基于工學結合的建筑力學課程教學改革的探索

安晶

[摘 要] 根據高職院校培養應用型技術人才的需求，對建筑力學課程教學進行了改革，注重理論聯系工程實踐和理論在工程實踐中的應用。著重探討了實訓項目在力學教學中的應用。通過實訓項目，培養學生的動手能力和團隊協作能力，提高學生學習力學課程的興趣，以取得較好的教學效果，順應職業教育的培養目標。

[關 鍵 詞] 工學結合；建筑力學；課程改革

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）28-0156-02

一、課程特點分析

建筑力學課程是高職院校土建類專業的基礎課程之一，是一門涉及理論力學、材料力學、結構力學等多學科知識的綜合課程，力學課程主要研究工程結構中普遍存在的受力與變形規律。學好力學課程有助于今后專業課程的學習，并且為今后從事土建類施工、設計工作奠定良好的知識基礎。力學課程的特點是公式多、數學推導多、概念相對抽象。力學課程對學生的數理知識水平有一定的要求，需要學生有積極的學習狀態。

傳統的力學教學是先對學生加強數學的基礎學習，然后在力學教學過程中注重理論分析和運算能力的培養。這種教學思路偏離了力學課程的應用性、實踐性的特點，對數學基礎相對薄弱的高職院校學生而言，其結果是使學生喪失了對力學課程的學習興趣，進而又影響到后續專業課的學習。因此，應正確把握力學課程的實用性特點，即在解決工程中的具體問題而不是在做力學公式的推導和解題計算。

二、教學改革思路

鑒于力學課程是一門系統性很強的課程，而傳統的教學往往側重于基本理論的講解，通過大量的練習題來加深記憶，這種以抽象理論推導和計算為主的課程，使學生感到很枯燥。

近年來，由于高職院校著重培養高素質技能型人才，加大了專業實訓課程的課時比例，相應減少了力學等基礎課程的學時，如何在較少的學時內完成教學任務及保證教學效果和質量，需要在力學課程的教學過程中大力推行教學改革，進一步完善力學課程的課程建設。采取符合高職學生學習心理特征和認知特點的教學方式進行改革，是應對學生現狀最為有效的方法。按照職業教育學的基本理論對力學教學進行改革，突破原有的理論體系框架，將專業基礎課程內容與專業課程結合起來，將理論知識與工程實踐結合起來。

三、加強實訓環節

根據力學課程教學內容，在課程的教學中引入實訓項目以培養學生的動手能力、團隊協作能力，增強學生的自主參與度，提高學生學習力學課程的興趣，達到實現力學課程教學目的。

實踐證明，在課程中增設實訓模塊，可以有效地幫助學生把理論知識轉化實踐項目再深化為理論知識，加強理解和鞏固課堂教學內容。實訓項目是力學課程教學的運作形式之一，如何合理設置實訓項目關系到力學課程教學的成敗。開展實訓項目時，需要重視課程之間的銜接，并且考慮與專業課程的融合。作為教師，必須熟悉教學內容和在工程中的應用，合理設置實訓項目，創設逼真的實踐情境，使學生在實踐中加強對理論知識的理解。

實訓項目實施步驟：

1.確定項目任務

教師依據教學目標與內容，提出項目任務。

2.項目實施

以整個班級為單位分成若干小組，以小組為單位展開討論，制定初步方案，通過計算論證方案的合理性，修改方案，共同完成工作項目。

3.項目的評價

項目完成之后，由學生進行檢查，同時由教師指出問題所在。最后通過學生自我評價、小組評價、教師評價的方式，讓學生展示成果、分享心得。通過教師的點評，獲取經驗、技巧。

通過實訓項目的開展，學生可以充分理解力學課程教學內容，做到理論學習與實際踐行并重，在實訓項目中充分運用所學的內容及方法，以達到加深記憶、靈活應用的目的，為今后的學習打下堅實的基礎。

四、實訓項目教學法在力學課程中的具體實施

在力學課程中引入實訓項目，所涉及的項目應該包括項目教學目標、項目任務、項目實施、項目評價標準等基本內容。下面以桁架結構建模、加載項目為例說明。

（一）實訓項目工程背景分析

桁架結構主要應用于房屋和工業廠房中的屋架、大跨度的鐵路和公路橋梁、塔式起重機的塔架、建筑施工中的支架等。本實訓項目——桁架結構建模及加載實驗，通過此實驗，學生可了解不同形式桁架結構的承載能力及其破壞形態，為工程設計提供一定的理論依據。

目前，因支架的設計問題導致的人身傷亡事故并不鮮見，很多施工單位僅憑經驗就來指導支架的施工。本實訓項目具有很強的實用性，從設計、驗算、加載驗證，全面應用所學的理論知識，結合有限元軟件進行驗證，最后通過具體的加載實驗驗證理論計算的結果，可以很好地服務于施工一線。

（二）項目教學目標

本實訓項目的教學目標是：從力學角度認識桁架的幾何組成及設計方法，學會桁架的力學驗算，在理解手算原理的基礎上利用有限元軟件進行輔助計算作為對手算的校核與驗證，最后用實際加載實驗的結果驗證桁架的最大承受載荷。本實訓項目集理論、設計、制作、實驗于一體，有效結合力學課程中桁架結構的知識要點，培養學生的動手能力、團隊合作精神及分析問題、解決問題的能力。

（三）項目方案設計及實施

教學過程以實訓項目開展為主線，完成具體的工作任務為重點，具體內容如下：

1.桁架結構認識

桁架是建筑結構中常見的形式之一，具有鮮明的特點。在力學課程中，桁架結構也是重要的知識點，學生需要完全掌握桁架結構內力的計算方法。

在學習，桁架知識點的基礎上，組織學生參觀廠房、工地塔吊等，現場了解桁架的結構形式，了解桁架結構節點連接方式等，增加感性認識，使學生對桁架結構有直觀認識。教師通過講授桁架結構知識，引導學生進行思考和討論，使學生能夠了解桁架的不同結構形式，為項目的方案設計做準備。

2.桁架設計

學生根據參觀的結果，分組進行桁架結構的設計。結構形式由各組學生自行商量決定，比如采用三角形桁架、梯形桁架、平行四邊形桁架等，也可充分發揮學生的想象力進行創新設計，教師在這一過程中進行指導。確定了桁架的結構形式，之后學生需要繪制出設計草圖，為桁架載荷分析驗算奠定基礎。教師負責對學生的設計草圖進行審核。

桁架設計需要綜合應用畫法幾何、立體作圖的基礎能力，需要有較強的空間想象能力及創新性思維，對學生綜合能力是一種鍛煉。

3.桁架內力分析

根據桁架設計圖，結合課堂學習內容，運用靜定結構內力分析方法，在教師的指導下，學生對各自組的桁架結構設計進行內力計算。

內力分析重點在于對課堂理論算法的深入理解和實際應用，需要學生有較強的理論分析及計算能力，在充分理解課堂教學內容的基礎上結合實際進行應用。

4.有限元計算

有限元計算軟件在工程中早已大量運用，學生盡早接觸有限元計算對今后的工作大有裨益。結合桁架的設計，利用大型有限元計算軟件ANSYS，教師指導學生利用ANSYS進行建模及計算，將計算結果與手算結果進行對比驗證。通過有限元計算，一方面讓學生可以接觸到有限元軟件的使用方法、建模及計算的過程，另一方面也可以使學生接觸到最新的科技成果。

有限元計算重點在熟悉有限元軟件、建模過程及計算分析，需要學生具備一定的自學能力，同時也可以培養學生對現代商用軟件的興趣，為今后工作中商用軟件的應用打下良好的基礎。

5.桁架制作

根據桁架設計圖，學生開始制作桁架。桁架制作采用1cm見方的木條（標準材料，長度1.2m），節點處采用釘接的形式。桁架制作完成后，需要檢查整體結構的牢固度、連接節點的牢固度，教師需要指導學生進行相關的檢查。

桁架制作過程不但考查學生的動手能力、讀圖能力，而且也可以考查學生的團隊合作精神。

6.加載實驗

桁架制作完成后，需要進行加載破壞實驗，桁架以簡支方式支承（跨距相同），載荷以下掛的方式加載，以破壞載荷與桁架自重比最大的組別為獲勝方。加載實驗以標準砝碼作為載荷。桁架在加載前先稱重。加載實驗要求學生團結合作，由教師進行監督，以保證加載過程的安全。

加載實驗主要考查學生的實際動手能力、團隊合作情況、危險因素辨識等能力，同時，通過加載實驗考核桁架設計的合理性，分析不同形式桁架結構的受力性能。

加載實驗結束后，對獲勝團隊進行獎勵，同時請獲勝團隊分享設計心得，教師需要對各團隊的成果進行點評。

至此，整個實訓項目圓滿結束。

（四）教學評價

教學評價圍繞教學目標進行，在力學課程中引入實訓項目可以充分調動學生參與的熱情，提高學生在力學課程學習上的自主性，從而達到優化力學課程教學的目的。本實訓項目的教學成果主要有：桁架設計圖、載荷計算書、有限元計算結果、桁架實物、加載破壞結果。同時，在整個實訓項目開展的不同階段，可以邀請系里的專業教師對學生各階段完成情況進行點評，最終評選出最佳團隊，以提高項目教學的效果。

五、結語

在高職學院力學課程中引入實訓項目，將課程中的理論知識與工程實踐有機地結合起來，實現“理論教學—軟件應用—動手操作”的教學模式，既有助于學生更好地理解力學原理，又促進學生將課堂所學知識運用到實際中，提高學生對力學課程的學習興趣，使力學課程教學中不再都是枯燥乏味的理論學習。同時，實訓項目的引入也有助于學生理解和構建本課程知識技能體系，也為后續專業課程的開展奠定良好的基礎，以實現高職院校人才培養目標。

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