基于工学结合的建筑力学课程教学改革的探索

[摘 要] 根据高职院校培养应用型技术人才的需求，对建筑力学课程教学进行了改革，注重理论联系工程实践和理论在工程实践中的应用。着重探讨了实训项目在力学教学中的应用。通过实训项目，培养学生的动手能力和团队协作能力，提高学生学习力学课程的兴趣，以取得较好的教学效果，顺应职业教育的培养目标。

[关 键 词] 工学结合；建筑力学；课程改革

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）28-0156-02

一、课程特点分析

建筑力学课程是高职院校土建类专业的基础课程之一，是一门涉及理论力学、材料力学、结构力学等多学科知识的综合课程，力学课程主要研究工程结构中普遍存在的受力与变形规律。学好力学课程有助于今后专业课程的学习，并且为今后从事土建类施工、设计工作奠定良好的知识基础。力学课程的特点是公式多、数学推导多、概念相对抽象。力学课程对学生的数理知识水平有一定的要求，需要学生有积极的学习状态。

传统的力学教学是先对学生加强数学的基础学习，然后在力学教学过程中注重理论分析和运算能力的培养。这种教学思路偏离了力学课程的应用性、实践性的特点，对数学基础相对薄弱的高职院校学生而言，其结果是使学生丧失了对力学课程的学习兴趣，进而又影响到后续专业课的学习。因此，应正确把握力学课程的实用性特点，即在解决工程中的具体问题而不是在做力学公式的推导和解题计算。

二、教学改革思路

鉴于力学课程是一门系统性很强的课程，而传统的教学往往侧重于基本理论的讲解，通过大量的练习题来加深记忆，这种以抽象理论推导和计算为主的课程，使学生感到很枯燥。

近年来，由于高职院校着重培养高素质技能型人才，加大了专业实训课程的课时比例，相应减少了力学等基础课程的学时，如何在较少的学时内完成教学任务及保证教学效果和质量，需要在力学课程的教学过程中大力推行教学改革，进一步完善力学课程的課程建设。采取符合高职学生学习心理特征和认知特点的教学方式进行改革，是应对学生现状最为有效的方法。按照职业教育学的基本理论对力学教学进行改革，突破原有的理论体系框架，将专业基础课程内容与专业课程结合起来，将理论知识与工程实践结合起来。

三、加强实训环节

根据力学课程教学内容，在课程的教学中引入实训项目以培养学生的动手能力、团队协作能力，增强学生的自主参与度，提高学生学习力学课程的兴趣，达到实现力学课程教学目的。

实践证明，在课程中增设实训模块，可以有效地帮助学生把理论知识转化实践项目再深化为理论知识，加强理解和巩固课堂教学内容。实训项目是力学课程教学的运作形式之一，如何合理设置实训项目关系到力学课程教学的成败。开展实训项目时，需要重视课程之间的衔接，并且考虑与专业课程的融合。作为教师，必须熟悉教学内容和在工程中的应用，合理设置实训项目，创设逼真的实践情境，使学生在实践中加强对理论知识的理解。

实训项目实施步骤：

1.确定项目任务

教师依据教学目标与内容，提出项目任务。

2.项目实施

以整个班级为单位分成若干小组，以小组为单位展开讨论，制定初步方案，通过计算论证方案的合理性，修改方案，共同完成工作项目。

3.项目的评价

项目完成之后，由学生进行检查，同时由教师指出问题所在。最后通过学生自我评价、小组评价、教师评价的方式，让学生展示成果、分享心得。通过教师的点评，获取经验、技巧。

通过实训项目的开展，学生可以充分理解力学课程教学内容，做到理论学习与实际践行并重，在实训项目中充分运用所学的内容及方法，以达到加深记忆、灵活应用的目的，为今后的学习打下坚实的基础。

四、实训项目教学法在力学课程中的具体实施

在力学课程中引入实训项目，所涉及的项目应该包括项目教学目标、项目任务、项目实施、项目评价标准等基本内容。下面以桁架结构建模、加载项目为例说明。

（一）实训项目工程背景分析

桁架结构主要应用于房屋和工业厂房中的屋架、大跨度的铁路和公路桥梁、塔式起重机的塔架、建筑施工中的支架等。本实训项目——桁架结构建模及加载实验，通过此实验，学生可了解不同形式桁架结构的承载能力及其破坏形态，为工程设计提供一定的理论依据。

目前，因支架的设计问题导致的人身伤亡事故并不鲜见，很多施工单位仅凭经验就来指导支架的施工。本实训项目具有很强的实用性，从设计、验算、加载验证，全面应用所学的理论知识，结合有限元软件进行验证，最后通过具体的加载实验验证理论计算的结果，可以很好地服务于施工一线。

（二）项目教学目标

本实训项目的教学目标是：从力学角度认识桁架的几何组成及设计方法，学会桁架的力学验算，在理解手算原理的基础上利用有限元软件进行辅助计算作为对手算的校核与验证，最后用实际加载实验的结果验证桁架的最大承受载荷。本实训项目集理论、设计、制作、实验于一体，有效结合力学课程中桁架结构的知识要点，培养学生的动手能力、团队合作精神及分析问题、解决问题的能力。

（三）项目方案设计及实施

教学过程以实训项目开展为主线，完成具体的工作任务为重点，具体内容如下：

1.桁架结构认识

桁架是建筑结构中常见的形式之一，具有鲜明的特点。在力学课程中，桁架结构也是重要的知识点，学生需要完全掌握桁架结构内力的计算方法。

在学习，桁架知识点的基础上，组织学生参观厂房、工地塔吊等，现场了解桁架的结构形式，了解桁架结构节点连接方式等，增加感性认识，使学生对桁架结构有直观认识。教师通过讲授桁架结构知识，引导学生进行思考和讨论，使学生能够了解桁架的不同结构形式，为项目的方案设计做准备。

2.桁架设计

学生根据参观的结果，分组进行桁架结构的设计。结构形式由各组学生自行商量决定，比如采用三角形桁架、梯形桁架、平行四边形桁架等，也可充分发挥学生的想象力进行创新设计，教师在这一过程中进行指导。确定了桁架的结构形式，之后学生需要绘制出设计草图，为桁架载荷分析验算奠定基础。教师负责对学生的设计草图进行审核。

桁架设计需要综合应用画法几何、立体作图的基础能力，需要有较强的空间想象能力及创新性思维，对学生综合能力是一种锻炼。

3.桁架内力分析

根据桁架设计图，结合课堂学习内容，运用静定结构内力分析方法，在教师的指导下，学生对各自组的桁架结构设计进行内力计算。

内力分析重点在于对课堂理论算法的深入理解和实际应用，需要学生有较强的理论分析及计算能力，在充分理解课堂教学内容的基础上结合实际进行应用。

4.有限元计算

有限元计算软件在工程中早已大量运用，学生尽早接触有限元计算对今后的工作大有裨益。结合桁架的设计，利用大型有限元计算软件ANSYS，教师指导学生利用ANSYS进行建模及计算，将计算结果与手算结果进行对比验证。通过有限元计算，一方面让学生可以接触到有限元软件的使用方法、建模及计算的过程，另一方面也可以使学生接触到最新的科技成果。

有限元计算重点在熟悉有限元软件、建模过程及计算分析，需要学生具备一定的自学能力，同时也可以培养学生对现代商用软件的兴趣，为今后工作中商用软件的应用打下良好的基础。

5.桁架制作

根据桁架设计图，学生开始制作桁架。桁架制作采用1cm见方的木条（标准材料，长度1.2m），节点处采用钉接的形式。桁架制作完成后，需要检查整体结构的牢固度、连接节点的牢固度，教师需要指导学生进行相关的检查。

桁架制作过程不但考查学生的动手能力、读图能力，而且也可以考查学生的团队合作精神。

6.加载实验

桁架制作完成后，需要进行加载破坏实验，桁架以简支方式支承（跨距相同），载荷以下挂的方式加载，以破坏载荷与桁架自重比最大的组别为获胜方。加载实验以标准砝码作为载荷。桁架在加载前先称重。加载实验要求学生团结合作，由教师进行监督，以保证加载过程的安全。

加载实验主要考查学生的实际动手能力、团队合作情况、危险因素辨识等能力，同时，通过加载实验考核桁架设计的合理性，分析不同形式桁架结构的受力性能。

加载实验结束后，对获胜团队进行奖励，同时请获胜团队分享设计心得，教师需要对各团队的成果进行点评。

至此，整个实训项目圆满结束。

（四）教学评价

教学评价围绕教学目标进行，在力学课程中引入实训项目可以充分调动学生参与的热情，提高学生在力学课程学习上的自主性，从而达到优化力学课程教学的目的。本实训项目的教学成果主要有：桁架设计图、载荷计算书、有限元计算结果、桁架实物、加载破坏结果。同时，在整个实训项目开展的不同阶段，可以邀请系里的专业教师对学生各阶段完成情况进行点评，最终评选出最佳团队，以提高项目教学的效果。

五、结语

在高职学院力学课程中引入实训项目，将课程中的理论知识与工程实践有机地结合起来，实现“理论教学—软件应用—动手操作”的教学模式，既有助于学生更好地理解力学原理，又促进学生将课堂所学知识运用到实际中，提高学生对力学课程的学习兴趣，使力学课程教学中不再都是枯燥乏味的理论学习。同时，实训项目的引入也有助于学生理解和构建本课程知识技能体系，也为后续专业课程的开展奠定良好的基础，以实现高职院校人才培养目标。

参考文献：

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