基于卓越工程师班的《工程力学》课程教学探讨

王 伟 许卫锴 海 洪

（[1]宿迁学院建筑工程学院 江苏·宿迁 223800；[2]沈阳建筑大学土木工程学院 辽宁·沈阳 110168）

0 引言

对于课程的教学改革工作是目前各个高校都在进行的一项重要工作，该项工作的目的就是为了提升本科教学的水平，达到教学的目标，为社会提供符合建设要求的人才。为了响应教育部提出的关于建设一流大学以及提升人才培养的相关要求，土木工程专业针对卓越工程师班的《工程力学》课程，我们从各个方面实现相关改革与创新。针对工科专业的学生，作为专业基础课的力学课程为后续专业课程的学习奠定了重要的基础。

在以往的教学过程中，我们发现了很多问题，比如学生认为力学课程学习起来太枯燥乏味，所以主观学习能动性不强，导致对教学内容掌握情况比较差，在后续专业课的学习过程中，不能将所学力学知识应用其中；还有一些课程的内容有重复，比如在材料力学中讲述了用挠曲线近似微分方程的方法求解静定结构的挠度和转角，而在结构力学中又讲述了利用虚功的互等定理推导出静定结构位移计算的一般公式以及图乘法等，而一般情况下结构力学的方法会更容易计算一些。再比如在材料力学中讲述了计算简单超静定结构的方法，而在结构力学当中对于超静定结构的内力计算有力法、位移法、力矩分配法等等更详细的方法。如果按照传统的教学方式和教学内容安排，不仅不能调动学生对力学课程的兴趣，也会造成课堂时间的浪费。

我校针对卓越工程师班的《工程力学》课程整体教学内容还是包含了理论力学的静力学部分和材料力学的大部分内容以及结构力学主要内容。课程分为工程力学（3）和工程力学（4）、工程力学（5），其中工程力学（3）包括了8学时的材料力学实验。我们的教学目标是希望学生通过学习本课程后，可以掌握物体系统的受力、构件强度、刚度和稳定性的分析方法以及平面杆件结构分析计算的基本概念、基本原理和基本方法，并且了解各类结构的受力性能以及平面杆件结构的基本分析方法，了解不同类型杆件结构的基本力学性能，掌握杆件结构电算分析的基本过程、杆件结构动力特性、动力响应计算的基本方法，初步具备综合应用力学知识表达、分析、计算复杂工程问题的能力，最终使学生了解作为工程师的社会责任，树立严谨求实的科学态度，培养自身工程意识，提升自身的工程素养。

1 教学内容重新梳理

与其他的土木工程专业班级的力学课程教学计划不同，根据卓越工程师班的教学计划安排，结合该班级的教学目标，我校将理论力学、材料力学、结构力学课程的内容进行重新的整合与梳理，分别在学生入校后的第三第四第五学期进行授课。具体教学目标以及内容安排为：

1.1 第三学期讲授工程力学（3），教学目标为

（1）掌握约束、约束力等基本概念，了解平面任意力系的简化与平移、等效等基本理论与概念，运用平衡条件分析静定结构的受力，了解结构与荷载的分类，掌握工程中常见杆件结构的计算简图，几何不变体系的组成规则及其运用。初步具备利用力学概念建立计算模型的能力，以及受力体进行受力分析的能力。

（2）掌握单个杆件在拉压变形、扭转变形、弯曲变形以及剪切变形等状况下的变形及受力特点，以及各种变形条件下内力、变形、应力的计算方法，掌握应力状态分析方法和复杂应力状态下强度问题以及组合变形计算方法。初步具备综合应用材料力学方法进行单个杆件的受力和变形分析的能力。

（3）掌握材料力学基本实验方法，能够对实验数据进行处理，并依据实验数据对实验结果进行分析和总结。

具体教学内容包括：平面力系、平面体的几何构造分析、杆件轴向拉伸与压缩、杆件剪切和扭转、弯曲梁的应力与变形、杆件组合变形、应力状态与强度条件。

1.2 第四学期讲授工程力学（4），教学目标为

（1）运用隔离体平衡方法分析静定结构受力、静定结构位移计算的基本方法，初步具备利用力学概念建立计算模型的能力，以及对静定结构进行受力和变形分析的能力。

（2）掌握运用力法、位移法等分析超静定结构受力，超静定结构的位移计算，理解影响线的概念，影响线的绘制及其应用，掌握静定、超静定结构的受力特点，具备应用影响线分析移动荷载对结构影响的能力，初步具备综合应用结构力学方法进行超静定结构的受力和变形分析的能力。

具体教学内容包括：静定结构的受力分析、静定结构的位移计算、力法、位移法、影响线及其应用。

1.3 第五学期讲授工程力学（5），教学目标为

（1）掌握矩阵位移法的基本概念和基本原理以及结构动力分析的基本概念和基本原理。

（2）掌握矩阵位移法分析杆件结构在荷载作用下受力的一般过程；并掌握单自由度体系自由振动时动力特性以及在简谐荷载作用下受迫振动时动力响应的计算方法以及两个自由度体系自由振动时动力特性的计算方法，理解振型正交性的意义及其应用。

具体教学内容包括：矩阵位移法和结构的动力计算。

2 教学形式多样化

为了培养学生的综合素质，利用好课上课下、线上线下相互结合的方式，培养学生的自学能力和创新意识、解决问题的能力。

板书教学作为传统的教学方式，在教学过程中起到不可替代的作用，所以课堂上我们一直采用板书为主的教学方式，但是有些章节因为在讲授过程中，画图很浪费时间，而且表达不形象生动，不易于学生的理解，所以我们在这个时候就采用多媒体的教学方式，比如弯曲正应力的推导，这部分的内容利用多媒体动画的形式讲解，学生就会很好的理解，还节省教学课时。

由于将理论力学、材料力学、结构力学三门课的内容都放到这门工程力学课程中，受到学时的限制，不可能将所有内容都介绍到，我们针对卓越工程师班级的教学计划，以及该班级学生的培养目标，在教学内容上做了一定的删减，但是这些内容并不是不要求学生了解，而是让学生在课下时间进行自学，我们会提供相关的学习重点和资源。

现在是一个网络信息大爆炸的年代，互联网给我们提供了很多优秀的资源，我们可以利用这些网络手段，比如QQ、微信、腾讯课堂、腾讯会议，与学生进行网上的交流。这样就将有限的线上学时无限拉长，可以随时与学生沟通、交流，为他们答疑解惑。特别是在疫情条件下，完全不会影响教学进程。

3 考核方式多样化

课程考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，采取形成性评价方法，进行过程考核和期末考核。在以往的教学过程中，多采用期末闭卷考试的方式，这种考核方式，导致一部分学生平时学习放松，最后在期末阶段突击学习，只针对考试重点内容进行复习，形成一种仅仅为了考试而学习的结果，而没达到到学习本门课程的真正目的，在后续的专业课学习过程中，很多应该掌握的力学基础知识都没有掌握。

针对以往出现的问题，我们在教学过程中采用即时、动态、多次地对学生实施评价，强化和改进学生的学习。其中考核项目可以包括课堂学习（课堂讨论、学习笔记等）、课程作业（研究性学习报告、实验报告、课程论文、案例分析、在线学习等）、阶段性测验（单元测验、期中考试等）、教学实践活动（实验、创新等）、专题讨论、小组学习、自主学习等形式。期末考核采取闭卷笔试方式。过程考核和期末考核所占的权重 1和 2可根据具体情况分别在0.2-0.4和0.6-0.8之间进行调整。

通过考核方式的改革，在整个学期的教学过程中发现，学生的学习积极性和主动性都有了很好的提升，对知识的掌握程度提高了，期末成绩优秀率以及合格率明显提高。

4 结语

我们深知工程力学课程作为工科专业的一门专业基础课程，在以后学生的职业生涯中起到很重要的作用。在传统的教学过程中，存在很多的弊端，为了达到更好的教学效果，教学的改革工作是很必要的。我们针对卓越工程师班级的《工程力学》做了一定的教学改革，改变了传统的工程力学教学方式、内容和手段，旨在培养学生独立自主地解决问题的能力和自学能力，教学效果良好。为了达到更好的教学效果，我们将不断的学习，教学相长，在教学过程中不断的反思与总结，建立一套更加完善、科学的教学体系。