土木工程专业力学课程群整合研究与改革

张洁 颜红专

摘 要

针对力学课程的特点和应用性人才培养的要求，进行土木工程专业力学课程群整合研究与改革。本文从教学内容的整合、网络教学平台、实践教学和考核方式的改革方面，阐述了土木工程专业力学整合与改革的思路，以期提高应用型人才培养的质量和效益。

关键词

土木工程专业;力学课程群;课程研究

中图分类号：  TP319                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.014

0 前言

课程及课程体系建设是培养人才素质和专业能力的核心环节，在培养创新性应用型人才的过程中占据不可替代的作用。在创新性人才培养以及力学课程特点的背景下，研究土木工程力学课程群的整合与改革，实现培养应用型人才知识、能力和素质目标，构建以实践能力培养为中心课程体系，促进应用型本科教育建设的发展。

课程整合是通过设计一种课程，使得相关概念、理论、内容、过程集中在一起，并以学习者为中心组织学习。本文就是通过设置若干知识模块，按照逻辑关系，并根据力学课程的特点和应用性人才培养需要，整合三门力学课程的相关知识点，并对力学课程进行改革分析。

1 力学课程整合和改革的必要性

1.1 课程特点

力学课程是高等院校土木工程专业的必修课，是理论性比较强的专业基础课，是学习弹性力学、结构设计原理和结构设计的基础，是培养学生解决实际问题能力的重要课程，为本科应用型人才培养打下坚实的基础。武昌工学院城市建设学院开设了理论力学、材料力学和结构力学三门力学课程，理论力学总学时是56，其中理论学时56，实验学时0;材料力学总学时72，其中理论学时56，实验学时16;结构力学总学时80，其中理论学时72，实验学时8。

1.1.1 重理论轻实践

我院人才培养方案中力学课程总学时208，理论课时占80%以上，在力学的教学过程中，讲授的理论课程占了绝大部分时间，而提高学生动手能力的实验以及实践教学却很少。这样一来，学生在力学的掌握中，先入为主的是以理论学习，忽略了解决实际工程问题的需求。

1.1.2 内容重复

理论力学的学习目标是掌握刚体静力学、运动学和动力学的基本概念原理及应用;材料力学的学习目标是构件的强度、刚度、稳定性等基本概念、基本理论、基本方法;结构力学的教学目标是熟悉绘制静定结构和超静定结构的内力图，并能对各类结构进行变形计算。虽然每门课程都有各自大纲和教学目标，但是不同的课程由不同教师授课，授课教师按照大纲的要求自己确定教学内容，无可避免地造成内容的重复。例如，理论力学中结构的动力学内容与结构力学重复;材料力学中的桁架计算与结构力学重复。

1.1.3 各门力学课程之间无衔接

虽然授课教师在教学过程中严格按照教学大纲的要求进行授课，但是各门课程各自为政，各成体系，相互封闭，课程之间无逻辑，无衔接。学生学到的是内力、应力、变形等一个个知识点，在处理综合问题时不能把各个知识点综合起来应用。这不利于学生解决实际问题能力的提高，也不利于应用型人才的培养。

1.1.4 内容陈旧，与岗位需求不适宜

随着科学技术的进步，CAE技术（计算机辅助工程）的发展已渗透于力学学科，但是CAE技术的应用只停留在教学研究，未真正的应用于力学课程的教学中去。现有的力学课程教学内容比较陈旧，未随着新技术和新科学的发展进行更新，培养的学生未能满足高新技术应用型人才的岗位需求。

1.1.5 考核方式

现有我院的力学课程的考核统一采取考试（闭卷）形式，考核内容以大纲的知识点为主，分值分布应与本大纲的学时安排相符，试卷题型千篇一律，无创新和综合应用题目。最终成绩的评定按照平时成绩与期末成绩的比例为3：7 。这样的考核方式不利于学生注重平时知识的学习，不利用于学生综合应用能力的提高。

1.2 应用型人才的培养

土木工程专业需要掌握必要土木工程专业知识，具有专业实践能力的人才，土木工程以“精施工，懂管理，会设计”的培养目标，同时要求土木工程师具有一定的力学知识。但是学生在处理实际的工程问题时无法将力学课程中的计算简图与实际的工程实例进行联系，造成了理论与实践相脱节，从而无法解决现场的实际问题。比如在桥梁结构设计时，学生无法正确地按照桥梁结构的构造和组成简化为力学分析的计算简图，如果不改变课程设置，将会影响学生动手能力的培养，从而影响土木工程专业应用型人才的培养。随着教学总课时的削减，基础课程的增加，在构建创新性课程体系过程中，加强课程群之间的沟通，处理好理论课程与实践课程的关系，提高应用型人才培养的质量和效益。

2 力学课程群的整合与改革

2.1 力学课程整合

2.1.1 内容删减

在理论基础课课时削减的趋势下，满足“必需、够用”的前提，保证力学基础理论和基本概念完整，删除重复的、不必要的、纯推导过程的教学内容。比如删除理论力学中与大学物理重复的点运动和刚体简单运动，删除理论力学动力学中的三大定律，删除材料力学中与结构力学重复的桁架计算和超静定结构计算，删除结构力学中间接影响线的计算内容。

2.1.2 内容重组

按照三门力学课程的逻辑关系，对力学内容进行重组，例如把理论力学中的运动学和动力学的内容放在结构力学中讲解，对于应用性培養的学生而言，运动学的内容在后续的专业课程和工作中基本用不到，动力学的知识也用不多，可以把这两部分内容合并在一起放在结构力学中的结构动力分析部分。把材料力学中的弯曲变形计算放在结构力学中的结构位移计算部分，这样既可以节省教学时间，也可以通过对比分析的方法加深结构位移计算的知识。删除材料力学中能量方法和动荷载与交变应力的内容。

2.1.3 模块化设置

为了提高教学质量和学生的综合素质，对力学课程进行模块化设置。力学课程的教学设置从“为什么学”入手，确定学生的学习目标和目的就是掌握结构力学计算模型的简化，熟练准确地计算结构内力、应力和变形;其次确定“学什么”，通过不同结构形式和构造的分析、内力、应力和变形计算方法的学习和训练达到教学的目的，满足学生的学习需要;在此基础上，引导学生“如何学”确定教学方式和方法，按照人培和大纲，进行备课，编写教学计划和教案，按照内容的需要选择不同的教学方法。

在充分调研的基础上，将“理论力学”“材料力学”“结构力学”三门课程整合为力学课程，其主要内容归纳为三力一变，即为结构外力分析与计算、结构内力分析与计算、结构应力分析与计算、结构变形分析与计算。其中结构外力分析与计算中增加自重荷载的计算，使学生了解力的来源，也将力统一到工程术语荷载上。体积荷载、均布线荷载和均布面荷载的相互转换，增加结构构件的简化，并与约束类型结合起来，明确约束类型是由工程实际结构构件的简化抽象而来;结构应力分析与计算是为了结构承载力计算建立学习平台，教学的重点是应力在截面上的分布和应力大小计算;直观感受应力在横截面上的分布情况;结构变形与计算是为结构正常使用极限状态验算建立学习平台，把受弯构件变形计算与结构的位移计算进行整合，了解变形情况，确定最大挠度值及其位置。

2.2 网络教学平台

力学课程采用超星泛雅教学平台，实现教学资源的共享，学生可以采用电脑和手机进行学习，并且不受时间的限制，可以提高学生学习的自主性。教师进行课程概况，学习单元和测试考试的建设，其中课程概况包括课程考核，参考书目、课程大纲，教学计划，按照学时和知识点设置学习单元，每个学习单元中包括教学课件、教学教案、教学视频、教学资源链接和作业;测试和考试包括单元测试题库和其中测试题库。课上教师按照单元组织学生测试，学生可以利用移动客户端完成测试内容，课下教师发布任务，学生可以利用电脑网页版和移动客户端完成学习任务。网络教学可以让学生突破时空的限制参与到课程学习，提高学生学习的主动性，加强师生交流，提升学生学习质量和效果，有利于课程信息化改革。

2.3 实践教学

加强实践环节，结合工程实际和专业实际，使基础理论知识与专业技能对接，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力，比如桥梁方向的学生，结合桥梁工程的发展现状，按照桥梁类型布置实践任务，学生了解工程背景和桥梁组成和构造施工图的基础上，对桥梁结构进行力学计算简图的简化，并对结构进行内力分析;以桥梁施工为背景，进行桥梁构件吊装施工和模板施工的力学分析。在结构力学分析时，结合Midas软件和PKPM软件，培养学生的计算机建模分析能力。

2.4 考核方式

力学课程的考核成绩由作业成绩、单元成绩、期中测试成绩和期末测试成绩综合给出，增加单元成绩和期中测试成绩的比重，减少期末测试成绩的占比，注重过程考核。

作业主要是对于本次课及以往知识点的训练，除此之外，应该补充一些结合实际工程的综合性的题目，让学生感知和熟悉结构，了解结构的受力来源。单元测试在单元结束后，随堂进行测试，期中测试在教学内容进行一半之后组织进行测试，测试的题目可以从单元测试的题目中选取，这样可以更好的加深学生对于知识点的掌握，也能更好地鼓励学生复习，提高学生学习的积极性。单元测试和期中测试可以通过超星泛雅平台，限定时间，隨堂提交，提交之后学生可以查看成绩。期末测试的内容要求覆盖大纲的知识点，并且补充综合分析题目考察学生的实际解决问题的能力。最终确定的考核成绩=作业成绩（25%）+单元成绩（30%）+期中测试（15%）+期末测试（30%）。

参考文献

[1]徐继存.课程与教学论[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]孟宪强，王恺英，廖明军，齐春玲.土木工程专业创新应用型人才培养模式探讨[J].高等建筑教育，2010（4）：55-58

[3]马崇武，秦怀泉.土木工程专业力学课程的教学现状与改革对策[J].中国电力教育，2008（122）：75-76.

[4]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]孙训方.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[6]李廉锟.结构力学[M].北京：高等出版社，2004.