土木工程专业理论力学教学改革

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摘要：理论力学是土木工程专业中的一门核心技术基础课程，具有理论性强、内容多和课时少、教材针对性差等特点，加上教学手段单一，学生普通反映难学。为提高教学质量，激发学生积极性，培养其工程实际应用能力，文章在分析土木工程专业理论力学在教学方面存在的问题的基础上，又探讨了理论力学课程的教学改革内容。

关键词：土木工程专业；理论力学；教学改革；工程实际

理论力学是土木工程专业中的一门核心技术基础课程。在整个土木工程专业教学体系中，理论力学这门课程担负着承前启后的作用，它不仅是材料力学、结构力学等后继力学课程的基础，而且在整个教学过程中对培养学生的工程素质也有着非常重要的作用。因此，理论力学这门课程的教学，要在确保学生掌握内容和体系的同时，学会应用该理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题，从而培养学生的抽象化能力、逻辑思维能力和创新能力。理论力学是主要以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，研究物体机械运动一般规律的科学，属于古典力学范畴[1]。虽然其体系与内容已经相当完善，但随着高等教育教学体制的改革与深化，特别是针对土木工程专业学生来说，存在教学学时偏少、针对性教材缺乏、理论知识与工程实际联系不够紧密、教学手段单一等问题，导致课程内容枯燥，学生学习压力大，提不起兴趣。笔者结合教学经验和对土木工程专业的认识，探讨了理论力学课程的教学改革内容。

一、土木工程专业理论力学课程在教学方面存在的问题

（一）教学学时偏少

不同高等院校使用的《理论力学》教材不尽相同，但基本上都包括静力学、运动学和动力学三个部分；这三个部分之间在层次结构和知识点上都存在逻辑关联，构成理论力学这门课程体系，是一个有机的整体[2]。但在高等教育教学体制的改革下，随着基础学科加强、特色学科增多，课时不可避免的被压缩。比如，笔者所在学校根据“专结构、懂施工、长材料”人才培养方案特点，加强了与材料方面相关的学科，导致土木工程专业理论力学教学学时被减少到64个学时。课程内容多、知识点存在逻辑关联、体系完整等特点导致很难通过简单的减少课程内容来减少学时减少所带来的问题，这种简化方式只会导致这门课程失去其完整性与严谨性。

（二）缺乏针对性教材

理论力学的教材绝大多数属于通用性教材，适用于包括机械、土建、交通、水利、动力、航空航天等专业，缺乏专门针对土木工程专业学生编制的理论力学教材。通用性教材的弊端在于部分内容、例题及作业对于土木工程专业来说不适用。比如，笔者所在学校理论力学课程采用的是哈尔滨工业大学理论教研室编的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，其中包含许多与机械相关的例题及作业，对于没有一定机械方面知识储备的学生来说学习难度极大，而与土木工程专业相关的内容和例题不够全面和深入，导致学生的时间投入和收获不成正比，容易引发学生厌学情绪的产生。

（三）理论知识与工程实际联系不够紧密

理论力学是一门理论体系严谨、逻辑性强的学科，课程内容与工程实际联系是否紧密主要体现在教材的例题和习题的选用上。但是现阶段教材选用的例题和习题大多是直接给出经简化过的抽象化力学模型，而缺乏工程实际案例作为例题，理论知识与工程实际联系不够紧密，导致学生难以理解学习的目的和意义，也不利于培养学生工程实际问题的建模能力和解决能力。

（四）教学手段单一

虽然现代多媒体教学手段具有直观性、图文声像并茂、动态性、大信息量大容量等优点，能够在一定程度上弥补传统板书教学方式的不足，但由于理论力学理论性强、公式多、抽象化程度高，致使教学方式一般采取的均为多媒体结合板书，从而导致教学方式单一，学生参与度低，不利于激发和调动学生的积极性。

二、土木工程专业理论力学课程在教学方面的改革

对于土木工程专业来说，理论力学课程在教学内容和教学方法上存在诸多的不适应性，导致学生在这门课程上花费时间多、学习压力大，存在畏惧心理，学习效果差，知识结构和能力掌握情况远达不到预期等问题。因此，笔者根据对土木工程专业及理论力学学科认识，就土木工程专业理论力学课程在教学内容和方法上的改革思路进行探讨，以期找到更好的教学方式。

（一）合理分配教学时间

对于课程内容多而学时偏少的问题，就土木工程专业来说，应当在教学过程中做到有所侧重。理论力学三大部分中，运用最多与后续课程联系最紧密的是静力学部分，其次是运动学和动力学。因此，在教学时，教师应重点讲授静力学部分，包括内容、思路、知识点逻辑关联、体系及工程运用，以达到尽可能的深入和扩展。而对于运动学和动力学部分，在分配学时较少的情况下，教师更多地是要引导学生掌握整个课程理论体系的层次结构，探索知识点的逻辑关联，从而理清课程中不同理论间的脉络，让学生从总体上对该课程有一个清楚的认识。

（二）结合学生需求重新编制教材

造成教材缺乏针对性和理论知识与工程实际联系不够紧密的原因，主要是教材编制上的滞后。随着专业领域的不断细分，不同的专业有不同的侧重面，适合多专业的教材很难做到兼顾广度和深度，因此，应当编制完全针对土木工程专业学生专用的理论力学教材。专用教材在例题和习题选用上，在保留一些经典例题与习题的同时，应与土木工程专业密切相关，最好能体现专业的特色并与工程实际紧密结合。而且，要跟随时代进步，不断更新题型，以赋予经典力学时代的色彩，显示与工程实际相结合的魅力[3]。选用工程实际案例优点在于，帮助学生理解理论知识的同时，加强生产实际运用，拓宽思路，给学生留出充分的想象空间。尽量避免选用抽象化、模型化的题型，这将不利于学生对相关知识的理解和应用。

（三）采用多种教学方式

针对以讲授为主的单一教学方式，不利于激发和调动学生的参与性与积极性的问题，应引入更为丰富的教学方式。教师可以通过工程实际案例的视频展示，以探究型教学的形式，和学生共同探讨实际结构构造、实际结构抽象化建模方式，增加学生的积极性，让学生对运用理论力学知识解决实际工程问题有更深层次的认识，培养学生对工程的直观认知。例如，在讲到静力学中平面简单桁架的内力计算时，应以实际工程如桁架桥、厂房桁架屋顶等作为具体例子，制作相关的视频给学生看，并和学生共同讨论桁架结构的实际构造以及连接方式；通过启发式教学方式，让学生深入思考面对受力复杂的实际桁架结构在求解内力的时候，如何考虑主要因素从而将桁架简化、抽象化为力学模型，以及计算出结果和实际桁架之间的差别。通过从实际工程到理想化模型再到结果分析全过程的探讨，引导学生积极参与，提高学生对采用理论力学方法解决工程实际问题方法的认识，激发学生积极性，培养其实际的工程解决及应用能力。教师也可以在理论力学教学中引入一些简单的工程计算软件，通过对例题手算与软件电算相互验证的方式，激发学生的好奇心和积极性，这对培养学生解决问题的能力很重要。在众多的工程计算软件中推荐Maple软件，该软件功能多，易于掌握，学生可以在课余时间通过自学掌握基本功能，就可以应用于理论力学问题的求解[4]。

三、结语

为培养土木工程专业人才，针对土木工程专业理论力学在教学内容和方法上存在的一些问题，需要对理论力学课程传统教学模式进行改革。笔者针对传统教学存在教学学时偏少、针对性教材缺乏、理论知识与工程实际联系不够紧密、教学手段单一这几方面的问题进行探讨，提出调整方法，以期提高教学效果，激发学生的学习兴趣，提高学生自主学习的意愿，加强学生的工程应用意识，提升学生的工程应用能力和综合素质。

参考文献：

[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(Ⅰ)[M].7版.北京:高等教育出版社,2009.

[2]刘红岩,李冬梅,罗志华,等.“理论力学”课程内容的逻辑关联分析及教学方法研究[J].中国地质教育,2010,19(1):88-91.

[3]杨亚平,沈海宁.土木工程专业理论力学教学改革刍议[J].高教论坛,2008(3):95-96.

[4]吴立军,王瑞金.面向应用型人才培养的理论力学改革与实践[J].浙江科技学院学报,2008,20(2):133-135.

作者：游帆 王国杰 单位：福建江夏学院工程学院