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力学系列课程现行的教学方法大多是通过各种手段将这些课程的知识传授给学生,最后通过考前复习和考试对其归纳提高。在此过程中,学生多数处于被动、应付状态,难以摆脱从理论到理论,理论脱离实际模式的束缚。学生理论联系实际、独立分析问题、解决实际问题的能力差,这与培养2l世纪人才模式很不适应,力学系列课程的教学改革已是当务之急。目前国内外许多大学的力学相关课程设置了课程设计实践环节,课程设计的数量有所增加。如中南大学的结构力学课程设计,吉林大学的材料力学课程设计,湖南大学的振动力学课程设计,美国的斯坦福大学在理论力学增设了实践环节等,都取得了较好的效果。在增加课程设计数量的同时,一些高校更较重视课程设计内容的改革,如南京航空航天大学的有限元课程设计是针对实际的索拉桥进行分析,在提高学生理论联系实际、独立分析问题与解决实际问题的能力方面作了有益的探索。我校工程力学专业所设课程主要有CAD/CAM软件应用、.net程序设计、理论力学、材料力学、流体力学、振动力学、机械设计基础、结构力学、弹性力学、有限元和工程分析软件及应用等课程,其逻辑性和系统性对于培养学生的分析问题的能力非常有利,但在力学学习过程中,教师和学生会经常遇到一些没有见过的实际问题或力学模型,工程意识和分析、解决实际问题能力较弱的人,往往思前想后不得其解,以至于束手无策;反之,工程意识和分析、解决实际问题能力较强的人则往往能自如应对一切难题。为了培养和提高学生的工程意识和分析解决问题的能力,2006年开始,我校力学专业开设了课程设计实践教学环节,如“有限元软件应用课程设计”和“工程力学课程设计”,2011年又增设了“结构优化设计”和“CAM/FEM软件应用课程设计”。但总的来讲,力学专业的课程设计综合性较差,特色不明显,课程设计题目的难度、涉及的知识面、能力的培养均有待改进。
二、工程力学专业课程设计改革中存在的问题
目前我校课程设计改革中存在的问题主要表现在以下几个方面:一是课程设计题目和任务书拟定方面,均由指导教师事先确定分派给学生,由于指导教师所掌握的工程资料有限,课程设计的内容和范围局限性较大,题目类型较少,研究方向也较集中,学生并不能根据自身的特点和兴趣爱好,去选择他们感兴趣的题目进行设计,而是一味进行强迫式学习,完成所谓的设计任务。学生目前经过课程设计后并不能应对就业后工作过程中复杂多样的技术难题。二是课程设计研究内容与工程实际问题有偏差。课程设计都是承接基础理论与工程实际的重要环节,学生非常希望将自己所学的理论应用于实际,在实际中检验自己的知识,但由于学生体会不到理论与实际的联系,课程设计并不能充分调动学生学习主动性和创造性。三是课程设计时间在安排上与课堂教学存在一定的时间间隔。在课程设计过程中,对于理论知识不够扎实的部分学生来说,会有一种惧怕且无从下手的感觉,很难投入足够的精力和时间认真完成课程设计。而课程设计形式基本上是以小组为单位,小组成员围绕一个核心题目完成不同方面的设计任务。由于学生的理论基础和解决实际问题的能力存在差异,“能者多劳”的现象就会出现。如果指导教师指导不到位,检查力度稍低,就很容易出现个别学生不做或少做设计内容,甚至还出现抄袭他人成果的现象。由此可见,工程力学专业课程设计改革的空间较大。
三、工程力学专业课程设计改进的思路与方法
一方面,课程设计应选取具有一定的工程或社会实际背景,体现应用性、先进性、综合性的题目,可以使学生对工程实际问题的复杂性有一个初步认识,检验学生对该课程理论基础知识的理解和掌握程度,培养学生通过综合运用该课程和相关课程的基本理论知识来分析和解决工程实际问题的能力。另一方面,能使学生树立起正确的设计思想,养成实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风和严谨、谦虚的科学学风,更能使学生在自主性、探索性、创造性和合作性方面得到培养。
1.指导教师应该重视课程设计题目和内容的选择。
斯滕豪斯明确指出:教师的身份是“和学生一起学习的学习者”,只有这样,才能通过发现法和探究法而不通过传授法进行教学。在课堂教学过程中,教师不仅要教授理论知识,还要注意理论联系工程实际,通过列举工程实例、设置问题情境等多种方法,让学生感受到理论学习是手段,实际应用才是真正目的。随着社会发展,各种资讯日新月异,教师不能仍保持传统的观念,而必须在教学生涯中通过不断学习搜集和处理更多关于课程内容的相关资讯,熟悉教育改革趋势和重点,更新补充专业知识,提高专业能力;了解该专业学生的学习特点和兴趣爱好。这样,教师才能根据课程内容确定适合教学目标和学生感兴趣的课程设计题目,并且真正做到理论与工程实际的联系、对知识的综合应用、全方位的展开学生的思维和最大限度地解放学生的思想,才能充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性,培养学生解决实际问题的能力和应变思维能力。
2.课程设计应与工程实际相结合,针对不同课程内容及培养目标采用多种形式的课程设计方法。
比如《理论力学》,它是一门理论性较强的专业技术基础课程,教师在讲解过程中多是针对抽象化理想的力学模型,学生在课堂学习中通常感觉理论知识很好懂,但自己动手练习的时候却无从下手,理论和实际总是联系不到一起。为此,教师在讲授过程中可采用工程实例教学法,即选择一些具有代表性、启发性、时代性的实例,通过学习和讨论,使学生对知识有更深层次的理解,从而激发学生应用知识的热情。教师可以通过布置相关知识的小论文,学生通过查阅资料、撰写小论文的形式,深刻理解力学知识和工程实际问题间的联系。《材料力学》课程除可设置实验教学环节外,还可以确定一些简单。的等值杆结构,让学生从选择材料到外形设计,从安全校核到经济评价等实际操作过程中,去体会理论和实际问题间的联系。而这样的任务可以安排在学生课堂学习过程中完成。对于那些需要扎实的理论基础知识,并且要有足够的时间进行实践的课程设计,可以安排在下一学期进行。由此实现理论与实践的相互渗透、相辅相成,改变实践活动与教学内容游离的状况。
3.在课程设计中,强调学生为主体,充分发挥教师的引导作用。
2实习目的:
让我们从实践中对这门自己即将从事的专业获得一个感性认识,为今后专业课的学习打下坚实的基础,为今后书本与实践的结合打下基础。实习中,将所学知识和实习内容互相验证,并对一些实际问题加以分析和讨论,使学生对建筑工程专业的基本知识有一个良好的感性认识,了解专业概况,为后续专业理论知识的学习奠定一个良好的基础,同时,使学生对本行业的工作性质有一个初步的了解,培养学生对本专业的热爱,强化学生的事业心和责任感,巩固专业思想。通过实习让我们对建筑物的规模,作用及特点有了初步的了解。
3实习过程
(一)
实习时间:XX年06月22日
实习地点:**大学建筑技术示范基地
在实践基地有各种建筑模型,散水,排水管,屋面桁架,植被屋面,保温墙的三种做法等等。
种植屋面:在屋面防水层上付土覆土或铺设锯末、蛭石等松散材料,并种植植物,起到隔热作用的屋面。钢筋直螺纹接头优点:接头抗拉强度高,质量可靠,不烧伤钢筋不减少有效截面面积,工序简单,成本较低,施工安全,不污染环境。受气候影响。能做到连续工作。施工工艺:购入成螺纹连接套筒并验收合格,钢筋断料,断头切平。钢筋螺纹滚压成型钢筋现场螺纹直接。空心砌块砖:煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或天然砂、海涂泥等(以上原料的一种或数种)作为主要原料,不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料称之为免烧砖。由于该种材料强度高、耐久性好、尺寸标准、外形完整、色泽均一,具有古朴自然的外观,可做清水墙也可以做任何外装饰。因此,是一种取代粘土砖的极有发展前景的更新换代产品。
(二)
实习时间:XX年06月23日
实习地点:****再建商业区
建筑总面积为6300平方米。工程期三年零六个月,施工以基本完成,正在进行装修阶段。建筑采用框架结构,受力方式为梁板承重结构。花岗岩钢架固定式贴墙,外观美观,坚固耐用。外墙是玻璃幕墙具有良好的隔声﹑隔热及保温的功能。
点支式玻璃幕墙施工工艺流程:
(1)测量放线
(2)钢结构制作安装
(3)焊接处理
(4)接件安装
(5)玻璃清洗及安装
(6)调整打胶清洗
(7)检查验收
由于再建建筑间加了刚结构天桥,建筑局部将承受更多荷载,必须做加固处理。采用了粘贴钢板和碳纤维方法加固。确保了天桥放置处梁及柱的安全。
(三)
实习时间:XX年06月24日
实习地点:****路生活区旧城改造工程
建筑物采用框架结构,承受结构由混凝土现浇而成,围护构建是混凝土砌块,地下二层,地上十八层。建筑面积11432平方米。墙体上预留洞一部分是支模板浇灌水泥时用来固定模板的,还有其它的洞眼是留做线路通道。楼梯口处楼板混凝土只留配筋,目的是以便工程验收只用。由于砌块浇注问题,出现了墙体局部不垂直,砂轮机将突出部分打磨掉,保证墙体的平整。
(四)
实习时间:XX年06月25日
实习地点:**大桥
**最大的城市桥梁工程,也时省内技术较为先进规模较大的城市桥梁,时也是配合**公园中再建景观桥。全长220米,单跨100米,总宽55米。由市城建局项目部及施工方组织承建。
大桥采用拱型结构。主跨为刚管拱,主跨由四根预应力钢绞固定,主跨两侧的拱为半拱,混凝土浇铸而成。两个半跨下面的柱子连接处加了抗震橡胶垫。从而减少地震力对桥身造成的破坏。桥面由左右两个主跨用悬索支撑。圆弧钢管用混凝土填充,该结构能抵抗更大的压力和拉力,提高了整体的稳定性和强度。在大桥的主跨之间用大量的‘k’型钢架固定。预防桥面左右晃动,增强了大桥的整体性.
(五)
实习时间:XX年06月26日
实习地点:**市**生态工业园区在建汽车装配车间
厂房为南北两跨结构,房顶钢架由主次梁构成,主梁横向,次梁纵向,次梁搭在主梁上。主次梁成矩形,结构简单,受力合理。增强建筑的整体稳定性。
整个厂房由三排牛腿柱两排屋架组装而成,搭建单层双跨厂房。坚固耐用,经济合理。牛腿柱的安装方法是浇铸杯型基础,再将预制的牛腿柱吊装到基础之中,
调整柱的位置,然后放置柳丁,用水泥砂浆灌缝填充固定。现场工人师傅正在预制钢筋混凝土桁架屋顶。屋顶为三角形,每一个模型可做四个屋顶。不仅省时省力,而且减少了预制屋顶制作时的误差。
(六)
实习时间:XX年06月29日
2实习目的:
让我们从实践中对这门自己即将从事的专业获得一个感性认识,为今后专业课的学习打下坚实的基础,为今后书本与实践的结合打下基础。实习中,将所学知识和实习内容互相验证,并对一些实际问题加以分析和讨论,使学生对建筑工程专业的基本知识有一个良好的感性认识,了解专业概况,为后续专业理论知识的学习奠定一个良好的基础,同时,使学生对本行业的工作性质有一个初步的了解,培养学生对本专业的热爱,强化学生的事业心和责任感,巩固专业思想。通过实习让我们对建筑物的规模,作用及特点有了初步的了解。
3实习过程
(一)
实习时间:2012年06月22日
实习地点:**大学建筑技术示范基地
在实践基地有各种建筑模型,散水,排水管,屋面桁架,植被屋面,保温墙的三种做法等等。
种植屋面:在屋面防水层上付土覆土或铺设锯末、蛭石等松散材料,并种植植物,起到隔热作用的屋面。钢筋直螺纹接头优点:接头抗拉强度高,质量可靠,不烧伤钢筋不减少有效截面面积,工序简单,成本较低,施工安全,不污染环境。受气候影响。能做到连续工作。施工工艺:购入成螺纹连接套筒并验收合格,钢筋断料,断头切平。钢筋螺纹滚压成型钢筋现场螺纹直接。空心砌块砖:煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或天然砂、海涂泥等(以上原料的一种或数种)作为主要原料,不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料称之为免烧砖。由于该种材料强度高、耐久性好、尺寸标准、外形完整、色泽均一,具有古朴自然的外观,可做清水墙也可以做任何外装饰。因此,是一种取代粘土砖的极有发展前景的更新换代产品。
(二)
实习时间:2012年06月23日
实习地点:****再建商业区
建筑总面积为6300平方米。工程期三年零六个月,施工以基本完成,正在进行装修阶段。建筑采用框架结构,受力方式为梁板承重结构。花岗岩钢架固定式贴墙,外观美观,坚固耐用。外墙是玻璃幕墙具有良好的隔声﹑隔热及保温的功能。
点支式玻璃幕墙施工工艺流程:
(1)测量放线
(2)钢结构制作安装
(3)焊接处理
(4)接件安装
(5)玻璃清洗及安装
(6)调整打胶清洗
(7)检查验收
由于再建建筑间加了刚结构天桥,建筑局部将承受更多荷载,必须做加固处理。采用了粘贴钢板和碳纤维方法加固。确保了天桥放置处梁及柱的安全。
(三)
实习时间:2012年06月24日
实习地点:****路生活区旧城改造工程
建筑物采用框架结构,承受结构由混凝土现浇而成,围护构建是混凝土砌块,地下二层,地上十八层。建筑面积11432平方米。墙体上预留洞一部分是支模板浇灌水泥时用来固定模板的,还有其它的洞眼是留做线路通道。楼梯口处楼板混凝土只留配筋,目的是以便工程验收只用。由于砌块浇注问题,出现了墙体局部不垂直,砂轮机将突出部分打磨掉,保证墙体的平整。
关键字:结构力学 土木工程 教学改革
一、结构力学课程教学的问题分析
首先,结构力学的传统教学模式更为看重该课程的系统性和完整性,对于理论要求更高,使得整个教学过程较为复杂,学生面对如此艰深繁多的内容和结构都会感到无所适从,这种教学模式显然是不人性化的。
其次,当前结构力学课程知识与专业课知识之间的沟通还不够。通常的情况就是力学教师与专业课教师各忙各的,互不干涉。这种情况严重阻碍了结构力学课程与专业课程之间的融合, 是一种非常不利的教学现状。
再次,多数力学教师往往仅仅是局限于理论这一块!对于实际的工程问题知之甚少,甚至几乎没亲身体验过工程状况。这就造成了这部分力学教师的教学无法真正达到教学目标,过于理论化的教学方式显然是无法适应当今社会需求的。
二、 高校工程力学课程教学改革实践
本文结合自己的教学经验,从以下几个方面谈谈怎样开展结构力学课程的教学改革:
第一,转变教育教学观念。 结构力学教师应该改变过去落后的教育教学理念,把过去传统的知识传授为主,逐步转向知识传授与能力和素质培养并重的教学方式。使得学生能够在学习力学专业知识的前提条件之下,也能够培养自身的自学能力和工作能力。变被动接受为主动学习,使得工程力学教学由系统性向综合性转变。
第二,改变教育教学内容。 作为土木工程专业重要的专业基础课,结构力学有着举足轻重的改革意义和改革价值,要立足于当前结构力学教育教学的专业目标和特殊要求,尽可能改革当前教学的内容,把那些繁杂的内容精简化。例如可以大量省略超静定拱和空间桁架的内力计算,使得教学内容能够更为贴近结构力学教学的目标和要求。
第三,丰富基础理论内涵。 结构力学课程除了专业基础知识的讲授以外,更要重视对于这些基础理论知识的实际应用。运用实际应用案例来不断丰富基础理论内涵,使得结构力学的课程教学不再显得那么纯理论性,而是融入了多个实际操作案例,加强与其他相关后续课程之间的联系,使得结构力学课程变得理论与实践并存。
第四,拓宽课程实验内容。 由于结构力学课程属于理论性与实践性都较强的专业基础性课程,因此结构力学课程除了要加强学生对于基础理论和基本概念的理解与掌握以外,更要强化学生对于实际操作和实验课的学习与实践。这就有了结构建模。不仅要增加结构建模的学习,更要让它与其他诸多相关实验课相配合,这样才能使得结构力学基础课程有了理论加实验的教学模式。从而与专业课程的教学模式更为贴近,也可以为结构力学课程教学改革提供更好的教学氛围,培养学生的认识能力和动手能力。
第五,做好结构力学课程的课件。应该说任何一门功课在当前现代化教学辅助手段日益普遍化的情形之下,制作教学课件已经成为了一种必然的趋势和教学模式。当前教学课件已经是现代化教学中的重要工具和手段之一。尤其是要制作一些动态的课件例如复杂结构的受力变形图,可以帮助学生更好地理解和掌握一些基本概念和基础理论,因此结构力学教师应该不断细化教学课件,努力提高教学质量,多收集各种力学教学资料,认真整理并加以合适的加工,用更为细化的课件来使得力学教学显得更为多样化。从而切实发挥出教学课件的有效作用,实现课件的有效共享。
第六,改革力学课程教学方法。结构力学作为高校的一门基础性课程,其教学改革的道路任重而道远,绝不是一蹴而就的事情。我们甚至没有一个十分成功的案例可以借鉴,当然也不能随意照搬其他专业基础课的改革模式,而是要在满足教学目标和要求的前提条件之下,尽可能地改革结构力学的教学方法,努力提高教学效果和教学水平, 要改变教学观念,打破旧的条条框框,优化教学内容教学大纲的制定和教材的编写应有较强的针对性,力学课程教师要尽快改革教学方法,由浅入深地展开教学活动,善于由生活实际到力学问题,精讲配合自学,加强实验教学,提高学生操作技能,还应该利用挂图、模型、多媒体教室等手段增强直观教学效果,培养学生学习兴趣。
第七,努力改进结构力学课程教学材料。 当前高校的很多结构力学教材改革已经取得了一定的成就,的确出现了很多适应新形势需求的新教材, 但是就教材过于笼统化,无法适应独特的需求。或者是教材细节安排和具体内容的表述方面存在一定的问题,还没有真正达到优秀教材的目标。 因此,结构力学教师应该重视对教材的改革工作,尤其是名校名师要多编写一些精品教材,以使教材能够充分发挥出教学的重要作用。
第八,培养学生的实验设计能力。 结构力学课程作为一门理论与实践相结合的基础性课程,其实验教学环节也是非常重要的。结构力学教师应该要不断改革实验方法,努力培养学生的实验建模能力,改变过去传统的教师主导地位, 充分发挥出学生的主观能动性,例如可以将实验内容作为课后作业,计入考试成绩。这样就可以锻炼学生的动手能力,让他们在基本掌握相关理论知识的基础之上,自己查阅相关资料,并进行分析讨论,教师也要给予相应的指导和要求,并讲授他们一定的实验内容,让学生进行实践操作。
三、 结语
综上所述,高校结构力学课程是一门非常重要的专业基础性课程,其传统的教学模式已不能适应当前时展的要求,必须尽快转变教师和学生的地位。教师变为指导者,学生变为主动学习者,让研究论文代替实验报告,培养学生的综合素质,实现理论教学与实践教学的有机整合。实现课堂学习与课外学习的有机整合。开设综合性实验,培养学生分析问题解决问题的能力。
参考文献
[1] 徐 鹏,关学锋.应用现代教育技术深化结构力学教学改革研究[J].中北大学学报(社会科学版),2005,21(3):94-95.
[2] 李建楠,张彦均.实验引导下的材料力学教学改革[J].实验室科学,2006,(1):23-25.
【关键词】安全工程;大学物理;教学改革
【Abstract】Beginning from the set of cultivation schemes and the feature of talent cultivation,analyses mutual connections between College Physics and Safety engineering courses.Optimizes The Teaching Content and proposes a Teaching Procedure of “physics and safety” which can make students aware of the important role of College Physics.And then,learning motivation of students could been raised and teaching quality of teachers could been improved.
【Key words】Safety engineering;College physics;Education reform
0 前言
物理学是研究物质的基本结构、运动形式及物质间相互作用的自然科学,它是其他自然科学和工程技术的基础[1]。以物理学基础为内容的大学物理课程,是所有理工科专业学生必修的一门基础课程,通过该课程的学习,不仅可以培养学生的科学素养,增强学生分析问题解决问题的能力,开发学生探索精神和创新意识,还为学生日后专业课的学习打下坚实的]基础。但是对于不同专业,所需的物理知识侧重点是不同的[2-5],例如电子类专业侧重于电磁学,化工类专业侧重于热学,机械类专业侧重于力学等。然而目前我国大部分大学物理教材及教学内容并无专业差别,教学内容往往偏重于理论知识,容易造成理论和实践及专业的脱节,导致学生无法体会大学物理课程与自身专业的密切联系,使得教学效果大打折扣。要充分发挥大学物理课程的作用,就应该根据各专业的特点,有针对性的合理安排教学内容,这样才能高效的达到更好的教学效果。本文以中国劳动关系学院安全工程专业为例,对该专业的大学物理课程进行针对性的改革探索。
1 安全工程专业课程与大学物理相关性分析
1.1 大学物理教学内容
根据《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》[1],将大学物理教学内容分为11个教学模块。
1.2 与大学物理相关的安全工程专业课程
将表1中11个教学模块与安全工程专业各门课程教学大纲中教学比对,便可以总结出与大学物理有关联的相关课程。
1.3 大学物理各模块与安全工程专业的紧密程度
将11个教学模块中的125个知识点与各课程教学大纲中的知识点比较分析,可以进一步分析大学物理各个知识点与安全工程专业课程的相关性及紧密程度,现将这种紧密程度由高到低分为A、B、C、D4个等级分别代表强、较强、弱、很弱4中关系。
2 课程改革
2.1 教学内容的改革
鉴于中国劳动关系学院安全工程专业大学物理只有80个理论学时,远达不到《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》建议的最低126学时。因此有必要对教学内容做有效调整。结合安全工程专业培养要求,以学生应掌握的最基本的物理基础知识为纲,该简化的内容简化,该深入的内容深入。具体作如下调整:
一是,删除部分课堂讲授内容改为学生自学。将表3中等级为D的几块内容(狭义相对论、量子物理、天体物理及高新技术)略去不在课堂讲授。
二是,缩减部分内容学时。和高中物理相比,大学物理需要应用高等数学基础,物理量也由简单的恒量间的关系转变为变量间的函数关系,突出变量间的瞬时性和矢量性,能够解决更为复杂普适的问题。尽管如此,大学物理的很多知识点都是学生熟悉的,例如质点力学中质量、速度、加速度、牛顿定律等内容。教师应根据学生基础,着重针对加深学生对概念的理解。对于这些内容可以适当缩减学时。另外还有部分内容和其他课程重复(比如热学中热力学第一、第二定律和普通化学、工程热力学与传热学重复),可与其他任课教师协调后精简。
三是,加强和专业紧密程度高的内容教学。例如对于力学中的刚体转动,一方面学生对这部分内容陌生,一方面它是工程力学、机械原理课程等后续课程的重要基础。
2.2 教学模式设置
为了能够让物理知识与专业知识相结合,引起学生兴趣,在教学中引入“物理与安全”环节,图1中以知识点“静电场中的导体”为例,展示“物理与安全”环节的教学过程,在物理知识环节,涉及静电平衡、电荷分布规律、尖端放电、导体接地后的电荷分布、静电屏蔽等内容,通过对尖端放电的理解,便可以导入电气安全、静电安全、雷电安全等安全知识,同时又可以结合物理知识讲解如何比防止相关安全事故的发生。通过这个环节的设置,会让学生体会到物理知识与安全知识之间的相互关联。
3 总结
大学物理作为安全工程专业的一门基础课,一方面可以培养学生的科学素养,另一方面也能够增强学生们的学习能力,为后续的专业课程学习打下坚实的基础。研究基于安全工程专业的大学物理教学改革,既能够使该课程的教学更好的为专业课服务,体现理论与实践的相互结合,又能够增加学生的学习兴趣,从而有效的提高大学物理课程的教学效果。
【参考文献】
[1]非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(5).
[2]白浪.材料类专业的大学物理教学探索[J].读与写杂志, 2016,11(7).
[3]陈伟.化学专业对大学物理教学需求的调查报告[J].物理通报,2015(2).
收稿日期:2012-11-15
作者简介:肖明葵(1952-),女,重庆大学城市科技学院教授,博士,主要从事结构工程、力学研究,(E-mail).cn。
摘要:从应用型本科人才培养目标出发,考虑生源实际情况,结合《高等学校土木工程本科指导性专业规范》中对力学系列课程知识点的需求,提出了独立学院土木工程专业基础力学课程及教材建设的意义和方法,建议在教学中加入工程力学应用方面的具体内容,为培养应用型人才提供更好的课程平台。
关键词:基础力学;课程建设;教材建设;独立学院;土木工程专业
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1005-2909(2013)03-0055-03 一、独立学院办学定位及特色专业建设需求
独立学院是由国家机构以外的社会组织或个人出资举办的本科学历教育高等学校。自2008年教育部关于《独立学院设置与管理办法》[1]出台以后,独立学院发展迅速,规模效应已经形成。独立学院办学主要定位于应用型本科人才的培养,专业设置以市场为导向,服务地方经济。因此,在西部大开发的形势下,重庆大学城市科技学院土木工程专业成为学院的特色专业之一,为地方建设培养亟需的应用型专业人才。
土木工程专业学习的重要基础课程是力学课程,力学课程是学习后续专业课程的基础,也是学生今后参加建设工作必须掌握的专业基础知识。学生无论就业于设计单位还是施工单位,力学知识必不可少,即使是在施工单位,也会碰到诸如塔吊或脚手架的强度和稳定性、模板强度等施工力学问题。因此,独立学院土木工程专业中,基础力学课程是基础课程建设的重点。
二、独立学院基础力学课程建设和教材建设现状
课程建设水平高低直接影响学校教育教学质量,课程建设的重点是教学内容改革、教材建设和师资队伍建设,其中,教材建设是重点之一。独立学院依托于母体学校,实行相对独立的运作模式,资源共享。大多数独立学院在依托母体学校办学的过程中,课程建设基本应用母体学校的建设成果,即课程设置和教材使用等都与母体学校基本一致,这是独立学院课程建设和教材建设的一大弊端。目前独立学院招收的学生入学成绩等状况不如母体学校,培养定位也与母体学校有较大差别,属于培养应用型本科层次。土木工程专业的学生就业方向基本是到基层建设单位从事施工、监理等技术工作。而能够举办独立学院的母体学校大多是211、985学校,属于研究型学校,同类课程所用教材对于独立学院的学生来说,理论教学内容偏多偏难,实践性严重不足,针对性不强,对培养应用型人才的教学也极为不利。独立学院的培养方向又有别于高职高专,属于本科层次,不应定位在仅仅培养动手操作的能力层面。因此,针对独立学院本科学生的课程和教材改革,已经提到议事日程。
三、独立学院基础力学课程建设和教材编写定位
课程建设和教材编写定位应符合学院的培养目标。独立学院的培养目标是服务地方、服务基层,培养为地方经济服务的应用型人才。一般而言,课程内容设置和教材内容改革应该针对学院的培养目标,保证够用、适用、好用。
力学课程对于工科学生,特别是土木工程专业的学生,是很重要的专业基础课程。土木工程专业的学生在大学期间学习的力学课程有理论力学、材料力学、结构力学、流体力学、土力学、弹性力学等。基础力学课程则包括理论力学和材料力学课程。因此,文章的讨论主要针对理论力学和材料力学这两门基础力学的课程内容改革和教材编写定位进行讨论。
理论力学[2]和材料力学[3]是土木工程专业学生必修的基础力学课程,通过课程的学习,构筑工程技术力学知识基础,建立物体运动与受力状态的关系,掌握质点、质点系和刚体的平衡,机械运动及动力学问题的基本规律及其研究方法,使学生明确杆件强度、刚度和稳定性问题的基本概念,掌握构件的基本变形及其应力应变的求解方法。通过力学课程的学习,使学生掌握相应的理论知识,并具有比较熟练的力学计算能力,培养学生的力学素质和定性、定量分析能力,以及分析解决某些实际工程问题中的力学问题能力。通过力学实验课程,掌握测定金属材料性质的基本知识、基本技能和基本方法,了解实验应力的基本概念并初步掌握验证材料力学理论公式的方法,培养学生初步的实验能力,为学生学习相关专业课程及进行结构设计奠定良好基础。通过力学课程的学习,为一系列后续专业课程,如钢筋混凝土结构、钢结构、建筑施工等课程打下必要的基础,也可为学生在今后工作中解决所碰到的力学问题提供理论依据。因此,独立学院的学生,必须掌握基础力学的基本知识和基本概念。
2010年,土木工程专业指导委员会就土木工程专业中各知识点的需求和各个知识点的学时建议,颁布了《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[4],对力学系列课程知识点的需求提出了指导性的意见。但是,该规范所给出的只是对本科院校土木工程专业所需知识点的最低需求,并没有明确各类高校的最低知识点的理论深度及其应用要求。
遵照规范建议,结合独立学院的教学实际,基础力学课程建设和教材建设的定位应为“紧扣最新规范,体现区域特色,强调工程实践,服务人才培养”。在课程建设和教材建设中,教学内容的设置和教材内容的改革都应该符合规范中对各门课程的基本要求,紧密结合独立学院应用型人才培养目标,理论上高于高职学院,实践上强于重点本科母体学校。力学课程教学内容和教材内容应在保证理论知识体系的基础上,加入力学知识在实际中应用的工程实例,以便学生在掌握力学理论课程的同时,了解力学在工程中的实际应用,同时培养学生应用力学知识和原理解决工程实际中的力学问题的能力,以使学生在今后专业课程学习和工作中,力学知识够用,并且会用。在教学内容设置和教材内容的改革中,还应该加入最新科技发展的新知识,以培养学生的创新能力。
四、基础力学课程内容和教材编写内容选取
按照《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[3]中对力学系列课程知识点的需求,笔者认为独立学院基础力学课程内容和教材内容的设置应该满足规范中的最低要求,各知识点有所侧重,并在各知识点的理论介绍后,加入大量力学在工程中的应用实例。由于具体的各个知识点在《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[3] 中已经列出,笔者只讨论基础力学课程各个知识点理论的基本讲解深度和工程实际问题在基础力学教学中的应用。
在理论力学课程中,静力学部分应为课程的重点,理论上由浅入深、循序渐进,课程设置在讲解力学基本原理和基本概念之后,由平面力系到空间力系进行分析,理论上重视力学基本原理和基本概念、力系的简化和平衡理论。在平面力系的简化和平衡分析中,加入预制板、梁、柱子等预制构件吊装时的吊点位置,起重机的倾覆稳定性问题,脚手架的静力平衡问题,以及多跨梁、刚架、桁架等多种结构的平衡问题,约束反力的求解等工程实际力学分析问题。这部分需要学生透彻掌握相关理论,熟悉各种结构,包括物体系统的约束反力分析和计算,以便为后续的材料力学课程和结构力学课程学习奠定一定的基础。
材料力学课程重点为5种基本变形概念,内力和变形分析,强度、刚度和压杆稳定理论。要求学生熟练掌握基本变形和内力的分析与求解,在此基础上,再针对理论力学课程中所涉及的相同工程问题,讨论起吊构件的内力和变形条件,构件截面上的最大弯矩最小时,相应的变形最小,考虑吊装时构件的材料特征,以便安全起吊。在讨论压杆稳定问题时,结合起重机械如塔机的杆件稳定性问题分析,讨论塔机在达到其自由高度继续向上顶升接高时,如何增强其稳定系数保持起重能力,避免失稳,以及塔机构件的压杆稳定等工程实际问题。在讲解内力和变形的基本概念后,加入多跨梁、刚架、桁架等具体工程问题的内力和变形分析。在讲解强度理论后,分析上述工程实例的强度问题。所有这些实际工程问题以例题和习题的形式加入教材中,使学生在学习理论的同时,学会理论知识在工程中的应用。
由于现代科技的发展和对结构抵御地震、风灾能力的重视,理论力学的运动学和动力学部分的基本内容的掌握也是必须的。即使独立学院学生今后主要从事工程一线的工作, 也会在建筑机械的使用中碰到建筑机械的力学问题;因此,运动学和动力学部分的教学内容和教材内容,保留《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[4]中对这部分知识点的最低要求,针对学生特点,在复合运动速度和加速度合成定理的推导中,采用物理意义更为明确、直观的几何法进行推导,与985、211大学在这门课程教学中采用解析法推导相区别,避免了复杂的数学推导。在动力学中,重点为三大普适定理及其综合应用,以及达朗贝尔原理的掌握。
随着经济和科技水平的迅猛发展,土木工程建设也迎来了发展的好时期和好机遇, 结构形式越来越复杂,施工方法和技术也越加先进。北京奥运场馆、浦东国际机场、上海金茂大厦、国家大剧院、深圳帝王大厦,美国的亚特兰大索穹顶、英国的千年穹顶和石油大厦、澳大利亚的天空穹顶等建筑,无一不体现结构的复杂性和施工的难度。结构每一阶段的施工过程,都伴随着边界约束的变化、构件的增删、温度的变化以及预应力结构的预应力动态施加等变化。施工中的滑轮力学和拆撑时的力学分析问题,都需要现场工程师去面对。因此,在基础力学的基本理论和实际工程应用学习的基础上,加入滑轮力学、施工过程的时变力学、施工过程中的应力应变监测等最新施工力学分析成果的介绍,有助于培养学生的创新能力和今后处理实际工程中复杂问题的能力。
五、结语
独立学院土木工程专业基础力学的课程建设和教材建设有别于母体学校和高职高专学校,从培养应用型本科人才的培养目标出发,考虑生源实际情况,结合《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[3]中对力学系列课程知识点的需求,对独立学院土木工程专业基础力学课程及教材建设提出建议,倡导在教学内容和教材中加入工程应用方面的力学知识,为培养应用型人才提供更好的课程平台。
参考文献:
[1] 教育部令第26号.独立学院设置与管理办法[Z].2008.
[2] 肖明葵.理论力学[M].北京:机械工业出版社,2007.
[3] 刘德华.材料力学[M].重庆:重庆大学出版社,2010.
[4] 土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导性专业规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
Course and textbook construction of mechanics and materials strength for
civil engineering in independent colleges
XIAO Mingkui, REN Xiaoqin, XIANG Juan, ZOU Zhaowen
(City College of Science and Technology, Chongqing University, Chongqing 402160, P. R. China)
【关键词】工科大学物理 课程衔接 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)09-0022-02
大学物理是高等院校工科各专业必修的一门基础课,其内容和思想对后续学习的课程有着深远的影响。为了培养应用型人才,必须认清大学物理所存在的实际问题,并做好相应的教学改革工作。
一、一般工科院校大学物理存在的现实问题分析
1.高中物理基础普遍比较薄弱
一般的二本工科院校,许多同学高中物理特别差,基础概念不清楚。大学物理的知识是在高中物理的基础上深化的,这样给大学物理的学习造成了困难。一方面,学生的整体物理基础有很大的差别。另一方面,每个地区使用的教材存在差异,所以新入学的新生在物理知识模块方面存在差异。同时很多中学为了高考,把许多知识砍掉,导致在讲授大学物理中所隐含的高中知识,许多同学反映高中没学,这些实际问题在我们的日常教学过程中已经明显感觉到了。所以做好中学物理与大学物理的衔接工作亟待解决。
2.大学物理的教学内容没有体现不同专业区分对待的特色
一方面,大学物理基础知识与专业需求脱节。另一方面,大学物理课程内容和相关专业课的衔接不是很紧密。教师教学过程中教学大纲统一化,没有专业特色,使学生在学习过程中觉得大学物理与所学的专业课没什么联系,对自己将来的专业发展帮助不大,从而学学物理的积极性不高,而且听课的效果以及出勤率不高。这些问题的存在值得我们每个教师深思,应该在教学的过程中不同专业区分对待,真正和专业课程衔接起来。
3.大学物理理论知识与实验教学结合不紧密
大学物理是一门实验性的科学,很多物理定律都是实验总结得到的。但是很多学校的大学物理理论课和实验课是分开设置的两门课,一般情况下由不同的老师讲授。这样的教学就有可能使得理论和实验结合不紧密存在脱节现象。加强物理理论与实验的结合,加深学生对理论知识的理解和实验动手能力。更重要的是很多大学物理实验也没有考虑不同专业区分对待,没有多设计和演示与本专业有关的大学物理实验,与专业课程实验存在脱节现象。
二、工科大学物理与相关专业课程及中学物理间衔接的具体措施
1.做好中学物理与大学物理内容衔接工作
由于大学物理是高中物理的深化,要想学好大学物理就必须先打好高中物理基础。为了解决大学物理与高中物理知识不衔接的问题可以从新生的调查研究入手。组织新生入学问卷调查,也可以从学校的学生入学系统数据中查看学生的高考物理成绩。笔者调查发现,广西大部分高中没有开设《物理选修3-5》。所以在我们实际教学过程中要把这部分知识补充好。当然,教师要根据该校学生的实际情况做好中学物理与大学物理之间的衔接工作。
2.不同专业区分授课,体现大学物理授课内容具有本专业的特色
不同专业区分对待,应制定不同的教学大纲和教材。如果要把大学物理的内容全部授予学生学时往往不够。教师应该深入各专业进行调研了解不同专业的实际需求。自编或补充教材,与学生专业课课程紧密结合。比如机械工程专业,跟物理紧密相关的课程有“理论力学”“结构力学”“工程力学”等,讲授时应重点放在力学和热学篇章,多举一些跟专业相关的例子。电子信息与自动化专业,后续的专业课程里“电路分析”“电子技术”,讲授时应注重电磁学。通过以上知识模块的的强化改革,为他们以后的专业课学习有所准备。这样学生上课就会更有积极性,听课的效率会更高,同时也达到了我们一线教师传授知识的使命。
3.大学物理理论与实验相结合
大学物理是一门实验性的科学,很多物理定理都是实验总结得到的。大学物理课程应与专业课相结合,指的是不仅理论知识与专业课相结合,而且实验课更要与专业课相结合。工科专业注重学生的实际动手操作能力。所以大学物理实验在教学过程中要培养学生的实验动手能力。在实际教学中增加一些应用物理知识与专业课的趣味实验和小发明小创造。不仅可以使学生感受到物理的魅力,也使学生感受到成功和学有所用的喜悦。
三、结束语
大学物理是工科学生的必修公共基础课,由于现实存在的问题,使大学物理的教学面临了前所未有的挑战。一般本科院校向应用型高校转变,迫使大学物理的教学内容和教学方法的改革。随着科技的发展,各学科之间不断地融合,大学物理与各学科的衔接也会变得越来越多样,越来越丰富,所以大学物理与中学物理及各相关学科的衔接研究将是一个长期的任务。
参考文献:
[1] 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程学[M].北京:高等教育出版社,1995:1-40.
[2] 张贵清.工科大学物理教学的探索和思考[J].科技资讯2010.35.
1 理论力学部分
试卷一
1.力的三要素是指 A 。
A、力的大小、方向、作用点B、力的大小、方向、性质
C、力的大小、方向、单位D、力的大小、方向、平衡
2.二力平衡原理实际上是指 D 。
A、此二力大小相等B、此二力方向相同
C、此二力在一条直线上D、此二力等到值,反向,共线
3.某均质簿壁物体其重心与形心 B 。
A、无关B、重合C、不同的坐标系有不同的重心和形心位置,且不一定重合
4.可动铰支座相当与 A 约束。
A、一个B、两个C、三个
5.平面一般力系合成后得到一主矢和一主矩 B 。
A、当主矩=0时,主矢不是合力B、当主矩=0时,主矢就是合力
C、当主矩不等于0时,主矢就是合力
6.桁架结构的特点是 D 。
A、全部是二力杆,载荷任意作用在结构上。
B、不一定全部是二力杆,载荷任意作用在结构上。
C、不一定全部是二力杆,载荷作用在结点上。
D全部是二力杆,载荷作用在结点上。
7.滚动摩擦 C 。
A、通常比静摩擦大许多B、通常等于静摩擦
C、通常比静摩擦小许多D、通常比动摩擦大许多
8.某平面一般力系向同一平面简化的结果都相同,则此力系简化的最终结果可能是 B 。
A、一个力B、一个力偶C、平衡
9.约束对物体的限制作用 B 。
A、不是力B、实际上就是力C、可能是,可能不是
10.同一平面内有三个力偶:30KNM,-30KNM。10KNM,则合力偶为 A 。
A、10KNMB、70KNMC、43.6KNM
1.满足平衡条件的力系是 平衡 力系。
2.平面汇交力系平衡的几何必要条件是 力多边形封闭 。
3.平面任意力系向一点简化的结果得到一个 主矩 和 主矢 。
4.解决桁架问题通常用 结 点 法和 截 面 法。
5.均质物体的重点就是该物体的 几何 中心,即 形心 。
(本大题分 5小题,每题 2 分,共 10 分
1. 刚体就是在外载荷的作用不发生变形的物体(√)
2. 一个力可以将其分解为平面内任意两个方向的分力(√)
3. 力对点之矩和力偶矩的作用效应是相同的(√)
4. 滚动摩擦力与正压力无关( × )
5. 一般情况,相同正压力下静摩擦力大于动摩擦力(√)
(本大题分 4 小题,每题 5分,共 20 分)
1.约束
答:将限制或阻碍其它物体运动的机构称约束。
2.合力矩定理
答:各分力对某点的力矩代数和,等于合力对该点之矩。
3.二力构件
答:仅受两个力作用而处于平衡的构件。
关键词 行动导向 机械工程 实验教学 改革
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.11.063
Abstract The current institutions existed in experiment teaching of the mechanical engineering in colleges and universities were analyzed and proposed the principle of action-oriented should be applied in the experiment teaching of mechanical engineering. Taking the PLC control pneumatic experiment as an example, The implementation of the principle of action-oriented in the experiment teaching can unify the teaching and learning, students learning interest to mechanical engineering improved significantly, and have good team working ability and engineering practice ability and innovation ability.
Keywords action-oriented; mechanical engineering; experiment teaching; reformation
0 引言
S着我国制造业各行业市场的发展以及技术朝着网络化、智能化、环保化等方向进步,行业企业对人才的能力和素养提出了更高的要求,应用型、复合型人才缺口很大,另一方面却呈现高校毕业生数量连年屡创“新高”,就业压力不断增大的局面。 这个现象表明,在目前的高校质量保障和监督体系下所培养出的毕业生,其工程实践能力、工程素养,乃至创新意识和创新能力与当前的行业对人才能力和素养的需求有明显的脱节。重庆理工大学机械工程专业实验教学在培养学生工程实践能力、工程素养、创新意识和创新能力方面做了一些有益的探索和实践。
1 机械工程专业实验教学存在的问题
机械工程专业实验经过多年的建设、发展与模块化、层次化的改革,初步建立了与理论教学既独立并行,又相互联系的专业实验教学体系。但该实验教学体系在实施过程中并没有完全达到预期效果。主要表现在:
(1)实验独立设课后,学生重视实验课,但不是因为能学到知识或者培养能力,而是为了拿学分,只有少数善于总结的学生表示通过实验课会有收获。
(2)在实验教学过程中,教师是主体,学生处于被动的地位,忽视了对实验目标和实验方法的思考,不知道所做的实验对自己将来的工作有何帮助,学生不能从中得到工程实践能力的培养。
(3)学习过程缺乏自主性,学生普遍感到枯燥和乏味,认为部分验证性实验太简单,没收获,而综合设计型实验太难,不会做,但并不想自己主动探究实验原理和实验方法,缺少主观能动性。
2 融入行动导向理念的实验教学模式
机械工程专业实验与一般基础实验不同,它强调技术性、实用性和可操作性,有着较为突出的专业特色。实验过程中涉及到机械设计、工程力学、机械原理等多个科目知识的综合应用,对于增强学生的知识应用能力有着关键性的作用。因此,行动导向教学方法在机械工程专业实验的教学中有更实际的作用,可使机械工程专业教学更具体化、形象化、直观化。 将行动导向教学理念融入机械工程专业实验中具有代表性的综合型、设计型实验教学过程中,如电火花线切割加工实验、气压传动PLC控制实验、组合夹具组装实验等。针对不同的实验教学情景采用一种或融合多种教学方法,将学生置于实际工程背景下,让学生在实验方案设计、实验前期准备、资料收集、实验计划修订、实验方案实施、实验任务检查、实验结果处理、实验过程总结评价等环节中发现问题、解决问题,最终顺利完成实验项目教学。
气压传动PLC控制涉及气压传动控制和PLC电气控制等方面的知识,是目前生产过程自动化最常用的、最有效手段之一,在机械工程专业实验教学中开设此实验,对于培养学生综合运用已学理论知识,提高学生动手解决工程应用问题的能力是非常有意义的。
2.1 实验任务
学生自由组合形成实验小组,4-6人为一小组,领取气压传动PLC控制实验任务书文件,解读任务书要求,分析实验任务书中的重点和难点。此阶段任务中,教师简要介绍PLC控制气压传动在工程中的应用情况,引导学生发现生活中的工程实际问题,确定PLC控制气压传动回路的应用对象,如气动抓手抓取东西、牛奶瓶气动清洗流水线等。