重要性地位，本文特对《工程力学》课程教学和实验改革模式进行探讨，以提出一套既利于教师教学、又利于学生理解掌握的教学和实验综合改革模式。

二、教学方法和手段改革

1.充分利用多媒体及网络辅助教学。由于《工程力学》课程主要讲授的是工程建设领域的梁、轴、柱等构件的受力及功能设计问题，与工程实际问题结合紧密，其课程理论性强、工程结合紧密，而教学学时有限的特点特别突出。为有效解决上述问题，在《工程力学》课程改革中可采用多媒体与传统板书相互结合的授课方式。在教学中，教师可充分发挥多媒体的优势，多媒体授课不仅可以节省大量板书的时间，而且可以引入大量的动画、工程实例等，其图、文、声并茂及较好的交互性特点可提高学生的感性认识、传输更多的教学信息，这样更利于学生的理解和掌握。其次，在《工程力学》课程教学时，针对应用型人才培养的特点，加强案例教学的内容与时间。实践证明：省略大量繁杂的理念推导过程，把时间用于案例教学上，更能让学生牢固掌握理论知识并能灵活运用，真正把所学应用于工程实际。同时，课后教师还可以借助QQ群、微信等网络平台与学生进行及时交流，通过辅导答疑、学习进展追踪等进一步提高教学效果。

2.采用启发、互动式教学。《工程力学》课程的工程应用性决定了其每一章节知识点的开展基本都是围绕具体的工程实例开展的，而土木专业的学生在日常生活、学习过程中已经对房屋建筑中的梁、柱等实际工程构件已经有了一定的感性认识。因此，教师在授课时可有效结合课程的实际特点，通过教室里面的梁、柱、门等实际工程构件的受力特点、变形规律等对学生进行启发、互动式教学。如在讲授房屋建筑中最为常见的梁、柱、板构件时，可让学生对教室的结构进行观察，首先分辨出什么是梁、柱构件，然后启发学生思考梁和柱两种工程构件在受力载荷特点、变形特点、主要工程作用方面有什么不同。在学生们充分思考和讨论后，最后由教师对上述问题进行详细讲解，这样可让学生很快地了解基本构件的概念，并熟练掌握荷载作用的基本原理等知识。

3.微课教学手段的引入。近年来，网络和多媒体教学方法逐步成为各类教学活动的主流教学手段。但随着应用的发展，多媒体教学模式也具有一定的缺陷和不足，如：很多教师课程教学多以宣读PPT为主，满堂灌，学生在PPT中迷失，找不到教学重点和难点等。因此，需要组织一些主题明确、时间精短，能详细展示重、难点的多媒体片断及课后自助学习的互动平台来深化学习效果。也正是为有效解决上述问题，“微课”教学模式逐渐在全球范围内兴起。“微课”以微型的知识点讲解为主，通过简短的微视频，借助文字、声音或动画等多媒体技术，并配以相应的作业与讨论，设计开发的时长在5～10分钟。“微课”教学模式不仅提供给教师一个知识挖掘的平台，还告诉学生如何根据学习所需搜索相应的资源，自主地挖掘所需的知识点、有针对性地开展学习，并且这种主题集中的“微课程”能够有效地节约学习时间。鉴于上述“微课”教学模式的优点，作者特提出在以后《工程力学》课程教学中引入“微课”教学模式，与课堂教学有效结合，达到更好的教学效果。

三、课程考核方式改革

教学质量是高等院校办学的立校之本，而考试又是检验教学质量的最基本、最重要的手段。《工程力学》课程作为一门专业必修基础课程，其学习的好坏直接关系到后续专业课程的学习。鉴于该门课程的理论性特点及重要性地位，本文特对该课程的考核方式进行有效改革，在以往传统的期末考试方式基础上，注重加强对学生平时上课学习、必修实验以及开放性实验、力学竞赛等第二课堂学习等方面的考核，其中：平时成绩占20%（包括学生出勤、上课回答问题、开放性实验参加积极性等方面），实验成绩占10%，期末考试占70%，重点对基本概念和方法等知识点进行考查，采用多样性的题型对学生学习的掌握程度进行全方位考核，考试题型及难易度分值比例设计如下。

四、实验设计

1.实验室实验设计。力学研究方法包括理论分析方法、实验分析方法和计算机分析方法。其中，实验研究方法在力学领域占有十分重要的地位。实验教学是《工程力学》课程教学的重要组成部分，它与理论教学相辅相成，实验是力学理论的基础，理论也需要实验的验证。力学实验方法可以用于检验理论分析的正确性，检验工程结构设计的合理性、安全性和可靠性。对于已经投入运行的工程结构，例如高层建筑、大型桥梁等，为了确保安全，需要对这些结构的动力学响应、动态的应力和位移进行实时监测，这些实时测试都是以力学实验技术为基础的。鉴于上述力学实验对于理论课程学习、工作的重要性和意义，特在《工程力学》课程尝试开设下列必修实验和开放性试验。

2.数值模拟实验设计。长期以来《工程力学》实验内容属于常规、验证性试验，内容单一，缺乏综合性、创新性试验，难以提高学生的动手能力和培养学生的综合素质。随着计算机技术的发展，借助现代数值模拟技术虚拟模拟《工程力学》实验，并依靠数值模拟软件强大的后处理功能，将虚拟模拟的实验结果直观地展现在学生面前。目前比较常用的数值模拟软件有基于离散元原理的UDEC、3DEC，还有基于有限元原理的ABAQUS、ANSYS、MARC等，这些软件具有强大的前处理及后处理功能，对于模拟《工程力学》中的实验非常有利。通过数值模拟实验将《工程力学》的教学与数值仿真技术结合起来，不仅可以提高学生的学习积极性和分析创新能力，减小学时少对课程教学的影响，还可以培养学生的学习兴趣、提高学生的计算机应用能力。为此，本次《工程力学》实验教学改革将引入数值模式技术进行实验教学探讨，如：悬臂梁横力弯曲现象模拟、矩形截面梁应力集中现象的模拟等。

五、力学竞赛及第二课堂开设

为有效提高学生对于《工程力学》课程学习的积极性和创新意识，做好全国大学生周培源力学竞赛和湖南省大学生力学竞赛的工作，落实教育部关于教学质量工程和教学改革工程，提高应用型本科学生科技创新能力、实践能力和就业能力，展现我校办学实力，提升我校形象，力争在大学生力学竞赛取得更好的成绩。特结合理论力学、材料力学（工程力学）课程的教学特点及教学团队优势，开展力学竞赛的初赛、专项培训、复赛等相关教学改革工作，并将学生的学习及参与情况纳入专业学分方面的第二课堂考核。

六、结语

《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课，对于土木类学生后续专业课的学习及工作都具有重要的基础作用。本文正是鉴于该门课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点，提出从教学方法和手段、课程考核方式、实验设计以及力学竞赛等方面对该门课程的教学模式进行改革，最终形成了一套系统的教学和实验综合改革模式，该课程改革成果对于地方院校培养复合应用型人才将具有重要的意义和作用。

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