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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)容進行了綜合改革。通過工程力學(xué)課程的教學(xué)改革，強化了“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)的主動性，為學(xué)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(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(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(xué)生在大學(xué)四年學(xué)習(xí)期間，三年在校學(xué)習(xí)，累計一年在施工、設(shè)計、管理部門實習(xí)和做畢業(yè)設(shè)計。這樣雖加強了實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，但會使工程力學(xué)基礎(chǔ)類課程的學(xué)時相應(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)方面對力學(xué)知識的要求越來越高。同時，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)，必須對原有的教學(xué)模式進行改革。
經(jīng)過調(diào)查和教學(xué)實踐我們認(rèn)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(xué)性和實用性。
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(biāo)，以本專業(yè)對課程的需要為依據(jù)，在教學(xué)內(nèi)容和要求上進行改革。
2.工程力學(xué)課程是一門獨立的學(xué)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(xué)性、系統(tǒng)性和實用性。
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)于工程實際，要求學(xué)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(xué)生指出一個基本思路，方便學(xué)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(xué)模式實現(xiàn)一個巨大的轉(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，也適合了時代的需要。
5.在教學(xué)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(xué)時數(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、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(biāo)是應(yīng)用性，在此對工程力學(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，動力學(xué)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(xué)問題的求解中。
理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)對桁架，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)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(xué)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(xué)只注重理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)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(xí)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(xué)與用脫離，這會直接影響學(xué)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(xué)習(xí)造成困難。為此，在教學(xué)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(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)生對專業(yè)所涉及建筑物的感性認(rèn)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(xué)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(xué)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(xué)習(xí)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(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(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(xué)計算的完整性。對學(xué)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(xué)生的結(jié)構(gòu)計算、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)動學(xué)生的主觀能動性，通過學(xué)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(xué)習(xí)。在教師指導(dǎo)下讓學(xué)生參加學(xué)校實驗室開放項目，例如，依據(jù)工程力學(xué)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(xué)生的主體作用，從而更容易地掌握教學(xué)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(xué)手段的使用，是計算機技術(shù)在教學(xué)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(xué)。同時隨著校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)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(xué)習(xí)氛圍，實現(xiàn)學(xué)時少、講得精的教學(xué)原則。充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，激活創(chuàng)新意識，達到良好的教學(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)形式的運行機制，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、多種手段交叉進行的新機制。在課堂講授中對例題著重講解思路，引導(dǎo)學(xué)生課后自學(xué);同時，針對學(xué)生專業(yè)，將工程實際中的一些具體應(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�？季淼姆�?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(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(xué)生的學(xué)習(xí)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(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�？疾閷W(xué)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(xué)習(xí)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(xué)生自主學(xué)習(xí)部分的成績，如讀書報告、課堂討論、學(xué)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(xué)生的自主性學(xué)習(xí)能力;第三部分為加分，包括在實習(xí)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(xué)建模設(shè)計或論文)等，這樣就考查了學(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)理論、思考問題上的主動性和積極性，增強學(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：
[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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