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土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程教改論文
摘要：為提高土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量和效果，本文分析了土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程的教學(xué)相關(guān)問(wèn)題，針對相關(guān)問(wèn)題，探索了土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程的教學(xué)改進(jìn)方法，為提高其教學(xué)質(zhì)量和效果提供了參考意見(jiàn)。
關(guān)鍵詞：彈性力學(xué)；土木工程；教學(xué)；探索
彈性力學(xué)是高等學(xué)校土木水利等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)理論性與應用性都很強的基礎課程，目前各高校很多學(xué)科根據本專(zhuān)業(yè)本科教育培養目標，實(shí)現寬口徑、厚基礎的教學(xué)基本要求，減少課時(shí)和精簡(jiǎn)內容。另外，土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)所面臨的現代工程結構設計問(wèn)題大多為非桿系的復雜結構體系，所以許多高等院校要求開(kāi)設彈性力學(xué)和有限元課程，其目的是加強土木類(lèi)本科生對復雜結構數值分析能力的培養，以提高他們從事科學(xué)研究和現代結構設計的能力。然而學(xué)生普遍認為彈性力學(xué)解決實(shí)際工程的能力遠不如材料力學(xué)和結構力學(xué)，而且彈性力學(xué)理論抽象，數學(xué)推導麻煩，課程枯燥乏味，提不起學(xué)習興趣。因此在現有的學(xué)時(shí)下如何保證教學(xué)的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學(xué)時(shí)數，又能強化學(xué)生能力的培養，成為彈性力學(xué)教學(xué)中需要關(guān)注的問(wèn)題。
一、高校彈性力學(xué)教學(xué)現狀
為了提高結構力學(xué)和彈性力學(xué)的相關(guān)教學(xué)水平和研究成果，教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導委員會(huì )力學(xué)基礎課程教學(xué)指導分委員會(huì )結構力學(xué)及彈性力學(xué)課程教學(xué)指導小組定期召開(kāi)工作會(huì )議，2006年工作會(huì )議在武漢理工大學(xué)召開(kāi)，2009年工作會(huì )議在成都西南交通大學(xué)舉行，2014年10月工作會(huì )議在北京工業(yè)大學(xué)舉行，各高校在每次會(huì )議中都對彈性力學(xué)的教學(xué)進(jìn)行了教學(xué)改革成果和經(jīng)驗交流，對教學(xué)實(shí)踐、課程建設和資源積累等問(wèn)題進(jìn)行了研討。北京工業(yè)大學(xué)在彈性力學(xué)的教學(xué)中也進(jìn)行了很多研究和改革，北京工業(yè)大學(xué)彈性力學(xué)課程的設置和教學(xué)與國內其他高校具有類(lèi)似特點(diǎn)與問(wèn)題。2006年之前彈性力學(xué)作為土木工程本科專(zhuān)業(yè)的必修或必選課，學(xué)時(shí)一般為40學(xué)時(shí)左右，使用教材以徐芝綸《彈性力學(xué)簡(jiǎn)明教程》為主要教學(xué)參考書(shū)。在2007版本科教學(xué)改革之后，彈性力學(xué)在土木工程專(zhuān)業(yè)本科中仍然設置為學(xué)科基礎必修課，但學(xué)時(shí)改為16學(xué)時(shí)，考試時(shí)采用閉卷考試，對學(xué)生學(xué)習要求較高，較多學(xué)生仍然認為太偏重于理論，理論抽象，數學(xué)推導煩瑣難以理解，并且其解決實(shí)際工程的能力遠不如結構力學(xué)。在2012版教學(xué)計劃后，課程性質(zhì)以及學(xué)時(shí)都沒(méi)變，但考試時(shí)采用開(kāi)卷考試，對學(xué)生的公式推導要求降低。改為16學(xué)時(shí)時(shí)，教師和學(xué)生的感覺(jué)都是時(shí)間太緊張，學(xué)習壓力大，所以在剛完成的2015版土木工程本科教學(xué)計劃中，彈性力學(xué)進(jìn)行了很多變化，首先課程性質(zhì)發(fā)生了改變，由學(xué)科基礎必修課改為學(xué)科基礎選修課，讓學(xué)生有選擇的空間，其次學(xué)時(shí)增加為24學(xué)時(shí)，讓選修彈性力學(xué)的同學(xué)能真正學(xué)習到彈性力學(xué)的主要內容。所以目前在現有的學(xué)時(shí)下，如何保證教學(xué)的基本要求和基本內容，用什么方法和手段達到既增大信息量，減少教學(xué)時(shí)數，又能強化學(xué)生能力的培養，成為教學(xué)中關(guān)注的問(wèn)題，由此也產(chǎn)生了彈性力學(xué)教學(xué)內容多和學(xué)時(shí)少的矛盾。許多高校和研究者在彈性力學(xué)課程教學(xué)和研究上進(jìn)行了教學(xué)改革，取得了較多有益成果，盡管如此，土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程在以下幾方面尚有待研究與改革：
�。�1）教學(xué)對象上，彈性力學(xué)通常主要在工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設，需要充分考慮結合土木工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)。
�。�2）教學(xué)思路上，仍然偏向工程力學(xué)方法，在內容選擇上較偏向數學(xué)，主要是理論上的教學(xué)，對理論分析和數值分析結合對比方面缺少。
�。�3）講課內容中未能充分引入彈性力學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，尤其是與土木工程結構相關(guān)進(jìn)展，因此在彈性力學(xué)課程的教學(xué)方式、教學(xué)內容、考試形式等方面需要進(jìn)行一些思考和探討，對彈性力學(xué)教學(xué)中的普遍與特殊問(wèn)題進(jìn)行研究與實(shí)踐，將促進(jìn)學(xué)校土木工程學(xué)科力學(xué)教學(xué)的發(fā)展。
二、盡可能地提高學(xué)生的“計算分析”理論水平
根據高等院校土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科指導性專(zhuān)業(yè)規范以及2015版培養方案規定的學(xué)時(shí)，需要考慮在既有學(xué)時(shí)下，使學(xué)生的理論水平能達到當今土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養要求。
1.重點(diǎn)突出彈性力學(xué)分析思路和概念。在教學(xué)中，在分析思路上，一般重點(diǎn)講授彈性力學(xué)平面問(wèn)題的相關(guān)問(wèn)題，并且對彈性力學(xué)平面問(wèn)題基本理論采取精講的形式，對空間問(wèn)題基本理論采取和平面問(wèn)題基本理論相對比方法進(jìn)行講解。如果根據實(shí)際，直接從實(shí)際工程的三維問(wèn)題，再到講授二維問(wèn)題可能更符合思維過(guò)程以及實(shí)際工程問(wèn)題，使得思路更加自然，并且能節省教學(xué)課時(shí)。另外，在講授方法思路中應突出思路、概念與結論。如彈性力學(xué)中的概念問(wèn)題：彈性力學(xué)中應力的方向以及正負號的定義，平面應力問(wèn)題和平面應變問(wèn)題的區分，應力邊界條件和位移邊界條件的確定方法，處理局部邊界條件的圣維南原理，等等，這些都是講述平面問(wèn)題基本理論中要熟練掌握的概念。
2.結合具體土木工程實(shí)例教學(xué)，附加一些分析程序和工具的介紹，拓寬學(xué)生分析方面的應用能力。在介紹分析思路時(shí)，需要結合有實(shí)際工程背景的工程算例來(lái)分析，這樣可以明確學(xué)習目的，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習動(dòng)力。在理論分析完成后，還可以介紹相應的數值分析方法，介紹Matlab計算程序或有限元分析工具，對理論分析過(guò)程數值化，讓學(xué)生自己操作計算，分析結果。最后由于土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生在實(shí)際工作中需要學(xué)會(huì )運用，可以結合一些設計規范進(jìn)行學(xué)習，如：公路隧道設計規范（JTGD70-2004）建議采用彈性力學(xué)數值方法—有限元法計算圍巖的隧道支護結構內力和變形等，通過(guò)在理論分析結果和數值分析對比的同時(shí)，還可以通過(guò)規范要求進(jìn)行驗算。
三、根據當今土木類(lèi)本科生的培養要求，編寫(xiě)適合土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生使用的教材
就目前而言，對于土木類(lèi)本科生的彈性力學(xué)課程，各高等院校所安排的教學(xué)內容、教學(xué)時(shí)數及選用的教材均存有不同。換言之，對教學(xué)內容、教學(xué)時(shí)數及教材均沒(méi)有統一的指定，仍處在各高校教師根據自己的教學(xué)經(jīng)驗進(jìn)行不斷地探索與總結。目前已出版的彈性力學(xué)教材有很多種，所使用的教材一般為《彈性力學(xué)簡(jiǎn)明教程》，徐芝侖編，高等教育出版社出版。這本教材所涵蓋的內容較多、較全面，也比較深刻，對概念思路的解釋較為簡(jiǎn)潔，但仍然有需要改進(jìn)之處：
�。�1）基本上從平面問(wèn)題到空間問(wèn)題最后到板殼一些特殊問(wèn)題，分析講解思路可以變化，讓學(xué)生更快更容易的理解。
�。�2）理論講解較多，實(shí)際土木工程案例的分析較少。
�。�3）理論推導比較多，數值分析對比較少，數值分析工具的應用較少等，另外學(xué)生學(xué)習的課余指導用書(shū)比較少。為此，編寫(xiě)更加適合土木工程專(zhuān)業(yè)的教材以及教材指導用書(shū)是有必要的。
四、改革單一的板書(shū)教學(xué)模式，研制《彈性力學(xué)》的CAI電子教案
作為一門(mén)強調理論與應用的課程，僅以單一的板書(shū)教學(xué)模式明顯不足。例如，本課程中復雜的理論推導數學(xué)演示，這些均可通過(guò)CAI電子教案的教學(xué)來(lái)表述。此項教改工作的目的是在教學(xué)時(shí)數不足的情況下，就如何實(shí)現課堂教學(xué)氣氛活躍、高效率地完成教學(xué)內容、突出理論聯(lián)系實(shí)際等方面而為之。根據本課程教學(xué)大綱中教學(xué)內容的要求及依據更加豐富的教材，可以編制本門(mén)課程的CAI電子教案。在實(shí)際教學(xué)中，采用多媒體與板書(shū)相結合的教學(xué)模式，預期可以達到較好的教學(xué)效果，授課學(xué)生能給出較好的評價(jià)。另外，課內教學(xué)是本課程的主要任務(wù)。但由于本門(mén)課程在土木專(zhuān)業(yè)上的應用性較強，學(xué)生的課程設計、畢業(yè)設計均會(huì )遇到實(shí)際結構問(wèn)題的數值分析，對此需要課外指導，因此建立教師學(xué)生互動(dòng)平臺和窗口也是有必要的。
五、結語(yǔ)
為了提高土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量和效果，本文分析了土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程的教學(xué)相關(guān)問(wèn)題，并探索了土木工程專(zhuān)業(yè)彈性力學(xué)課程的教學(xué)改進(jìn)方法。
1.盡可能地提高學(xué)生的“計算分析”理論水平，使學(xué)生的理論分析水平達到當今土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養要求。
2.根據當今土木類(lèi)本科生的培養要求，編寫(xiě)適合土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生使用的教材。
3.改革單一的板書(shū)教學(xué)模式，研制《彈性力學(xué)》的CAI電子教案，并建立教師互動(dòng)平臺和窗口。
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