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試論水利水電工程專業(yè)工程力學課程教學改革探索
論文關(guān)鍵詞：工程力學 水利水電工程 教學改革
論文摘要：按照黑龍江大學應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系構(gòu)建的要求，對水利水電工程專業(yè)工程力學課程體系的構(gòu)建、教學內(nèi)容、教學模式和考核方式等內(nèi)容進行了綜合改革。通過工程力學課程的教學改革，強化了“應(yīng)用型本科”的人才培養(yǎng)目標。從工程應(yīng)用角度出發(fā)，提高了學生學習力學的主動性，為學生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)并起到重要的促進作用。
工程力學是水利水電工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學中涉及的工程力學包括理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學等幾大固體力學學科[1]。在進行素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的過程中，全國各高校都進行了不斷的探索、改革與嘗試。針對應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標，黑龍江大學水力電力學院在“十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出：水利水電工程專業(yè)試點實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(“3+1”人才培養(yǎng)模式)，即學生在大學四年學習期間，三年在校學習，累計一年在施工、設(shè)計、管理部門實習和做畢業(yè)設(shè)計。這樣雖加強了實踐性教學環(huán)節(jié)，但會使工程力學基礎(chǔ)類課程的學時相應(yīng)變少。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工程技術(shù)不斷更新，新的力學問題也不斷出現(xiàn)，從而在工程技術(shù)方面對力學知識的要求越來越高。同時，要培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，提高學生的應(yīng)用創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，必須對原有的教學模式進行改革。
經(jīng)過調(diào)查和教學實踐我們認為，首先在內(nèi)容上，該系列課程要有較強的“專業(yè)即時性”，即以專業(yè)需求為主導(dǎo)，其次是課程本身的系統(tǒng)性、科學性和實用性。
一、水利水電工程專業(yè)工程力學課程體系構(gòu)建的思路
1.根據(jù)學校對水利水電工程專業(yè)評估后的整改方案，以培養(yǎng)“應(yīng)用型本科”為目標，以本專業(yè)對課程的需要為依據(jù)，在教學內(nèi)容和要求上進行改革。
2.工程力學課程是一門獨立的學科，并緊密聯(lián)系工程實際，有很大的實用性，同時也是工程技術(shù)人員必備的理論基礎(chǔ)，必須考慮其科學性、系統(tǒng)性和實用性。
3.處理好理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學三大力學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)，強化應(yīng)用性教學。工程力學既作為專業(yè)課的基礎(chǔ)又直接服務(wù)于工程實際，要求學生掌握基本概念、基本理論、基本計算方法，也要具有較好的結(jié)構(gòu)簡化、分析、計算、校核能力。在講解時，應(yīng)注重與實際工程結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，為學生指出一個基本思路，方便學生更好地解決問題，對一些公式、原理的推導(dǎo)、證明，對一些繁難的手算要求可降低，強化計算機應(yīng)用程序?qū)Y(jié)構(gòu)進行定性分析、校核的能力，將傳統(tǒng)內(nèi)容與計算機應(yīng)用合二為一，使教學模式實現(xiàn)一個巨大的轉(zhuǎn)化，將傳統(tǒng)的講述性教學發(fā)展成為應(yīng)用型教學，既適應(yīng)了教學的發(fā)展，也適合了時代的需要。
5.在教學時數(shù)的確定上，應(yīng)盡可能地滿足專業(yè)課對該課程的內(nèi)容要求，在考慮其內(nèi)容完整性的基礎(chǔ)上，確定其總學時數(shù)。
二、水利水電工程專業(yè)工程力學教學內(nèi)容改革思路
水利水電工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是具有水利工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工、科研和管理等方面的專業(yè)基本知識與專業(yè)技能，主要方向目標是應(yīng)用性，在此對工程力學教學內(nèi)容作出如下調(diào)整。
(一)減少課程之間的重復(fù)內(nèi)容
減少大學物理已講過的內(nèi)容，比如，動力學內(nèi)容中的功、功率、功能原理、動能定理等內(nèi)容，重點講解質(zhì)點系動能定理、剛體轉(zhuǎn)動時的恒力做功、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動時動能及動能定理、恒力作用下轉(zhuǎn)動剛體的角動量定理及慣性力、達朗伯原理等內(nèi)容，并將此原理廣泛應(yīng)用于動力學問題的求解中。
理論力學、結(jié)構(gòu)力學對桁架，材料力學、結(jié)構(gòu)力學對靜定梁內(nèi)力分析及彎矩、剪力、荷載集度之間的微分關(guān)系的講解，要注意各力學之間相互知識搭接，避免重復(fù)。
(二)布置專業(yè)讀書工程系列大作業(yè)
傳統(tǒng)工程力學只注重理論知識的學習，學生應(yīng)用所學知識解決實際問題的分析能力較差。而教科書給出的例題、習題多是理想的計算簡圖結(jié)構(gòu)，與實際工程不能緊密聯(lián)系，學與用脫離，這會直接影響學生對實際結(jié)構(gòu)分析和計算能力，對相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的學習造成困難。為此，在教學過程中應(yīng)針對水利水電工程專業(yè)布置讀書工程系列大作業(yè)。
在靜力學受力分析部分，我們引入的力學模型大部分都是和專業(yè)實際相結(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，目的是增加學生對專業(yè)所涉及建筑物的感性認識。
在靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析部分，對桿系結(jié)構(gòu)(如渡槽及支架)重點是如何把實際工程結(jié)構(gòu)簡化為計算簡圖及對計算簡圖進行幾何分析和受力分析，進而分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力特點，目的是鍛煉學生對實際工程問題的分析、計算能力。
在應(yīng)力狀態(tài)分析及強度分析部分，在對實際結(jié)構(gòu)的計算簡圖(渡槽及支架的計算簡圖)內(nèi)力分析的基礎(chǔ)上進行強度分析，目的是提高學生對實際結(jié)構(gòu)強度的分析能力。
(三)結(jié)構(gòu)分析的計算機應(yīng)用
把結(jié)構(gòu)分析分為傳統(tǒng)內(nèi)容和計算機應(yīng)用兩部分，通過傳統(tǒng)內(nèi)容建立基本概念、學習基本理論及基本計算方法，解決簡單問題;通過應(yīng)用計算程序進行復(fù)雜計算，加深對基本概念、基本原理的理解;通過大量計算機操作，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時的情況下，超靜定結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)類型的計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)計算通過計算程序完成。
計算機應(yīng)用是指給出各種結(jié)構(gòu)類型的計算源程序，讓學生了解其使用方法和適用結(jié)構(gòu)。這一部分內(nèi)容是工程力學應(yīng)用能力培養(yǎng)的一個主要方面，在這里要盡可能多地介紹各類結(jié)構(gòu)計算程序，以保證工程力學計算的完整性。對學生的基本要求是能讀懂程序并熟練使用，以達到解決工程實際問題的目的，形成以矩陣位移法程序為主，其他方法程序(如簡支梁及連續(xù)梁影響線、包絡(luò)圖程序、彈性地基梁或動力計算程序等)為輔的體系。
結(jié)構(gòu)分析的計算機應(yīng)用主要針對繁難結(jié)構(gòu)的計算，改手算為電算，可以加大作業(yè)量，通過大量計算分析，提高學生的結(jié)構(gòu)計算、分析能力。
三、教學模式的改革
充分發(fā)揮學生的主體作用，培養(yǎng)創(chuàng)造型人才。改變以往固有的傳遞—接受式學習模式，在教學過程中適當調(diào)動學生的主觀能動性，通過學生自主設(shè)計實驗、書寫論文等形式，引導(dǎo)他們進行研究性學習。在教師指導(dǎo)下讓學生參加學校實驗室開放項目，例如，依據(jù)工程力學的知識制作紙橋，進行受力分析、位移計算和實驗驗算，優(yōu)化選擇紙橋的結(jié)構(gòu)形式、截面參數(shù)等，發(fā)揮學生的主體作用，從而更容易地掌握教學內(nèi)容。
同時，還需充分利用先進教育技術(shù)手段。多媒體等教學手段的使用，是計算機技術(shù)在教學改革應(yīng)用的一個重要體現(xiàn)，其極大地活躍和豐富了課堂教學。同時隨著校園網(wǎng)絡(luò)教學平臺的建立，網(wǎng)絡(luò)教育也可作為輔助課堂。在實踐中，可增加一些三維圖像，形象、生動描述出質(zhì)點、剛體及可變形固體的運動軌跡、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例(如長江三峽水利工程)，盡可能多地調(diào)動與專業(yè)相關(guān)的資源，構(gòu)建一個良好的學習氛圍，實現(xiàn)學時少、講得精的教學原則。充分發(fā)揮學生的主動性，激活創(chuàng)新意識，達到良好的教學效果。
教師采用啟發(fā)式教學，啟發(fā)并發(fā)揮學生的學習積極性、主動性。要通過教學方法和教學手段的改革，改變以往以教師為主導(dǎo)、以灌輸式教學為主體、以課堂教學為唯一教學形式的運行機制，建立教師學生雙向選擇、相互配合，啟發(fā)式、討論式教學的多種形式、多種內(nèi)容、多種手段交叉進行的新機制。在課堂講授中對例題著重講解思路，引導(dǎo)學生課后自學;同時，針對學生專業(yè)，將工程實際中的一些具體應(yīng)用或者科學研究中抽象出來的一些理想力學模型引入到課堂教學中來，提高學生學習的積極性。
四、考核方式的改革
全國水利大發(fā)展的形式，要求我們面向社會培養(yǎng)實踐性、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。考卷的分數(shù)固然重要，但不是衡量人才的唯一標準。由于工程力學理論系統(tǒng)比較嚴謹成熟，以往在考核上我們主要側(cè)重于學生在力學問題上的科學態(tài)度、嚴謹求實的學風、縝密的力學思想以及良好的力學素養(yǎng)，而且特別注重于基本理論和基礎(chǔ)知識的夯實，這樣原來的考試主要以試卷的形式進行。但由于我們是工科學院，要擔負起培養(yǎng)工程人才的責任，所培養(yǎng)的人才要具有較高的工程素質(zhì)及實踐能力，同時還要具有創(chuàng)新精神。這就注定我們要在考核方式上進行改革，以一種更為靈活的考核方式，全面、綜合地檢驗學生的學習成果，同時引導(dǎo)他們培養(yǎng)創(chuàng)新精神及實踐能力;而且，進行考試改革也有利于樹立良好的學風與考風。因此我們建立了非常科學、全面的考核制度�？疾閷W生是否能夠獨立地分析問題和解決問題，以及動手能力及創(chuàng)新能力等。課程的考核主要由三部分組成：第一部分為平時成績，包含學習態(tài)度、課堂提問、完成作業(yè)情況、平時測驗、課堂出勤等，還有學生自主學習部分的成績，如讀書報告、課堂討論、學生講解等;第二部分為理論成績，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，這樣就考查了學生的自主性學習能力;第三部分為加分，包括在實習實驗活動中的參與程度和積極性、完成實驗作業(yè)(比如實驗設(shè)計、工程實際的力學建模設(shè)計或論文)等，這樣就考查了學生的創(chuàng)新能力以及實踐動手能力。通過多種考核方式相結(jié)合，調(diào)動學生在學習理論、思考問題上的主動性和積極性，增強學生在日常行為上的自我約束能力，起到了提高學生研究性學習能力的作用。
參考文獻：
[1]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2002.
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