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土木工程专业理论力学线下教学改革探索研究

熊春

重庆交通职业学院,重庆市江津区,402247

摘要: 理论力学是一门工科专业必开的基础课程,理论逻辑性比较强,是机械类、土木工程、水利工程、电力等专业必修的课程.在土木工程专业中,理论力学课程为后续学习材料力学、结构力学、弹塑性力学及部分专业课奠定基础,这门课程的教学效果好不好将会影响学生的培养质量.目前随着人才培养方案的不断修订,理论力学的课时不断被压缩,而后续课程的学习对理论力学的掌握程度要求不降反升,这对理论力学课程的教学提出了更高的挑战.因此,土木工程专业的理论力学教学迫切需要进行改革优化,来适应当下新时代土木专业复合型人才、应用型人才的培养目标.基于此,对土木工程专业理论力学线下教学改革进行研究,以供参考。
关键词: 理论力学;教学;改革
DOI:10.12721/ccn.2022.157064
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引言

高等院校作为国家创新型人才培养和储备的主要场所,肩负着国家未来兴衰荣辱的重要使命,深化高等教育创新创意改革,已经被提升到人才培养的战略层面。近年来,教育部相继实施了“双一流”和“双万计划”建设方案,旨在推动我国由高等教育大国向高等教育强国转变,全面提升高等教育综合实力和人才培养质量。就人才培养质量而言,构建科学合理的课程体系与专业结构、适应新时代的教学理念与教学方法、注重实效的创新实践与实践能力等已成为高等院校人才培养的核心任务。

一、土木工程专业特点

土木工程专业培养掌握土木工程学科的基本理论和基本知识,能在房屋建筑、地下建筑、道路、隧道、桥梁建筑、水电站、港口及近海结构与设施、地基处理等领域从事规划、设计、施工、管理和研究工作的高级工程技术人才。土木工程专业的课程体系通常由通识教育模块、专业基础模块、专业课群组和实践模块组成。通识教育模块主要是思政、数学、物理、外语和计算机等方面的知识;专业基础模块主要是工程力学、岩土工程和结构工程学科的基本理论和知识;专业课群组主要分为房屋建筑、道路桥梁、地下建筑和岩土工程等专业方向;实践模块主要包括课程实验、专业实习、课程设计和毕业设计等实践教学环节。由此可见,土木工程专业是涉及从业领域较多和工程实践性很强的工科专业。土木工程专业是一个富有空间想象力,强调严谨性、综合性和实践性的专业,我国的珠港澳大桥、中国天眼、上海中心大厦、中央电视台新楼等诸多璀璨建筑都是人类智慧的结晶,无不彰显着土木工程的创造力和想象力,印证着工程力学是土木工程建造灵魂的美誉。工程力学课程作为土木工程专业的重要基础,为学生学习后续专业课程起承上启下的纽带作用。

二、理论力学教学目前存在的问题

(一)教学内容与工程实践联系不够紧密

理论力学是一门逻辑性强、理论体系严谨的学科,教学内容繁多,理论抽象,定理公式多.教材中的例题和练习题的选用很大程度会体现出教学内容与工程实践联系是否紧密.而教材上大多例题和练习题采用的是已经简化过的抽象化力学模型,与工程实际脱节,不直观,导致学生对知识点难以领悟理解,不利于培养学生建模能力与解决问题的能力.另外,理论力学缺乏实验教学,使得学生在学习理论力学时缺乏直观认识,更增加了学生对知识理解的困难,更不能对知识的实践应用作出直观、正确的判断.

(二)课程设计资料相对陈旧落后、缺乏创新且与工程实际情况脱节

目前在课程设计教学过程中使用的大部分设计资料更新不够及时,老旧资料跟不上实际工程的步伐,远远滞后于课程的发展以及行业的更新速度。随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展,施工日益走向机械化和自动化,施工工艺也在不断进步和完善,老旧的设计资料无法锻炼学生拥有与学科发展相匹配的先进思想和实践能力。

三、土木工程专业理论力学线下教学改革探索

(一)汲取科技创新竞赛元素,打造示范课堂

“能力培养导向”的原则要求汲取科技创新竞赛中的有益元素,助力创新实验课程目标的达成。在全国大学生结构设计竞赛和“大跨空间结构建模及分析技术”课程的融合过程中,充分考虑了课程教学目标和竞赛特点。大跨空间结构形式丰富、造型美观、受力合理,备受建筑师和工程师的青睐,广泛应用于各大公共建筑。有关大跨空间结构的赛题在全国大学生结构设计竞赛中频繁出现,体现了行业领域对大跨空间结构领域知识和能力的重视。此外,历届全国大学生结构设计竞赛均要求参赛学生能够使用专业软件进行正确的结构建模和分析,培养大学生的创新意识和团队协作意识,这与创新实验课程的目标高度契合。基于“能力培养导向,赛教融合驱动”模式,“大跨空间结构建模及分析技术”课程设置了四大教学模块,包括大跨空间结构专业知识模块、AutoCAD三维绘图技能模块、Midas/Gen结构软件建模与分析技能模块和模拟团队参赛模块。

(二)及时更新课程设计资料

紧密结合工程实际,要重视学生需求和行业需求,紧随行业发展的步伐,匹配先进思想。摒弃以往教师虚拟题目,更改参数以实现一生一题的模式,在拟定题目是要以尽可能新的实际工程为背景,依据实际工程条件拟定设计任务。此外,课程设计中所涉及的内容应该以该门课程专业知识为主导,既能保证设计题目有足够的实践性,又能保证学生在设计过程中能够充分运用自己的专业知识,在培养学生发现问题、解决问题的同时,提高其实践能力。

(三)工程力学与能力训练

工程力学课程的精髓在于使学生掌握运用力学知识分析问题的思想方法,将工程力学知识点转化为工程力学模型[13]。土木工程专业是强调技能应用的工科专业,“授人以鱼,不如授之以渔,授人以鱼只救一时之急,授人以渔则可解一生之需”,这句话非常适合土木工程专业的人才培养。我们常说“土木工程是工程力学的外在表现,工程力学是土木工程的灵魂”,是因为工程力学的知识始终贯穿于专业基础课程、专业课程和施工课程。比如:在建筑和桥梁方向最基本的墩柱截面确定问题,看似简单的问题却蕴含着剪跨比、轴压比、纵筋率与体积配箍率等因素对构件力学性能的影响,以及水流荷载、流冰压力和风荷载等横向外力的作用等力学问题;在地下工程方向的新奥法施工中要求及时封闭围岩,目的是限制支护前的变形发展,阻止围岩进入松动状态,防止围岩因风化作用造成破坏和剥落,制止膨胀岩体的潮解和膨胀,把岩石荷载转化为岩石承载结构,从而使得支护与围岩形成了一个共同工作的力学系统,充分体现了保护原有岩体强度和发挥自身承载能力的思想。

结束语

为了达成新工科背景下的人才要求,土木工程专业的高校教学模式、方法的改革势在必行,面对现代社会的发展以及行业的升级换代,对工程技术人员提出了更好的要求,这不仅体现在专业知识层面,更多的是要求从业人员具备极强的实践能力。高校作为人才培养的摇篮和基地,其教育也面临改革以适应行业的发展速度,匹配新的社会需求。

参考文献

[1]陈磊磊,程茹荟.浅谈大数据时代土木工程专业本科理论力学课程教学改革[J].山东化工,2020,49(04):173-174+176.

[2]陈静,黎春林,胡嫣然.应用型本科高校土木工程专业理论力学教学改革研究[J].牡丹江大学学报,2018,27(08):142-144.

[3]陈孝珍,胡公哲.土木工程专业《理论力学》教学改革实践与探索[J].南阳师范学院学报,2017,16(12):76-78.

[4]王晓飞,王鹏飞.土木工程专业“理论力学”课程教学改进方案[J].科教导刊(中旬刊),2017(35):113-114+127.

[5]游帆,王国杰.土木工程专业理论力学教学改革探讨[J].西部素质教育,2017,3(04):69+71.