試論水利水電工程專業(yè)工程力學(xué)課程教學(xué)改革探索
論文關(guān)鍵詞：工程力學(xué) 水利水電工程 教學(xué)改革
論文摘要：按照黑龍江大學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系構(gòu)建的要求，對(duì)水利水電工程專業(yè)工程力學(xué)課程體系的構(gòu)建、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式等內(nèi)容進(jìn)行了綜合改革。通過工程力學(xué)課程的教學(xué)改革，強(qiáng)化了“應(yīng)用型本科”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。從工程應(yīng)用角度出發(fā)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的主動(dòng)性，為學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)并起到重要的促進(jìn)作用。
工程力學(xué)是水利水電工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)中涉及的工程力學(xué)包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等幾大固體力學(xué)學(xué)科[1]。在進(jìn)行素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的過程中，全國(guó)各高校都進(jìn)行了不斷的探索、改革與嘗試。針對(duì)應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標(biāo)，黑龍江大學(xué)水力電力學(xué)院在“十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出：水利水電工程專業(yè)試點(diǎn)實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(“3+1”人才培養(yǎng)模式)，即學(xué)生在大學(xué)四年學(xué)習(xí)期間，三年在校學(xué)習(xí)，累計(jì)一年在施工、設(shè)計(jì)、管理部門實(shí)習(xí)和做畢業(yè)設(shè)計(jì)。這樣雖加強(qiáng)了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，但會(huì)使工程力學(xué)基礎(chǔ)類課程的學(xué)時(shí)相應(yīng)變少。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程技術(shù)不斷更新，新的力學(xué)問題也不斷出現(xiàn)，從而在工程技術(shù)方面對(duì)力學(xué)知識(shí)的要求越來越高。同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，提高學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，必須對(duì)原有的教學(xué)模式進(jìn)行改革。
經(jīng)過調(diào)查和教學(xué)實(shí)踐我們認(rèn)為，首先在內(nèi)容上，該系列課程要有較強(qiáng)的“專業(yè)即時(shí)性”，即以專業(yè)需求為主導(dǎo)，其次是課程本身的系統(tǒng)性、科學(xué)性和實(shí)用性。
一、水利水電工程專業(yè)工程力學(xué)課程體系構(gòu)建的思路
1.根據(jù)學(xué)校對(duì)水利水電工程專業(yè)評(píng)估后的整改方案，以培養(yǎng)“應(yīng)用型本科”為目標(biāo)，以本專業(yè)對(duì)課程的需要為依據(jù)，在教學(xué)內(nèi)容和要求上進(jìn)行改革。
2.工程力學(xué)課程是一門獨(dú)立的學(xué)科，并緊密聯(lián)系工程實(shí)際，有很大的實(shí)用性，同時(shí)也是工程技術(shù)人員必備的理論基礎(chǔ)，必須考慮其科學(xué)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性。
3.處理好理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)三大力學(xué)課之間及與其他專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課內(nèi)容相近部分的整體優(yōu)化關(guān)系，避免課程內(nèi)容上的不必要重復(fù)。
4.注重基礎(chǔ)，強(qiáng)化應(yīng)用性教學(xué)。工程力學(xué)既作為專業(yè)課的基礎(chǔ)又直接服務(wù)于工程實(shí)際，要求學(xué)生掌握基本概念、基本理論、基本計(jì)算方法，也要具有較好的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、分析、計(jì)算、校核能力。在講解時(shí)，應(yīng)注重與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，為學(xué)生指出一個(gè)基本思路，方便學(xué)生更好地解決問題，對(duì)一些公式、原理的推導(dǎo)、證明，對(duì)一些繁難的手算要求可降低，強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析、校核的能力，將傳統(tǒng)內(nèi)容與計(jì)算機(jī)應(yīng)用合二為一，使教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)一個(gè)巨大的轉(zhuǎn)化，將傳統(tǒng)的講述性教學(xué)發(fā)展成為應(yīng)用型教學(xué)，既適應(yīng)了教學(xué)的發(fā)展，也適合了時(shí)代的需要。
5.在教學(xué)時(shí)數(shù)的確定上，應(yīng)盡可能地滿足專業(yè)課對(duì)該課程的內(nèi)容要求，在考慮其內(nèi)容完整性的基礎(chǔ)上，確定其總學(xué)時(shí)數(shù)。
二、水利水電工程專業(yè)工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革思路
水利水電工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是具有水利工程勘測(cè)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、科研和管理等方面的專業(yè)基本知識(shí)與專業(yè)技能，主要方向目標(biāo)是應(yīng)用性，在此對(duì)工程力學(xué)教學(xué)內(nèi)容作出如下調(diào)整。
(一)減少課程之間的重復(fù)內(nèi)容
減少大學(xué)物理已講過的內(nèi)容，比如，動(dòng)力學(xué)內(nèi)容中的功、功率、功能原理、動(dòng)能定理等內(nèi)容，重點(diǎn)講解質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的恒力做功、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能及動(dòng)能定理、恒力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的角動(dòng)量定理及慣性力、達(dá)朗伯原理等內(nèi)容，并將此原理廣泛應(yīng)用于動(dòng)力學(xué)問題的求解中。
理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)桁架，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)靜定梁內(nèi)力分析及彎矩、剪力、荷載集度之間的微分關(guān)系的講解，要注意各力學(xué)之間相互知識(shí)搭接，避免重復(fù)。
(二)布置專業(yè)讀書工程系列大作業(yè)
傳統(tǒng)工程力學(xué)只注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的分析能力較差。而教科書給出的例題、習(xí)題多是理想的計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)，與實(shí)際工程不能緊密聯(lián)系，學(xué)與用脫離，這會(huì)直接影響學(xué)生對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算能力，對(duì)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的學(xué)習(xí)造成困難。為此，在教學(xué)過程中應(yīng)針對(duì)水利水電工程專業(yè)布置讀書工程系列大作業(yè)。
在靜力學(xué)受力分析部分，我們引入的力學(xué)模型大部分都是和專業(yè)實(shí)際相結(jié)合的，比如，水工大壩、輸水管道、啟閉閘門中的桁架結(jié)構(gòu)、渡槽及支架的受力分析等，目的是增加學(xué)生對(duì)專業(yè)所涉及建筑物的`感性認(rèn)識(shí)。
在靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析部分，對(duì)桿系結(jié)構(gòu)(如渡槽及支架)重點(diǎn)是如何把實(shí)際工程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為計(jì)算簡(jiǎn)圖及對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行幾何分析和受力分析，進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力特點(diǎn)，目的是鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)際工程問題的分析、計(jì)算能力。
在應(yīng)力狀態(tài)分析及強(qiáng)度分析部分，在對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖(渡槽及支架的計(jì)算簡(jiǎn)圖)內(nèi)力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)度分析，目的是提高學(xué)生對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析能力。
(三)結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算機(jī)應(yīng)用
把結(jié)構(gòu)分析分為傳統(tǒng)內(nèi)容和計(jì)算機(jī)應(yīng)用兩部分，通過傳統(tǒng)內(nèi)容建立基本概念、學(xué)習(xí)基本理論及基本計(jì)算方法，解決簡(jiǎn)單問題;通過應(yīng)用計(jì)算程序進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，加深對(duì)基本概念、基本原理的理解;通過大量計(jì)算機(jī)操作，熟悉各種結(jié)構(gòu)分析程序的應(yīng)用，掌握結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布情況。
傳統(tǒng)內(nèi)容為工程力學(xué)的基本內(nèi)容，在保證靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析足夠?qū)W時(shí)的情況下，超靜定結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)類型的計(jì)算方法以熟練掌握基本原理及其應(yīng)用為主，其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如框架、空間桁架等)計(jì)算通過計(jì)算程序完成。
計(jì)算機(jī)應(yīng)用是指給出各種結(jié)構(gòu)類型的計(jì)算源程序，讓學(xué)生了解其使用方法和適用結(jié)構(gòu)。這一部分內(nèi)容是工程力學(xué)應(yīng)用能力培養(yǎng)的一個(gè)主要方面，在這里要盡可能多地介紹各類結(jié)構(gòu)計(jì)算程序，以保證工程力學(xué)計(jì)算的完整性。對(duì)學(xué)生的基本要求是能讀懂程序并熟練使用，以達(dá)到解決工程實(shí)際問題的目的，形成以矩陣位移法程序?yàn)橹鳎渌椒ǔ绦?如簡(jiǎn)支梁及連續(xù)梁影響線、包絡(luò)圖程序、彈性地基梁或動(dòng)力計(jì)算程序等)為輔的體系。
結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算機(jī)應(yīng)用主要針對(duì)繁難結(jié)構(gòu)的計(jì)算，改手算為電算，可以加大作業(yè)量，通過大量計(jì)算分析，提高學(xué)生的結(jié)構(gòu)計(jì)算、分析能力。
三、教學(xué)模式的改革
充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，培養(yǎng)創(chuàng)造型人才。改變以往固有的傳遞—接受式學(xué)習(xí)模式，在教學(xué)過程中適當(dāng)調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，通過學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、書寫論文等形式，引導(dǎo)他們進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。在教師指導(dǎo)下讓學(xué)生參加學(xué)校實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目，例如，依據(jù)工程力學(xué)的知識(shí)制作紙橋，進(jìn)行受力分析、位移計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)算，優(yōu)化選擇紙橋的結(jié)構(gòu)形式、截面參數(shù)等，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，從而更容易地掌握教學(xué)內(nèi)容。
同時(shí)，還需充分利用先進(jìn)教育技術(shù)手段。多媒體等教學(xué)手段的使用，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在教學(xué)改革應(yīng)用的一個(gè)重要體現(xiàn)，其極大地活躍和豐富了課堂教學(xué)。同時(shí)隨著校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建立，網(wǎng)絡(luò)教育也可作為輔助課堂。在實(shí)踐中，可增加一些三維圖像，形象、生動(dòng)描述出質(zhì)點(diǎn)、剛體及可變形固體的運(yùn)動(dòng)軌跡、變形曲線，也可增加一些與課程內(nèi)容相關(guān)、而書本上又沒有的工程實(shí)例(如長(zhǎng)江三峽水利工程)，盡可能多地調(diào)動(dòng)與專業(yè)相關(guān)的資源，構(gòu)建一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，實(shí)現(xiàn)學(xué)時(shí)少、講得精的教學(xué)原則。充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，激活創(chuàng)新意識(shí)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。
教師采用啟發(fā)式教學(xué)，啟發(fā)并發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。要通過教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，改變以往以教師為主導(dǎo)、以灌輸式教學(xué)為主體、以課堂教學(xué)為唯一教學(xué)形式的運(yùn)行機(jī)制，建立教師學(xué)生雙向選擇、相互配合，啟發(fā)式、討論式教學(xué)的多種形式、多種內(nèi)容、多種手段交叉進(jìn)行的新機(jī)制。在課堂講授中對(duì)例題著重講解思路，引導(dǎo)學(xué)生課后自學(xué);同時(shí)，針對(duì)學(xué)生專業(yè)，將工程實(shí)際中的一些具體應(yīng)用或者科學(xué)研究中抽象出來的一些理想力學(xué)模型引入到課堂教學(xué)中來，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
四、考核方式的改革
全國(guó)水利大發(fā)展的形式，要求我們面向社會(huì)培養(yǎng)實(shí)踐性、應(yīng)用型人才，這種培養(yǎng)方向的確定要求我們的考核必須是綜合的、靈活的形式。考卷的分?jǐn)?shù)固然重要，但不是衡量人才的唯一標(biāo)準(zhǔn)。由于工程力學(xué)理論系統(tǒng)比較嚴(yán)謹(jǐn)成熟，以往在考核上我們主要側(cè)重于學(xué)生在力學(xué)問題上的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)風(fēng)、縝密的力學(xué)思想以及良好的力學(xué)素養(yǎng)，而且特別注重于基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)的夯實(shí)，這樣原來的考試主要以試卷的形式進(jìn)行。但由于我們是工科學(xué)院，要擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)工程人才的責(zé)任，所培養(yǎng)的人才要具有較高的工程素質(zhì)及實(shí)踐能力，同時(shí)還要具有創(chuàng)新精神。這就注定我們要在考核方式上進(jìn)行改革，以一種更為靈活的考核方式，全面、綜合地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，同時(shí)引導(dǎo)他們培養(yǎng)創(chuàng)新精神及實(shí)踐能力;而且，進(jìn)行考試改革也有利于樹立良好的學(xué)風(fēng)與考風(fēng)。因此我們建立了非�？茖W(xué)、全面的考核制度。考查學(xué)生是否能夠獨(dú)立地分析問題和解決問題，以及動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力等。課程的考核主要由三部分組成：第一部分為平時(shí)成績(jī)，包含學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂提問、完成作業(yè)情況、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、課堂出勤等，還有學(xué)生自主學(xué)習(xí)部分的成績(jī)，如讀書報(bào)告、課堂討論、學(xué)生講解等;第二部分為理論成績(jī)，在形式上有開卷與閉卷、口試與筆試等，試卷中有加試題或選做題，這樣就考查了學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)能力;第三部分為加分，包括在實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的參與程度和積極性、完成實(shí)驗(yàn)作業(yè)(比如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工程實(shí)際的力學(xué)建模設(shè)計(jì)或論文)等，這樣就考查了學(xué)生的創(chuàng)新能力以及實(shí)踐動(dòng)手能力。通過多種考核方式相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論、思考問題上的主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)學(xué)生在日常行為上的自我約束能力，起到了提高學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力的作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.
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