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试论水利水电工程专业工程力学课程教学改革探索
论文关键词：工程力学 水利水电工程 教学改革
论文摘要：按照黑龙江大学应用创新型人才培养体系构建的要求，对水利水电工程专业工程力学课程体系的构建、教学内容、教学模式和考核方式等内容进行了综合改革。通过工程力学课程的教学改革，强化了“应用型本科”的人才培养目标。从工程应用角度出发，提高了学生学习力学的主动性，为学生创新能力和实践能力的培养奠定了基础并起到重要的促进作用。
工程力学是水利水电工程专业的专业基础课，教学中涉及的工程力学包括理论力学、材料力学、结构力学等几大固体力学学科[1]。在进行素质教育和创新教育的过程中，全国各高校都进行了不断的探索、改革与尝试。针对应用型本科的培养目标，黑龙江大学水力电力学院在“十二五”发展规划中提出：水利水电工程专业试点实施“卓越工程师教育培养计划”(“3+1”人才培养模式)，即学生在大学四年学习期间，三年在校学习，累计一年在施工、设计、管理部门实习和做毕业设计。这样虽加强了实践性教学环节，但会使工程力学基础类课程的学时相应变少。随着科学技术的发展，工程技术不断更新，新的力学问题也不断出现，从而在工程技术方面对力学知识的要求越来越高。同时，要培养学生分析和解决问题的能力，提高学生的应用创新能力和综合素质，必须对原有的教学模式进行改革。
经过调查和教学实践我们认为，首先在内容上，该系列课程要有较强的“专业即时性”，即以专业需求为主导，其次是课程本身的系统性、科学性和实用性。
一、水利水电工程专业工程力学课程体系构建的思路
1.根据学校对水利水电工程专业评估后的整改方案，以培养“应用型本科”为目标，以本专业对课程的需要为依据，在教学内容和要求上进行改革。
2.工程力学课程是一门独立的学科，并紧密联系工程实际，有很大的实用性，同时也是工程技术人员必备的理论基础，必须考虑其科学性、系统性和实用性。
3.处理好理论力学、材料力学、结构力学三大力学课之间及与其他专业基础课、专业课内容相近部分的整体优化关系，避免课程内容上的不必要重复。
4.注重基础，强化应用性教学。工程力学既作为专业课的基础又直接服务于工程实际，要求学生掌握基本概念、基本理论、基本计算方法，也要具有较好的结构简化、分析、计算、校核能力。在讲解时，应注重与实际工程结构相联系，为学生指出一个基本思路，方便学生更好地解决问题，对一些公式、原理的推导、证明，对一些繁难的手算要求可降低，强化计算机应用程序对结构进行定性分析、校核的能力，将传统内容与计算机应用合二为一，使教学模式实现一个巨大的转化，将传统的讲述性教学发展成为应用型教学，既适应了教学的发展，也适合了时代的需要。
5.在教学时数的确定上，应尽可能地满足专业课对该课程的内容要求，在考虑其内容完整性的基础上，确定其总学时数。
二、水利水电工程专业工程力学教学内容改革思路
水利水电工程专业的培养目标是具有水利工程勘测、规划、设计、施工、科研和管理等方面的专业基本知识与专业技能，主要方向目标是应用性，在此对工程力学教学内容作出如下调整。
(一)减少课程之间的重复内容
减少大学物理已讲过的内容，比如，动力学内容中的功、功率、功能原理、动能定理等内容，重点讲解质点系动能定理、刚体转动时的恒力做功、刚体绕定轴转动时动能及动能定理、恒力作用下转动刚体的角动量定理及惯性力、达朗伯原理等内容，并将此原理广泛应用于动力学问题的求解中。
理论力学、结构力学对桁架，材料力学、结构力学对静定梁内力分析及弯矩、剪力、荷载集度之间的微分关系的讲解，要注意各力学之间相互知识搭接，避免重复。
(二)布置专业读书工程系列大作业
传统工程力学只注重理论知识的学习，学生应用所学知识解决实际问题的分析能力较差。而教科书给出的例题、习题多是理想的计算简图结构，与实际工程不能紧密联系，学与用脱离，这会直接影响学生对实际结构分析和计算能力，对相关专业基础课及专业课的学习造成困难。为此，在教学过程中应针对水利水电工程专业布置读书工程系列大作业。
在静力学受力分析部分，我们引入的力学模型大部分都是和专业实际相结合的，比如，水工大坝、输水管道、启闭闸门中的桁架结构、渡槽及支架的受力分析等，目的是增加学生对专业所涉及建筑物的感性认识。
在静定结构内力分析部分，对杆系结构(如渡槽及支架)重点是如何把实际工程结构简化为计算简图及对计算简图进行几何分析和受力分析，进而分析结构的内力特点，目的是锻炼学生对实际工程问题的分析、计算能力。
在应力状态分析及强度分析部分，在对实际结构的计算简图(渡槽及支架的计算简图)内力分析的基础上进行强度分析，目的是提高学生对实际结构强度的分析能力。
(三)结构分析的计算机应用
把结构分析分为传统内容和计算机应用两部分，通过传统内容建立基本概念、学习基本理论及基本计算方法，解决简单问题;通过应用计算程序进行复杂计算，加深对基本概念、基本原理的理解;通过大量计算机操作，熟悉各种结构分析程序的应用，掌握结构内力的分布情况。
传统内容为工程力学的基本内容，在保证静定结构内力分析足够学时的情况下，超静定结构基本结构类型的计算方法以熟练掌握基本原理及其应用为主，其他复杂结构(如框架、空间桁架等)计算通过计算程序完成。
计算机应用是指给出各种结构类型的计算源程序，让学生了解其使用方法和适用结构。这一部分内容是工程力学应用能力培养的一个主要方面，在这里要尽可能多地介绍各类结构计算程序，以保证工程力学计算的完整性。对学生的基本要求是能读懂程序并熟练使用，以达到解决工程实际问题的目的，形成以矩阵位移法程序为主，其他方法程序(如简支梁及连续梁影响线、包络图程序、弹性地基梁或动力计算程序等)为辅的体系。
结构分析的计算机应用主要针对繁难结构的计算，改手算为电算，可以加大作业量，通过大量计算分析，提高学生的结构计算、分析能力。
三、教学模式的改革
充分发挥学生的主体作用，培养创造型人才。改变以往固有的传递—接受式学习模式，在教学过程中适当调动学生的主观能动性，通过学生自主设计实验、书写论文等形式，引导他们进行研究性学习。在教师指导下让学生参加学校实验室开放项目，例如，依据工程力学的知识制作纸桥，进行受力分析、位移计算和实验验算，优化选择纸桥的结构形式、截面参数等，发挥学生的主体作用，从而更容易地掌握教学内容。
同时，还需充分利用先进教育技术手段。多媒体等教学手段的使用，是计算机技术在教学改革应用的一个重要体现，其极大地活跃和丰富了课堂教学。同时随着校园网络教学平台的建立，网络教育也可作为辅助课堂。在实践中，可增加一些三维图像，形象、生动描述出质点、刚体及可变形固体的运动轨迹、变形曲线，也可增加一些与课程内容相关、而书本上又没有的工程实例(如长江三峡水利工程)，尽可能多地调动与专业相关的资源，构建一个良好的学习氛围，实现学时少、讲得精的教学原则。充分发挥学生的主动性，激活创新意识，达到良好的教学效果。
教师采用启发式教学，启发并发挥学生的学习积极性、主动性。要通过教学方法和教学手段的改革，改变以往以教师为主导、以灌输式教学为主体、以课堂教学为唯一教学形式的运行机制，建立教师学生双向选择、相互配合，启发式、讨论式教学的多种形式、多种内容、多种手段交叉进行的新机制。在课堂讲授中对例题着重讲解思路，引导学生课后自学;同时，针对学生专业，将工程实际中的一些具体应用或者科学研究中抽象出来的一些理想力学模型引入到课堂教学中来，提高学生学习的积极性。
四、考核方式的改革
全国水利大发展的形式，要求我们面向社会培养实践性、应用型人才，这种培养方向的确定要求我们的考核必须是综合的、灵活的形式。考卷的分数固然重要，但不是衡量人才的唯一标准。由于工程力学理论系统比较严谨成熟，以往在考核上我们主要侧重于学生在力学问题上的科学态度、严谨求实的学风、缜密的力学思想以及良好的力学素养，而且特别注重于基本理论和基础知识的夯实，这样原来的考试主要以试卷的形式进行。但由于我们是工科学院，要担负起培养工程人才的责任，所培养的人才要具有较高的工程素质及实践能力，同时还要具有创新精神。这就注定我们要在考核方式上进行改革，以一种更为灵活的考核方式，全面、综合地检验学生的学习成果，同时引导他们培养创新精神及实践能力;而且，进行考试改革也有利于树立良好的学风与考风。因此我们建立了非常科学、全面的考核制度。考查学生是否能够独立地分析问题和解决问题，以及动手能力及创新能力等。课程的考核主要由三部分组成：第一部分为平时成绩，包含学习态度、课堂提问、完成作业情况、平时测验、课堂出勤等，还有学生自主学习部分的成绩，如读书报告、课堂讨论、学生讲解等;第二部分为理论成绩，在形式上有开卷与闭卷、口试与笔试等，试卷中有加试题或选做题，这样就考查了学生的自主性学习能力;第三部分为加分，包括在实习实验活动中的参与程度和积极性、完成实验作业(比如实验设计、工程实际的力学建模设计或论文)等，这样就考查了学生的创新能力以及实践动手能力。通过多种考核方式相结合，调动学生在学习理论、思考问题上的主动性和积极性，增强学生在日常行为上的自我约束能力，起到了提高学生研究性学习能力的作用。
参考文献：
[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2002.
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