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課程設計是為了鍛煉和加強學生的實踐動手能力,老師不能越俎代庖,對課程設計一切包辦,也不能對學生關于課程設計的什么問題都回答,更不能簡單的把往屆課程設計給學生,讓他們參考著做。這樣學生就失去了思考的動力,也是對學生的不負責。誠如考前劃重點教學,對平時認真聽課的學生是一種不公平,更是滋生“臨時抱佛腳、考試打小抄”風氣的原因之一。對于第一次做課程設計,學生大多是很迷茫的,沒有大概的思路。學生不能局限于所學的教材,要多去圖書館借閱相關的書籍、規范,也可以網上百度,實在不會,再找指導老師答疑。老師答疑,也是以拋磚引玉為主,答案還得學生自己去做。學生一般都有班級群、專業群,指導老師在群里可以共同答疑指導,并把一些電子規范和相關參考書放在群共享,方便大家一起學習和討論。在具體的設計過程中,事先把一些要求講好。如樁的類型、樁持力層選擇、樁長、截面尺寸確定,內力計算和配筋設計等,要結合土力學、混凝土結構設計原理等,同時考慮規范的要求,讓學生明白對于土木工程,行業規范就是法律,必須遵循相應的規范。讓學生清楚每一步的設計過程。設計說明書必須手寫,所有的計算過程必須手算,因為手寫能進一步加深印象,手算可以更加弄明白公式的含義和來龍去脈,而電算只是輸入參數,具體的過程卻已經編程求解了,不能引導學生思考。學習成績好的,可以用電算來做對比。在繪制圖紙的時候,必須嚴格按照國家相應的繪圖要求進行,如比例尺、圖紙的整體布局、線條粗線、圖名、尺寸標注等。圖紙是工程師的語言,必須熟練掌握CAD。圖紙是施工圖,要能夠方便施工。其中比例尺的概念很重要,在每年的課程設計答辯的時候,總有一些學生沒弄明白比例尺的概念,隨便畫圖。
2嚴格答辯及推行二次答辯
學生答辯,首先看圖紙,圖紙不過關,一律重畫,再答辯。圖紙過關了,看設計說明書,如果設計說明書雷同,則必須重做。設計說明書過關,則結合設計說明書和圖紙,進行提問。提問的范圍很廣,可以是關于本設計的任何相關知識,也可以是關于基礎工程的,也可以是關于以前學過的其他專業課等。課程設計成績是平時+答辯,平時占60%,答辯占40%。因為課程設計只有短短1周時間,有些指導老師對學生還不太熟悉,平時成績就沒法評定,此時應著重參考答辯情況,如提問、圖紙、設計說明書等。應摒棄常規的一次答辯方式,即不管學生平時做得怎么樣,也不管設計錯誤與圖紙錯誤與否,只要最終能有圖紙和設計說明書,即可答辯通過,然后在圖紙和設計說明書上進行批閱,而少了學生再次修改的步驟,以及學生重新認識提升的機會。我院巖土與地下系推行二次答辯。答辯不過關,必須回去重新認真做設計說明,重新繪制設計圖,進行二次答辯,方能通過。這樣讓學生明白課程設計不是隨隨便便一個簡單的事,必須認真對待。
3結語
關鍵詞:土木工程專業;建筑工程方向;畢業設計;微課應用;實效
0引言
畢業設計是本科學生在校期間的最后學習和綜合訓練階段,是學習深化、拓寬、綜合應用所學知識的重要過程;是學生學習、研究與實踐成果的全面總結;是學生綜合素質與工程實踐能力培養效果的全面檢驗。土木工程專業畢業設計的目的是實現本科培養目標、培養學生綜合應用所學專業知識解決實際工程問題的能力,在畢業設計期間訓練學生嚴謹、細致、認真積極的工作態度,培養學生工程意識和主觀能動性,為將來學生在工作崗位上出色地完成任務打下基礎[2]。結合本人多年的畢業設計指導經驗,學生獨立性差,習慣機械地照搬例題和應用設計軟件,以偏概全、以點帶面,知其然而不知其所以然,知識體系紊亂,設計成果漏洞百出。因此,如何提高本科院校土木工程專業畢業學生的設計水平,提高學生的設計實效,是本科院校土木工程專業教育工作者必須探討的問題。
1土木工程專業畢業設計特征
1.1畢業設計課題的共性與個性
從近幾屆的畢業設計來看,畢業設計課題具有如下共性:大多數畢業設計課題均來源于工程實踐或模擬工程實踐,如教學樓、辦公樓、賓館、公寓、大型商場、高層住宅、圖書館等,其結構型式為多層或高層混凝土框架結構,要求學生在規定的時間內完成建筑方案設計、結構計算和施工圖繪制等基本任務。但根據各高校的具體情況,畢業設計課題具有其個性:選題方式、課題的深度、指導模式、質量控制等各有特點。如我校畢業設計個性鮮明:老師按照1∶1.2的比例提供課題,并上傳至教務處網站,課題按難度分A、B、C三個等級,學生在四年一期期末進行網上選題,并分階段自主選擇指導老師;指導老師利用畢業設計管理系統自主選擇學生,師生雙向選擇;同時制定質量控制手冊統一成果評定標準,按環節評分確保全過程質量控制。
1.2畢業設計指導模式
傳統的畢業設計指導模式是以班級為單位分派3~4位指導老師,指導老師協商排好值班表,確保工作期間的每個時間段均有老師值班,值班老師負責全班同學的答疑和指導,由于每位老師指導的面廣、時間有限,對單個學生的設計成果缺乏系統的了解,最終所取得的畢業設計成果內容不完整,深度不足,遠遠達不到本科教育的培養目標。基于此,我校打破傳統的以班級為單位的指導模式,全院范圍內分階段師生雙向選擇,結構方向的老師指導建筑結構階段,施工方向的老師指導施工組織和清單工程量計算階段,優化了老師的資源配置。每位老師限額指導15~20位學生,全過程一對一的指導,指導老師可現場答疑,也可遠程指導,全方位監控學生的設計過程。
1.3畢業設計指導效果
多年的實踐證明,我校土木工程專業畢業設計改革效果明顯,學生的設計成果質量有較大幅度的提高。在畢業設計改革的實施過程中,老師們發現了一個深層次的問題:學生之間的團隊意識較差,資源共享的理念缺乏,對問題的考察、論證能力較差。部分學生照搬書本或設計范例,過度的依賴結構設計軟件和相應程序,依賴老師,既不對具體問題加以探究,又不對設計結果加以分析、校核,習慣于就某些數據或公式的來源提問。指導老師疲于回答這些表面的問題,有時甚至于一個問題重復回答10來次,耗費了老師們大量的精力而無法深入疏通學生的知識體系和優化結構模型。為了能掃清這些普遍性的問題,留出更多的時間針對每個學生的課題特點進行特性指導,我們引入了畢業設計微課堂。
2土木工程專業建筑工程方向畢業設計微課堂的架構與實效
2.1畢業設計微課堂的架構
為了讓學生對大學四年所學的知識有一個系統的了解且能融會貫通,更全面地培養學生的工程實踐能力,我校土木工程專業建筑工程方向畢業設計向來是“假題真做”,其內容包括建筑方案設計、全套建筑施工圖設計、一榀框架的結構手算、結構電算、全套結構施工圖設計、施工組織設計、清單工程量計算七大部分。多年的指導經驗告知,設計中出現的普遍問題是學生的結構概念缺乏,建筑方案的結構體系紊亂,建筑施工圖空洞、結構施工圖不完整。其最大的問題在于手算一榀框架的內力和配筋,學生盲目地照抄范例,機械地照搬計算過程,不探究內容的對與錯,對整個知識體系無系統的了解,結構計算書雜論無章,答辯時一問三不知,設計效果差。如何培養學生的主觀能動性,疏通知識體系,使其盡快的融于工程實踐,畢業設計指導課題組的老師們針對學生集中出現的問題和解題困惑,精心制作了20個畢業設計微課堂,引導學生一步步地學習,掌握結構布置及結構計算的要點。在微課堂的架構設計中,每個微課堂對應一個知識點,授課教師詳細地闡述了其要點、各計算環節關鍵問題的處理,制作了學習任務單、進階練習題,微課視頻及微課課件,并上傳至湖南微課網,學生點擊“注冊”,待身份審核通過后,即可在線學習、提問、進階練習,每天安排一位老師在線解決學生的問題。
2.2畢業設計微課堂的應用實效
微課制作完成后,安排了5位老師對學生集中授課,詳細講解了微課的學習要點,指導學生按微課排列順序進行學習。要求每個學生上網獨立完成20個畢業設計微課堂的學習并評價,且做完全部的測驗,分析錯誤的原因并在線提問,有錯即改,直至滿分。整個結構設計階段按100分計算,微課學習占20分。通過這些行之有效的措施,督助學生學完了20個畢業設計微課堂,整個設計期間學生的微課點擊數達到23000多次,完成了521在線答疑。通過學習,學生對結構設計有了一個全面、系統的了解,結構計算中的一些基本問題通過自學微課解決了,老師們能騰出更多的時間對學生進行個性指導,優化其設計成果。大部分學生的手算計算書條理清晰、內容完整,計算結果合理;答辯時思路清晰、問題回答較正確;設計成果深度完全滿足本科畢業設計階段人才培養方案的要求,設計效果較往屆有較大程度地提高,微課的應用取得了實效,值得推廣。
3結束語
文中通過研究畢業設計的特征,探討了畢業設計的共性與個性,從畢業設計選題、畢業設計的內容安排、畢業設計的指導模式、師生的資源配置、畢業設計的指導效果等方面進行了比較,指出傳統的設計指導模式不利于優化教師資源。為了能讓教師有更多的時間對學生進行個性指導,優化其設計成果,引入了畢業設計微課堂,微課堂系統地闡述了結構設計理念,針對學生設計中容易出錯或遺漏的問題、各計算環節關鍵問題的處理等進行了詳細地講述,有效地解決了學生設計中的共性問題。微課的應用,既提高了指導老師的指導效率,同時也加強了學生的結構概念,取得就較理想的畢業設計效果。
參考文獻
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我校是以城市建設類專業為特色的普通高等院校,土木工程專業是我校的主干專業,也是國家特色專業,其工程實踐性強,與國家建設關系密切,社會需求大.在新形勢下,如何進行教學內容與課程體系的改革,提高學生的實際工程能力,更好地適應社會發展的需要,同時提高教學質量與水平,爭創市級、國家級精品課程,是我校面臨的新課題.土木工程材料課程是土木工程專業的一門學科基礎課,課程承上啟下.同時,它也是很多與土木工程相關專業必修的一門專業基礎課,課程涉及專業多,學生人數多,受益面大.因此,筆者以土木工程材料課程為基點,對其精品課建設的課程體系構建進行了積極的探索.
2土木工程材料課程體系構建
2.1師資隊伍建設
師資隊伍建設是精品課建設的前提條件,也是教學質量的關鍵與保障.精品課的建設首先需要有一支師德高尚、治學嚴謹、學術水平高、教學經驗豐富、教學效果良好的高素質教師隊伍.在制定精品課建設規劃時,應以課程為單位合理配備師資,形成一支以主講教授負責、結構合理、人員穩定、教學水平高的教師梯隊,并按一定比例配備輔導教師和實驗教師.主講教授應了解學科前沿知識以及學科和課程的發展趨勢,能把握學科的發展動向,對課程的內容有合理定位;梯隊主講教師應具有豐富的教學經驗,能在教學一線貫徹教學意圖并有效地實施教學活動;實驗教師除應能指導學生進行基本的、綜合性的試驗外,還應在此基礎上開展一些創新研究實驗.師資隊伍建設是一項長期的工作,必須給予充分的重視,應使課程組教師的學歷結構、職稱結構形成合理梯隊,并采取相應的評價機制、激勵機制和用人機制等,確保課程達到理想的教學效果.對于當前不能滿足要求的教師應制定培養計劃,有計劃地實施培養,使得課程教學具有一定的延續性,以確保精品課建設的持續進行.
2.2課程知識體系的構建
課程知識體系與內容的確立,即教學大綱的制定是否得當,對于教學效果、學生知識體系的構建起著至關重要的作用.課程教學內容要具有基礎性、普遍性、科學性、先進性,能及時反映本學科領域的最新科技成果,以達到寬口徑、厚基礎、重能力、求創新的教學目標,這對于卓越工程師的培養尤為重要.
2.2.1理論教學
(1)教學內容的設計.
土木工程材料課程是一門理論性、實踐性均較強的學科基礎課,它涉及土木工程建設中所需要的各種材料及其制品.由于材料的種類繁多,涉及的學科領域廣,因而形成了龐大的土木工程材料內容體系.為此,在課程教學設計、內容規劃方面,要充分考慮到不同專業學生的專業特點,對課程的內容體系進行適當的分解、深化、組合與重構;并著力解決好教學內容的豐富性與課堂學時的有限性,教學內容的基礎性與材料科學的發展性,材料知識的理論性與材料的應用性之間的矛盾.例如:對于土木工程專業的學生,應對水泥、混凝土的有關內容進行加深加寬,適當增加水泥凈漿、高性能混凝土和混凝土的設計、生產、檢測等內容,并加強材料耐久性知識的講授;對于道路工程專業,則應增加無機結合料、瀝青混合料、土工合成材料等內容,并對石材、集料的內容適當多作介紹;而對工程管理類的專業,教學內容的面要廣但深度要適當.隨著材料科學的發展,新材料、新技術、新標準的不斷出現,教學內容要及時進行更新和補充.如高分子材料品種很多、發展很快,各種新型砌塊、環保墻板的涌現,以及各種性能優異的新型防水材料的應用等,都應及時引入課堂,進行補充加強;而對于逐漸淘汰的,如燒結黏土磚等高能耗、非環保材料則應予以簡略,或采用對比的方法講述.此外,材料科學的理論性深度應適當,要與應用性緊密結合,體現出理論指導實踐,實踐豐富理論的相互作用.如教師在講課中及時補充了“鳥巢”、“水立方”等工程中所采用的新材料、新技術,在充分體現工科院校特色的基礎上,使學生掌握更多的工程實踐知識.
(2)教學方法的多樣化.
教學內容的傳授需要好的教學方法來體現.要不斷改革教學方法,逐步形成以多媒體教學為主的教學方式,充分發揮教學課件圖、文、像并茂,信息量大和直觀形象的優勢,同時積極開展工程實例法教學,形成一套有特色和較為成熟的教學模式.在課程教學過程中,既要注重夯實基礎理論知識,又要加強與工程實踐相結合,以工程實例來說明相關的知識點;要加強材料的應用性知識,強化學生作為卓越工程師的工程意識和責任意識,使學生具備依據工程特點、材料性能合理選用材料、正確使用材料的能力.例如,在講授混凝土骨料的質量與級配理論時,引入了汶川地震中最牛小學的工程實例,極大地吸引了學生的注意力,強化了學生的工程意識、責任意識.學生反應這種教學法很鮮活,時代感強,有利于提高思維能力.課堂教學中,還應重視研究性學習、探索性學習、協作學習等現代教育理念在教學中的應用,指導學生自主學習,提高學生的思維能力和創新精神.如在講授水泥的性質、品種與應用時,提出了大體積混凝土的工程問題,讓學生通過思考選擇適宜的水泥品種,并進行課堂討論,將工程實踐與理論知識聯系起來,使所學知識也活起來.
2.2.2實踐性教學
實踐性教學環節是工科院校加強理論與實踐相結合的重要環節,也是國家實施卓越工程師培養計劃重要的加強訓練環節.
(1)實驗教學.
教學實驗是課程教學體系中重要的實踐性教學環節,按照基本技能、應用能力、綜合素質培養的目標,要重點改革實驗教學的形式和內容.在土木工程材料課程中設置了基本性能實驗、綜合實驗及設計創新實驗三個模塊.通過基本性能實驗,應使學生掌握材料基本性能的檢驗方法及相應的試驗技能;通過綜合實驗,應使學生能根據不同情況下不同的試驗結果,對材料的性能進行綜合分析;設計創新型試驗可根據學生的需求展開,實驗室對學生開放,為學生進行課外科技活動提供平臺.在這種設計創新型試驗中,教師可為學生安排一些設計型、創新型、研究型的實驗,可以針對某一問題進行較深入的試驗研究,如減水劑或摻合料對混凝土強度、流動性、耐久性的影響,混凝土裂縫影響因素分析,聚丙烯纖維對砂漿抗裂性能的影響等.學生在對所研究問題進行充分思考后,自己設計出實驗內容和實驗步驟,并通過具體的實驗操作、試驗現象的觀察、試驗數據的處理分析、試驗結果的總結以及試驗報告的編寫等一系列環節,得到一次全面的系統的訓練.這樣,既培養了學生對材料科學研究的興趣,又為學生解決實際工程問題提供了方法論,為提高學生的創新能力和綜合素質創造條件.
(2)結合工程的實踐教學.
普通本科高校的定位是培養應用型人才,為加快卓越工程師的培養進程,應使教學活動更加接近工程實踐,讓學生在工程中得到鍛煉,畢業后才能盡快適應和勝任實際工作.一方面,教師在鼓勵學生進行設計創新型試驗的同時,還應鼓勵他們參與具體的科研活動.學生可以參加到教師的科研課題中,也可組織能力強的學生在教師的指導下自己確立科研課題,并在實驗室或借助實際工程開展研究工作.另一方面,教師還應適時地組織學生進行一些課程實習.如組織學生到水泥廠、混凝土攪拌站及典型的實際工程現場去參觀(如參觀大體積混凝土工程等),以增加學生的感性認識.同時,引導學生善于在實際工程中發現問題,并對這些問題展開討論,積極運用所學知識去尋求分析、解決問題的方法和途徑.也可邀請有關專家作專題報告,讓學生了解工程中有哪些關鍵問題需要解決,解決的思路是什么,需運用哪些相關知識等.學生在與實際工程的緊密接觸中,感到學以致用,從而提高了他們的學習興趣,開闊了思路,激發了創新意識,進而使其研究、處理問題的綜合能力和素質顯著提高.這些都對盡快達到卓越工程師的培養目標有極大的促進作用.
2.2.3網絡教學資源建設
在當前信息化建設快速發展的今天,網絡資源賦予精品課建設以強大生命力.理論教學、實驗教學以及實際工程現場的學習都是在有限的時間內完成的,要想將課堂延伸,應充分利用網絡資源,即通過網絡課堂為學生的學習提供很好的補充.我校在土木工程材料課程中建立了課程網站,其資料豐富、圖像鮮明、信息量大,已設有理論教學、實驗教學、新材料博覽、技術標準及工程實例等幾個專欄.理論教學欄目包括教學大綱、教案、教學課件、習題等各種教學文件及豐富的課程資料,便于學生隨時查閱;實驗教學專欄設有實驗室介紹、基本的實驗項目、實驗指導書及相關的實驗視頻等有關實驗教學的文件及資料;新材料博覽欄目設有大量的土木工程材料樣本、應用圖片及圖像,對教學內容進行了多方面的補充與延伸,增加了學生的感性認識,并極大地擴展了課堂知識;技術標準欄目收集了各種現行的材料技術標準,還直接與國家各標準網站鏈接,便于學生和教師及時查看最新的標準與規范,以更好地服務于教學;為加強理論知識與實際工程的聯系,網站還設置了工程實例專區,有各種工程實例供學生隨時了解查看,既擴大了學生的視野,也使其體會到肩上責任的重大,增強了工程意識、責任意識與創新意識.此外,為加深學生對課程內容的掌握,網站中還搜集了各種參考教材、科技文獻目錄及相關網站資料;并設置了試題庫專欄,有大量的習題供學生練習;為加強學生與教師的溝通,還設置了交流欄,使教師能及時了解學生的學習動態.總之,應充分利用網絡平臺給課程提供的強大支持,使課程的知識體系延伸,加強課堂教學效果,實現優質教學資源共享.
2.2.4教材建設
精品課程的建設,是許多項課程建設的糅合,精品教材建設是其中一項重要的內容.目前,土木工程材料教材的版本很多,選用合適的教材有利于促進學生的學習,對于推進教學改革,取得預期的教學效果至關重要.在選擇教材時,首先要看其課程體系能否反映先進的教學思想,體現教改的意圖,教材不能僅僅是基本原理、基本技能的介紹,而應該有課程建設的創新點出現.如:為加強實踐性教學,教材應體現與工程實際緊密結合,做到理論聯系實際;教材內容應能反映學科前沿成果,并不斷更新;教材應具有鮮明的特色,要與學生能力、素質的培養和創新教育的教學方法相吻合.課程組經過多年持續深入的課程建設與改革,通過對不同專業教學內容進行分解、組合及深化,編制出版了一套適合本校學生的具有專業特色的教材,并包括配套的多媒體課件、實驗指導書及相關的習題指導書等.由于擁有一套比較完善的、立體化先進教材,從而保障了培養卓越工程師教學的基本需要.這套教材的編寫也體現了課程組教師的學術思想、學術風格和教學水平,使精品課程建設上了一個新臺階.
3結語
收稿日期:2012-11-15
作者簡介:肖明葵(1952-),女,重慶大學城市科技學院教授,博士,主要從事結構工程、力學研究,(E-mail).cn。
摘要:從應用型本科人才培養目標出發,考慮生源實際情況,結合《高等學校土木工程本科指導性專業規范》中對力學系列課程知識點的需求,提出了獨立學院土木工程專業基礎力學課程及教材建設的意義和方法,建議在教學中加入工程力學應用方面的具體內容,為培養應用型人才提供更好的課程平臺。
關鍵詞:基礎力學;課程建設;教材建設;獨立學院;土木工程專業
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2013)03-0055-03 一、獨立學院辦學定位及特色專業建設需求
獨立學院是由國家機構以外的社會組織或個人出資舉辦的本科學歷教育高等學校。自2008年教育部關于《獨立學院設置與管理辦法》[1]出臺以后,獨立學院發展迅速,規模效應已經形成。獨立學院辦學主要定位于應用型本科人才的培養,專業設置以市場為導向,服務地方經濟。因此,在西部大開發的形勢下,重慶大學城市科技學院土木工程專業成為學院的特色專業之一,為地方建設培養亟需的應用型專業人才。
土木工程專業學習的重要基礎課程是力學課程,力學課程是學習后續專業課程的基礎,也是學生今后參加建設工作必須掌握的專業基礎知識。學生無論就業于設計單位還是施工單位,力學知識必不可少,即使是在施工單位,也會碰到諸如塔吊或腳手架的強度和穩定性、模板強度等施工力學問題。因此,獨立學院土木工程專業中,基礎力學課程是基礎課程建設的重點。
二、獨立學院基礎力學課程建設和教材建設現狀
課程建設水平高低直接影響學校教育教學質量,課程建設的重點是教學內容改革、教材建設和師資隊伍建設,其中,教材建設是重點之一。獨立學院依托于母體學校,實行相對獨立的運作模式,資源共享。大多數獨立學院在依托母體學校辦學的過程中,課程建設基本應用母體學校的建設成果,即課程設置和教材使用等都與母體學校基本一致,這是獨立學院課程建設和教材建設的一大弊端。目前獨立學院招收的學生入學成績等狀況不如母體學校,培養定位也與母體學校有較大差別,屬于培養應用型本科層次。土木工程專業的學生就業方向基本是到基層建設單位從事施工、監理等技術工作。而能夠舉辦獨立學院的母體學校大多是211、985學校,屬于研究型學校,同類課程所用教材對于獨立學院的學生來說,理論教學內容偏多偏難,實踐性嚴重不足,針對性不強,對培養應用型人才的教學也極為不利。獨立學院的培養方向又有別于高職高專,屬于本科層次,不應定位在僅僅培養動手操作的能力層面。因此,針對獨立學院本科學生的課程和教材改革,已經提到議事日程。
三、獨立學院基礎力學課程建設和教材編寫定位
課程建設和教材編寫定位應符合學院的培養目標。獨立學院的培養目標是服務地方、服務基層,培養為地方經濟服務的應用型人才。一般而言,課程內容設置和教材內容改革應該針對學院的培養目標,保證夠用、適用、好用。
力學課程對于工科學生,特別是土木工程專業的學生,是很重要的專業基礎課程。土木工程專業的學生在大學期間學習的力學課程有理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、土力學、彈性力學等。基礎力學課程則包括理論力學和材料力學課程。因此,文章的討論主要針對理論力學和材料力學這兩門基礎力學的課程內容改革和教材編寫定位進行討論。
理論力學[2]和材料力學[3]是土木工程專業學生必修的基礎力學課程,通過課程的學習,構筑工程技術力學知識基礎,建立物體運動與受力狀態的關系,掌握質點、質點系和剛體的平衡,機械運動及動力學問題的基本規律及其研究方法,使學生明確桿件強度、剛度和穩定性問題的基本概念,掌握構件的基本變形及其應力應變的求解方法。通過力學課程的學習,使學生掌握相應的理論知識,并具有比較熟練的力學計算能力,培養學生的力學素質和定性、定量分析能力,以及分析解決某些實際工程問題中的力學問題能力。通過力學實驗課程,掌握測定金屬材料性質的基本知識、基本技能和基本方法,了解實驗應力的基本概念并初步掌握驗證材料力學理論公式的方法,培養學生初步的實驗能力,為學生學習相關專業課程及進行結構設計奠定良好基礎。通過力學課程的學習,為一系列后續專業課程,如鋼筋混凝土結構、鋼結構、建筑施工等課程打下必要的基礎,也可為學生在今后工作中解決所碰到的力學問題提供理論依據。因此,獨立學院的學生,必須掌握基礎力學的基本知識和基本概念。
2010年,土木工程專業指導委員會就土木工程專業中各知識點的需求和各個知識點的學時建議,頒布了《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[4],對力學系列課程知識點的需求提出了指導性的意見。但是,該規范所給出的只是對本科院校土木工程專業所需知識點的最低需求,并沒有明確各類高校的最低知識點的理論深度及其應用要求。
遵照規范建議,結合獨立學院的教學實際,基礎力學課程建設和教材建設的定位應為“緊扣最新規范,體現區域特色,強調工程實踐,服務人才培養”。在課程建設和教材建設中,教學內容的設置和教材內容的改革都應該符合規范中對各門課程的基本要求,緊密結合獨立學院應用型人才培養目標,理論上高于高職學院,實踐上強于重點本科母體學校。力學課程教學內容和教材內容應在保證理論知識體系的基礎上,加入力學知識在實際中應用的工程實例,以便學生在掌握力學理論課程的同時,了解力學在工程中的實際應用,同時培養學生應用力學知識和原理解決工程實際中的力學問題的能力,以使學生在今后專業課程學習和工作中,力學知識夠用,并且會用。在教學內容設置和教材內容的改革中,還應該加入最新科技發展的新知識,以培養學生的創新能力。
四、基礎力學課程內容和教材編寫內容選取
按照《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[3]中對力學系列課程知識點的需求,筆者認為獨立學院基礎力學課程內容和教材內容的設置應該滿足規范中的最低要求,各知識點有所側重,并在各知識點的理論介紹后,加入大量力學在工程中的應用實例。由于具體的各個知識點在《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[3] 中已經列出,筆者只討論基礎力學課程各個知識點理論的基本講解深度和工程實際問題在基礎力學教學中的應用。
在理論力學課程中,靜力學部分應為課程的重點,理論上由淺入深、循序漸進,課程設置在講解力學基本原理和基本概念之后,由平面力系到空間力系進行分析,理論上重視力學基本原理和基本概念、力系的簡化和平衡理論。在平面力系的簡化和平衡分析中,加入預制板、梁、柱子等預制構件吊裝時的吊點位置,起重機的傾覆穩定性問題,腳手架的靜力平衡問題,以及多跨梁、剛架、桁架等多種結構的平衡問題,約束反力的求解等工程實際力學分析問題。這部分需要學生透徹掌握相關理論,熟悉各種結構,包括物體系統的約束反力分析和計算,以便為后續的材料力學課程和結構力學課程學習奠定一定的基礎。
材料力學課程重點為5種基本變形概念,內力和變形分析,強度、剛度和壓桿穩定理論。要求學生熟練掌握基本變形和內力的分析與求解,在此基礎上,再針對理論力學課程中所涉及的相同工程問題,討論起吊構件的內力和變形條件,構件截面上的最大彎矩最小時,相應的變形最小,考慮吊裝時構件的材料特征,以便安全起吊。在討論壓桿穩定問題時,結合起重機械如塔機的桿件穩定性問題分析,討論塔機在達到其自由高度繼續向上頂升接高時,如何增強其穩定系數保持起重能力,避免失穩,以及塔機構件的壓桿穩定等工程實際問題。在講解內力和變形的基本概念后,加入多跨梁、剛架、桁架等具體工程問題的內力和變形分析。在講解強度理論后,分析上述工程實例的強度問題。所有這些實際工程問題以例題和習題的形式加入教材中,使學生在學習理論的同時,學會理論知識在工程中的應用。
由于現代科技的發展和對結構抵御地震、風災能力的重視,理論力學的運動學和動力學部分的基本內容的掌握也是必須的。即使獨立學院學生今后主要從事工程一線的工作, 也會在建筑機械的使用中碰到建筑機械的力學問題;因此,運動學和動力學部分的教學內容和教材內容,保留《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[4]中對這部分知識點的最低要求,針對學生特點,在復合運動速度和加速度合成定理的推導中,采用物理意義更為明確、直觀的幾何法進行推導,與985、211大學在這門課程教學中采用解析法推導相區別,避免了復雜的數學推導。在動力學中,重點為三大普適定理及其綜合應用,以及達朗貝爾原理的掌握。
隨著經濟和科技水平的迅猛發展,土木工程建設也迎來了發展的好時期和好機遇, 結構形式越來越復雜,施工方法和技術也越加先進。北京奧運場館、浦東國際機場、上海金茂大廈、國家大劇院、深圳帝王大廈,美國的亞特蘭大索穹頂、英國的千年穹頂和石油大廈、澳大利亞的天空穹頂等建筑,無一不體現結構的復雜性和施工的難度。結構每一階段的施工過程,都伴隨著邊界約束的變化、構件的增刪、溫度的變化以及預應力結構的預應力動態施加等變化。施工中的滑輪力學和拆撐時的力學分析問題,都需要現場工程師去面對。因此,在基礎力學的基本理論和實際工程應用學習的基礎上,加入滑輪力學、施工過程的時變力學、施工過程中的應力應變監測等最新施工力學分析成果的介紹,有助于培養學生的創新能力和今后處理實際工程中復雜問題的能力。
五、結語
獨立學院土木工程專業基礎力學的課程建設和教材建設有別于母體學校和高職高專學校,從培養應用型本科人才的培養目標出發,考慮生源實際情況,結合《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[3]中對力學系列課程知識點的需求,對獨立學院土木工程專業基礎力學課程及教材建設提出建議,倡導在教學內容和教材中加入工程應用方面的力學知識,為培養應用型人才提供更好的課程平臺。
參考文獻:
[1] 教育部令第26號.獨立學院設置與管理辦法[Z].2008.
[2] 肖明葵.理論力學[M].北京:機械工業出版社,2007.
[3] 劉德華.材料力學[M].重慶:重慶大學出版社,2010.
[4] 土木工程專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.
Course and textbook construction of mechanics and materials strength for
civil engineering in independent colleges
XIAO Mingkui, REN Xiaoqin, XIANG Juan, ZOU Zhaowen
(City College of Science and Technology, Chongqing University, Chongqing 402160, P. R. China)
總體上講,當前土木工程專業課程設計實踐教學效果不佳:學生的積極性、主動性不夠,課程實踐性不強,提交成果存在思路不清、重點缺乏以及脫離實際的問題,創新思維沒有得到體現。具體包括以下方面的問題:
(1)選題方面:課程設計題目雖然來源于實際工程,但多是對工程問題的模擬、簡化,與實際情況相差甚遠;部分原始設計數據陳舊并沿用多年,不僅與本專業前沿理論缺少聯系,沒有體現學科最新的理論和技術,更不能滿足學生設計成果多樣化的要求。
(2)教學方面:沿用傳統的課堂模式,即由老師講解設計步驟、重難點,學生參考相關設計規范和標準,完成設計任務。這種教學模式,教師仍然是教學過程的主體,學生處于被動接受狀態,自主性沒有體現;同時課堂教學難免出現重理論、輕實踐的傾向,有閉門造車之嫌。
(3)教學指導方面:指導資料有限,一般只提供相關參考書目,包含基本設計要求的指導書;師生之間缺少交流渠道,僅僅是通過固定時間的答疑,學生的問題得不到及時答復。所以導致教師對學生的指導不足,學生難以找到切入點,造成學習上的盲目性,在時間有限的情況下,勢必會影響到設計結果。
(4)成績評定方面:缺少平時的考核環節,教師不了解學生完成課程設計的過程,最終只是通過設計成果評定學生成績,導致考核分數不客觀、不科學;同時,學生設計成果中存在的問題,不能及時回饋給學生。上述存在的問題,不僅影響到課程設計的教學效果,很難激發學生學習的主動性、積極性,更無益于學生分析問題、解決問題能力的培養。
二、土木工程專業課程設計的改革思路
土木工程課程設計環節的問題在教學過程中普遍存在,并且已經引起了高校教師的極大關注,包括眾多一線教師在內的相關專家學者對此展開研究,并采取了不同的實踐教學方法,促進課程設計教學效果的提高。文獻針對混凝土結構課程設計存在的問題,提出設計內容多樣化,設計要求實際化以及加強教師對學生的指導、改革考核方式等方法來促進課程設計的教學效果;文獻針對土木工程課程設計中存在的問題,提出改革指導模式,成立指導與答辯小組,實行課程設計答辯的模式。文獻提出將“混凝土結構原理”“混凝土結構設計”“房屋建筑學”“建筑結構抗震設計”的四個課程設計整合為完整的建筑和結構設計過程,形成連續的整體;文獻提出將土木工程專業課程設計實踐進行整合,將各個相對獨立的子課程設計按專業培養目標系統化,整合為一個有總體規劃的總課程設計,按總目標,分階段執行;文獻提出將“房屋建筑學”、“鋼筋混凝土”、“鋼結構”、“建筑施工”、“工程概預算”等課程設計以工程設計為主線進行系統化整合,依據建筑-結構-施工組織-施工圖預算工程設計順序,把不同科目的課程設計連貫起來,分階段實行。由上述可知,目前關于土木工程課程設計的改革體現在兩個方面:其一是加強土木工程課程設計的選題、指導及成果要求,包括課程設計題目工程化、任務多樣化、指導實際化、成果驗收嚴格化,實現“真槍實彈”做課程設計;其二是通過課程設計整合,將分散的課程設計按照時間上、內容上先后組織起來,形成課程設計系統體系,在總體目標的基礎上,分階段、分目標完成。
三、課程設計網站的提出及主體思想
針對多年指導學生課程設計中發現的問題以及相關經驗積累,并結合當前先進的教育理念和信息化網絡化發展的趨勢,提出構建課程設計網站的思想。課程設計網站的出發點基于以下三個方面:
(1)土木工程課程設計存在諸多問題,影響力學生的積極性、削弱了教學效果;
(2)隨著網絡化、信息化迅速發展,教師和學生可以不受時間、空間的限制方便的訪問網站;
(3)構建課程設計網站,實現指導學生課程設計的一系列流程。
相對于傳統的課程設計教學實踐過程,該網站組織結構具有以下特點:
(1)按照學生認知過程進行結構設計,實現了學生自主學習的主體地位,更體現了以人為本的思想;同時,該網站具有完成課程設計的一系列流程的功能,包括:知識預習、檢測,設計任務分配,課程設計指導,師生交流,成果提交,教師批閱,簡化一系列相關流程;
(2)利用網絡化、信息化的優點,充分利用網絡資源;采用多媒體技術,探索適合土木工程專業直觀、生動、形象、高效的新型教學模式,營造出數字化教學環境,進一步拓展教學陣地,使教學活動突破時間和空間上的限制。
四、結論
本文在初步探討土木工程專業課程設計實踐環節存在問題的基礎上,結合相關專家學者的研究實踐,提出構建適合土木工程專業的課程設計網站,對土木工程人才實踐培養環節進行探索改進,得出以下結論:
(1)當前土木工程專業課程設計環節存在思路不清、重點缺乏以及脫離實際的問題,并且這一問題在實踐教學中普遍存在,嚴重削弱了其實踐教學效果;
(2)土木工程課程設計更多的是強調為課程服務的功能,其定位不明確,缺乏系統的理論指導,沒有形成獨立的、反映工程實踐教學自身規律的教學體系;所以,有必要加強課程設計系統性實踐理論的研究,真正實現其實踐教學目的;