力学课程中工程案例教学论文

关键词： 课程

力学课程中工程案例教学论文 篇1：

就业需求驱动的高校结构力学课程模块化教学方法研究

摘 要：本文以土木工程、水利水电工程专业学生为研究对象，将模块化思想引入结构力学课程教学与学习中，针对学生就业需求，将结构力学教学划分为课程信息模块、课程内容模块、课程资源模块和课程互动模块四大块。通过模块划分，充分调动我校学生的学习积极性及就业导向性，为培养就业导向下的合格学生提供了借鉴，为我校创建双一流学科奠定了坚实的基础。

关键词：模块化教学;结构力学;就业需求

一、背景

结构力学是高等院校水利工程、土木工程等工科专业的重要专业基础课程，主要针对结构的几何组成规律、结构内力特性、移动荷载下内力分布、结构位移计算、超静定结构内力计算及结构动力学计算等进行分析。该课程可培养本科生进行结构设计及计算的基本能力，为后续相关专业课程学习打下坚实的基础。

由于结构力学课程内容多、范围广、课时少，加之学生的就业竞争压力日趋激烈，结构力学课程现有的教学方法已不能适应社会多元化的就业需求。学生本科毕业后，可选择的渠道越來越多，如施工单位、勘查设计单位、甲方单位、监理单位、考公务员及事业单位、跨学科就业等。现有教学的模式并没有以学生的就业需求为导向，无法提供满足学生就业需求的个性化教学。因此，站在经济社会发展需要的高度，立足于学生的择业需求，认识和把握专业基础课程教学改革的必然性、重要性和紧迫性，开展结构力学课程的教学方法改革是高校教学改革的趋势。

二、结构力学教学研究现状

国内众多高校在结构力学课程改革方面做出了有益的探索。哈尔滨工业大学针对累加式考核模式存在的问题进行探讨，提出改进考核模式的措施，提升了结构力学课程的教学质量，构建与时俱进的教学考核模式[1]。同济大学为解决现有教学实验存在的问题，让学生更好地理解力学概念，将DIC全场应变测量系统运用于力学实验教学中，以代替传统的应变片和位移计测量。通过开展相关实验，验证结构力学可视化实验教学的可行性，进而探讨合适的结构力学教学实验方案[2]。西南石油大学在教学中引入雨课堂，通过设计教学过程、充分考虑在线教学需求，完善整合教学内容，充实教学方法及手段，实践了基于雨课堂平台的混合式“线上线下结合”的教学模式，实现了“互联网+教育”[3]。华北电力大学以大学生学为中心，基于移动互联网背景，提出了一种线上和线下相结合的混合式教学模式，激发了学生学习结构力学的兴趣。此外，在结构力学课程教学过程中课题组教师还融入了思政教育，将思政教育与工程实践相结合，进一步培养学生的爱国情怀[4]。

模块化思想最早起源于制造业，后被引入服务领域[56]。模块化是一种将复杂事物进行分析的方法，可以将问题进行分解、简化，从而便于寻求子问题的解，最后综合得出结论。在高校专业基础课程教学改革方面的应用中，采用模块化理论进行分析的研究甚少。本课题以我校土木工程、水利水电工程专业学生为研究对象，将模块化思想引入结构力学课程教学与学习中，针对学生就业需求，将结构力学教学划分为课程信息模块、课程内容模块、课程资源模块和课程互动模块四大块。通过模块划分，充分调动我校学生的学习积极性及就业导向性，为培养就业导向下的合格学生提供了借鉴，为我校创建双一流学科奠定了坚实的基础。

三、教学体系

就业需求驱动的结构力学课程的模块化教学体系主要包含课程信息模块、课程内容模块、课程资源模块和课程互动模块。四个模块互相支撑，共同组成结构力学课程的模块化教学体系。

课程信息模块包含课程概括、教学信息与学习指导三部分。课程概括包含结构力学课程的教学目的、教学背景及教学方法等，可为工科学生提供对该课程的基本概念，使学生明白为何要上该课程、该课程应该如何上等。使学生拥有充足的动力进行该课程的学习，并使学生今早建立起对该课程的认识。教学信息包括教学内容、互动方法、教学设计等，通过教学内容使学生掌握结构力学课程的重难点，构建课程知识体系，搭建课程知识框架。通过互动方法使学生与教师充分互动，最大限度地调动学生的积极性，减少无效及低效的学习时间，改变传统教学模式。教学设计主要包含课堂教学、课后练习及考核方法的设计，通过课堂、课后及考核三位一体的教学及考核模式，搭建完善的教学设计体系。

课程内容模块包含理论力学、材料力学和结构力学三大部分。其中理论力学主要包含静力学、动力学和运动学三个基本板块，静力学侧重研究刚体的静力平衡问题，动力学侧重研究物体在动力荷载作用下的响应特性，运动学侧重研究刚体的机械运动特性。材料力学主要针对杆件等结构的内力状态（包括轴力、剪力、弯矩等）进行研究，分析材料的强度、刚度及稳定性问题。结构力学主要针对杆件体系进行研究，主要包括结构几何组成分析、内力分析、位移计算、力法及位移法求解超静定结构等。三大基础力学是层层递进、互相补充的。理论力学以平衡为基准，是各类力学的基础，材料力学以内力为对象，是从细部分析材料受力特性，结构力学以杆件体系为对象，从宏观上分析结构受力。

课程互动模块包含试验天地、在线测试及在线答疑三大部分。其中实验天地通过给出结构力学基本概念、原理、方法及相关力学现象的动态演示，结合结构力学中常规的试验设计（包括结构力学求解器、结构动力学试验等），帮助学生建立利用结构力学知识完成工程实际问题的思维模式。在线测试通过网络平台提供往年考核试卷、单元测试、外校考研真题、考研模拟试卷等，学生可通过在线测试，及时了解学习情况，掌握学习进度、分析与外校优秀学生差距并可针对性地展开复习。在线答疑通过在线网络服务（例如QQ群、微信群、钉钉群等），进行常见问题解答、考研咨询、课程辅导等，同时还提供讨论区，方便同学们进行在线交流，进而做到对所学知识的尽快掌握。

课程资源模块包含练习题库、学习网站和名师讲学三大部分。其中练习题库通过建立课程学习数据库并进行电子化来实现对已有题型的整合，摆脱现有教学中优秀习题流失严重、习题传播面狭窄等问题。练习题库的建立一方面可使教师的教学更加方便，另一方面也可为学生搭建一个更加高效的学习平台。学习网站包括自建网站、公共网站与外校网站，自建网站面向校内学生，将定期上传学习资料并提供学生学习交流与答疑的平台;公共网站为各大网络学习平台，鼓励学生积极主动从各学习平台上获取学习资料并在校内分享;外校网站主要指其他开设结构力学课程的高校所建立的学习平台与资源网站，通过资源整合及资料共享，使我校学生能够及时跟进优秀高校的学习进度及深度。

需要指出的是，模块化教学体系中课程信息模块、课程内容模块、课程资源模块和课程互动模块并非是各自独立的，而是相辅相成互持互助的。具体来说，课程信息模块从宏观上指导其他模块，为其他模块提供课程的学习目的、方法等，是其他各种模块的基础。课程内容模块是主干，通过内容的不同进行模块划分，一方面可方便学生学习，另一方面可为学生提供清晰的课程脉络，使学生明白各部分学习的前景。课程资源模块是课程内容模块的补充及拓展，课程内容模块侧重于从教材内容提供教学信息，而课程资源模块则是全方位、立体式的学习资源整合，涵盖了线下到线上的各类学习资源。课程互动模块侧重于从教学方法上整合各类资源，搭建教师讲解、实验操作、考核评估、问题反馈及师生互动的教学模式，将前述固化的各类模块资源灵活调动，进而达到最佳的学习效果。

四、教学方法

在三峡大学高教研究重点项目“就业需求驱动的基础力学模块化教学方法研究”资助下，以三峡大学实际情况出发，将模块化理论及思想引入结构力学教学中，进行系列教学改革。教学改革以就业需求为驱动，以水利水电行业为特色，以学生自身特色为两点，在教师与学生充分沟通的基础上，对结构力学课程进行模块划分，指定模块化的教学大纲及教学方法。主要包含如下内容：

（一）就业需求

为了解我校学生就业需求，对学习结构力学课程的水利水电工程和土木工程专业学生开展广泛的问卷调查。问卷共发放435份，回收421份，其中水利水电工程245份，土木工程176份。学生就业意向涵盖施工单位、勘查设计单位、甲方单位、监理单位、考公务员及事业单位、跨学科就业六大门类，问卷具体结果如下表所示。

可以发现，施工单位、勘查设计单位、甲方单位、监理单位、考公务员及事业单位、跨学科就业六大门类就业方向均有学生选择，这既体现了当前学生就业的灵活性，也说明了进行模块化教学改革的必要性。对水利水电工程专业来说，施工单位、设计单位、甲方、公务员及事业单位选择人数最多，共占93%。对土木工程专业来说，施工单位、设计单位、甲方、公务员及事业单位选择人数最多，共占90%。

两类专业中勘查设计单位选择人数均较多，可达三分之一以上。据此，在结构力学课程教学中需要重点阐述各类结构组成思想、设计原则、内力及稳定性计算等，以为学生日后从事该工作打下坚实的理论基础。甲方单位为选择人数第二的就业方向，这部分学生不需要精通各类计算，但须对结构设计基本理论有清洗的认知，因此在课程教学中应加强对结构设计思想的阐述。施工单位是选择人数第三的就业方向，因此在教学中应穿插讲解部分实际工程案例，并对实际工程结构进行简化计算，使学生能够将实际工程结构与理论知识结合起来，更加有效地实现对现有知识体系的理解及应用。

（二）课程内容

根据前述调查问卷结果，对结构力学课程进行模块划分，主要包含基础模块、核心模块和就业导向模块三大部分。基础模块主要是指结构力学课程中绪论、结构几何组成分析及结构内力的基本概念等内容;核心模块主要指课程中的内力计算及内力图绘制、结构位移计算、力法及位移法几部分;就业导向模块主要包括影响线、虚功原理、矩阵位移法及结构动力学计算部分。

基础模块部分是结构力学课程的学习基石，是各种就业方向均需努力学好的专业基础。通过该部分学习，掌握结构力学的基本概念、结构内力的基本计算方式以及结构的几何组成方式。该部分的熟练掌握，一方面可为后续学习内容奠定基础，另一方面也可使学生掌握该课程的基本脉络。同时，该部分的熟练掌握，对部分日后不从事施工及设计工作的学生依然具有重要的参考及借鉴价值。例如，熟练掌握结构几何组成分析方法，可使学生对常见结构是否静定及稳定具有初步的判断，对结构内力模式拥有一定的鉴别能力。

核心模块部分是结构力学课程的重中之重。内力图计算及内力计算部分包括常见的单跨梁、连续梁、桁架、刚架、拱及组合结构等，这几乎包含了工程中大部分常见结构，学习之后可对常见结构的内力特性具有较为清晰的认知，对常见荷载下结构的内力特点也具有较明确的理解。结构位移计算囊括了荷載、温度、制造误差、支座移动等常见情况下结构位移的计算方法，这对于日后拟从事设计及施工领域的学生至关重要，对拟从事监理和甲方单位的学生也具有重要的参考价值，可为日后定量及定性判断结构变形及位移规律提供强有力的知识保障。力法及位移法是超静定结构计算的两种常见方法，也是后续学习矩阵位移法的基础，这部分内容对日后拟从事设计及研究工作的学生至关重要，是结构力学学习中的重点及难点。

就业导向模块是具有鲜明就业特殊的课程内容模块。主要包括影响线、虚功原理、矩阵位移法及结构动力学计算部分。影响线部分重点学习移动荷载下结构内力变化规律;虚功原理理论性很强，是历年学习的难点，但该部分的学习可对后期知识的认知提供强有力的理论支撑;矩阵位移法对学生数学功底有较高要求，该部分是后期学习有限单元法的基础;结构动力计算重点阐述动力荷载下结构的振动及内力特性。影响线部分对从事施工、设计等行业的学生十分重要，一方面可使学生对施工中结构危险做定量分析，另一方面也可敦促学生进行更为合理的结构设计。虚功原理和矩阵位移法是拟在该行业深造的学生必须重点学习的知识点，对从事设计行业的学生也具有较重要参考意义。结构动力计算部分对从事施工、设计行业学生具有重要意义，对包括地震作用在内的动力荷载下结构动力特性研究非常重要，是该部分学生需掌握的内容。

（三）课程配套

课程配套主要包括课程资源及课程互动，其中课程资源模块包含练习题库、学习网站和名师讲学三大部分，课程互动模块包含试验天地、在线测试及在线答疑三大部分。课程配套是结构力学学习的重要保障，可有效缓解该课程难度大、较抽象等问题。在课程资源模块中，除常规基础及核心问题，可依据学生就业方向自主选择。例如，拟从事施工行业的学生可选择含施工方案的网站进行学习，从事设计行业的学生可自主学习各类等计算软件，从事监理行业的学生可侧重于国家标准及行业规范学习，从事甲方的学生可多了解工程管理方面的知识，拟进入事业单位和公务员的学生可侧重了解国家政策及相关法律法规等。

五、结语

本课题以我校土木工程、水利水电工程专业学生为研究对象，将模块化思想引入结构力学课程教学与学习中，针对学生就业需求，将结构力学教学划分为课程信息模块、课程内容模块、课程资源模块和课程互动模块四大块。通过模块划分，充分调动我校学生的学习积极性及就业导向性，为培养就业导向下的合格学生提供了借鉴，为我校创建双一流学科奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]李亮，吕娜，曹正罡.“结构力学”课程累加式考核模式探讨[J].教育教学论坛，2020（44）：1719.

[2]陈涛，孙凯，尹文良.可视化结构力学教学实验初探[J].高等建筑教育，2020，29（05）：133136.

[3]孟庆成，齐欣，李翠娟，江南，许浒.基于雨课堂的混合式教学在结构力学中的应用与探索[J].大学教育，2020（11）：6771.

[4]张新春，汪玉林.以学生学为中心的结构力学课程教学改革[J].大学教育，2021，01：7275.

[5]陈学武.模块化案例教学法在骨科教学中的应用思考[J].中国继续医学教育，2021，13（09）：912.

[6]雷静.1+X证书制度下物流管理专业模块化课程教学探析[J].投资与合作，2021（03）：141142.

基金项目：三峡大学2020年高教研究重点项目“就业需求驱动的基础力学模块化教学方法研究”（项目编号：GJ2006）

作者简介：崔先泽（1989— ），河南信阳人，博士，副教授，研究方向：水利工程、结构力学。

作者：崔先泽

力学课程中工程案例教学论文 篇2：

水力学课程教学模式的探索与改进

摘 要 根据水力学课程的内容与特点，首先确定教学主线，将基本理论和基本原理作为该课程的根本立足点，充分吸收社会经济和水利行业发展的最新成果，广泛收集工程案例，将其融入课程实践教学环节中；进一步结合学校人才培养模式和该课程特点，探讨水力学教学过程中如何把多学科知识交叉渗透到课堂理论教学环节中，如何将案例教学吸收和纳入实践教学环节中，改进实践教学手段，形成理论教学、案例教学与实践教学相结合的多种教学手段并存的教学模式。

关键词 水力学；实践教学；教学模式

宁夏大学己于2008年9月成为211工程院校中的一员，学校和每一位教师都将此作为一次殊荣而继续努力拼搏和奋斗，但与此同时对教师也提出新的更高的要求。怎样能够提高教学质量，增强教学效果，提高学生的综合素质和社会竞争力，已经成为摆在每一位教师面前的严峻课题。

水力学是一门专业基础课，理论性强，内容抽象。历届学生都反映这门课程难学、不易理解，因此，怎样从课程本身的性质和特点着手，变抽象为简单，提高学生学习的积极性和主动性，从根本上改变学生对这门课程的认识和理解，从而增强教学效果，是每一位从事水力学教学工作的教师应深思的问题。笔者有以下几方面的体会。

1 把握课程定位，理清课程特点，确立教学主线

教师在讲授任何一门课程之前，首先对整个课程的内容、定位以及课程特点都要有一个宏观和系统的把握与认识，了解课程各部分内容之间的相互联系，以便教学过程中将各部分内容融会贯通起来，并确立教学主线。

把握课程内容以及课程定位 水力学课程是研究水体静止和运动状态的运动规律及其应用的一门科学，因此，它的内容也就划分为三大块：水静力学、水动力学、各自在工程实践中的应用。各部分内容既相互独立又相互关联，尤其是水动力学部分的内容融入了许多水静力学的知识点。

水力学是宁夏大学土木与水利工程专业水利水电工程、农业水利工程、土木工程、交通工程等专业的一门重要的专业基础课程，有着承上启下的作用，是学好后续专业课的必备课程基础，在整个课程体系里占据着十分重要的地位。然而，目前从全国范围来讲，水力学课程面临共同的问题——学时压缩。宁夏大学水力学课程由原来的60多个学时减到30多个学时，这就对教师的教学方法与手段提出更高的要求：在对课程定位以及课程内容在宏观上有了明确的把握以后，要想在有限的学时内将课程重要的内容传授给学生，就迫切地需要教师对自己的教学方法与思路做出改进。

理清课程特点 在对整个课程内容以及定位有了宏观的认识和把握以后，就需要进一步理清课程的特点。笔者通过不断总结，认为水力学课程有四个显著特点。

1）知识面广。课程涉及高等数学、物理学、理论力学、材料力学等多学科知识点。

2）理论性强。课程中基本概念和基本公式多，在学习中需要对基本概念有清楚的了解，并且这些基本理论和知识都依赖于其他学科中的基本理论，尤其是三大方程涉及的三大定律，只有对每一章主要的计算公式和应用条件都熟练掌握以后，才有可能系统连贯地掌握整个课程的知识主线，更好地把握整个课程知识点。

3）实践应用性强。水力学课程中的三大方程、有压管道中的恒定流、明渠流等知识点与工程实际运用中的许多环节都结合得非常紧密，这就对该课程的实际应用提出较高的要求。

4）系统性强。课程每一章节的内容都是紧密相关的，前面章节的理论是后面章节推导和应用的理论依据，而后面章节的理论知识又验证着前面的理论，使得整个课程内容形成一个不可分割的有机整体。这就要求对水力学课程每一个环节的知识点都要掌握得十分扎实，才不会对后续章节的学习造成障碍，而后续章节的学习又是对前面知识点的复习和巩固。

确定课程教学主线 把握了水力学课程内容和课程定位，明确了课程特点以后，就需要教师据此确立自己的教学主线。水力学课程是宁夏大学水利水电专业、农田水利专业、交通工程专业、土木工程专业的一门必修课程，与高等数学、大学物理、化学等基础理论课程有所区别，是一门理论性、应用性、实践性很强的学科，同时也是学好后续专业课程的必备基础。因此，结合课程自身的特点，为适应教学需求，首先进行适度的教学内容整合、精简，以教学内容与工程实际应用的一致性、适度够用性为原则，将基本原理和基本理论作为教学的立足点，但要适当淡化公式推导，舍弃一些落后的试算法、图解法、验证实验，以及抽象难懂且占较少比例的理论知识，与此同时充分吸收社会经济和水利行业发展的最新成果，广泛收集工程案例，将其融入课程实践教学环节中，从而加强水工建筑物静水压力、管道水力计算、水流现象分析等应用性强的教学内容，使得教学环节与学生未来的工作领域结合更加紧密。

2 教学思路与方法

精心做好课前准备工作

1）广泛阅读各类参考教材。高校教师不能死盯着一本授课教材，一捧就是几十年，应广泛涉猎各类参考教材，看得多了，总会对某些知识点萌生一些新的启发，从而对授课内容进行必要的删除与补充。

2）要对上一年度该部分内容的讲授过程，学生的反应、作业情况进行回顾与必要的反思，对授课内容做出调整。

3）要对讲授内容做一明确定位，是属于理论性的还是应用性的？应当采取什么方法去讲授？

4）要精心设计教学方法与手段，将多媒体教学与板书进行有机结合[1]。

合理将多学科的知识渗透到课堂教学内容中 之前已经谈到水力学课程具有知识面广的特点，涉及高等数学、物理学、理论力学、材料力学等多学科知识点，当涉及其他课程的知识点时，授课前通常会要求学生对相应内容做必要的回顾和预习。如：水静力学中解析法求静水压力涉及理论力学中的静面矩和惯性矩定理；水动力学中三大方程涉及物理学中的质量守恒定律、能量守恒定律、动量定理，那么就要求学生对这三大方程的理论基础和在其他课程中的一些应用非常熟悉。因此，在讲授这部分内容之前就要提前告诉学生，并要求学生课后提前预习这些相应课程中的理论内容，达到能够说出定理内容并举出一个相应的应用实例的程度。同时，下次上课之前首先会通过抽查提问的方式帮助学生回顾和熟悉这些内容，将这些内容讲透吃透后，再开始新的教学内容。采用这样的方法和手段就不会造成其他学科内容成为该门课程学习的障碍[2]。

巧妙处理重点、难点内容，化难为易 对于水力学课程教学中的重点及难点内容，教师不能只是一味地强调它如何重要，一定要掌握，而是要想办法化难为易。如在讲授水静力学部分内容时涉及真空的概念，这一概念是静力学的重点内容，因为它影响到后续章节中虹吸管和水泵应用的学习，并且这一概念在日常生活和工程实践中应用也很广泛，但概念却比较抽象，每届学生刚接触时都反映这个概念难以理解。此时通过讲解后，只要求学生从字面上记住并对这个概念有一个初步的感性认识，不理解没关系。在讲授虹吸管和水泵的应用时再次涉及真空的概念，并且此时是和工程实践结合起来讲解这一概念，学生往往对这一内容都非常感兴趣，带着兴趣去学习这一内容。

此时面对这个重难点问题，讲授前要求学生从日常生活及生产实际中找出虹吸管及真空现象实例，授课时由学生举出虹吸管及真空现象实例并分析其原理，然后教师引导学生进一步分析真空变化与压强大小及测压管液面之间的关系。这样一种方式使得课堂气氛十分活跃，学生在不知不觉中已掌握了这一重点、难点内容[3]。

将案例教学引入课程教学中 水力学课程作为一门应用性极强的专业基础课程，在其课堂授课中非常有必要引入工程实例教学法，通过教师讲授与工程实例演示激发学生的学习兴趣、改善学生的学习效果。

考虑到当前水力学课程课时少的现实情况，为适应该教学模式，首先进行适度的教学内容整合、精简。根据课程内容，通过对实际工作任务分析，将整合后的授课内容整体划分成几个不同的教学模块和相应的学习任务。进一步收集工程案例，案例收集过程中工程实例的真实性是十分重要的，一般来说工程现场或科研实践活动中的实际问题让学生有身临其境的感觉，更能激发学生的学习兴趣和求知欲望。主要通过以下途径收集工程案例：1）通过与往届毕业学生的沟通搜集工程实例；2）通过科研工作过程积累工程实例；3）通过实习过程搜集工程实例。然后将收集到的工程案例巧妙地融入教学环节中。

在各模块及任务学习时，针对学习任务，引入典型工程案例，教师首先介绍案例基本背景和应用，提出问题，让学生认识到这一模块的学习能够解决什么工程实际问题；带着问题，结合案例进行有关理论知识点的讲解；学生在教师讲解基础上进行基本知识练习；掌握了相关的基本理论知识后，再次引入经典案例，引导学生分组进行案例分析讨论，教师作总结评价；最后进一步引导学生进行案例水力计算与设计，并将其中一案例作为一次模块学习任务结束后的大型作业，作为课程效果评价的主要依据[3]。

自学与课堂讨论相结合 根据水力学课程的特点和学时所限，讨论课仅能占总学时很少的一部分，这样就要求教师授课前认真考虑和挑选课堂自学和讨论的内容。针对水力学课程的内容体系以及特点，将有压管道恒定流水力计算这一章作为学生自学与课堂讨论的内容。因为这一章内容恰好是水动力学基本理论——三大方程讲述完毕之后水力学能量方程具体应用的一章内容，从研究的内容及范围来看，这类问题与日常生活密切相关，且学生已经对能量方程理论及应用有一定的认识，较为适合采用自学与课堂讨论相结合。要求学生事先做好这一章内容的教学课件，课堂上随机抽取学生讲授一部分内容，再由教师做必要的补充讲解，这样做既加强了学生学习的主动性，也加深了学生对能量方程应用的认识，同时又达到节省课时的目的[4-5]。

通过补充综合性例题，将知识点系统化 水力学的一大特点就是系统性强，课程每一章节的内容都是紧密相关的，而目前水力学教材中的习题、例题大多数是围绕单独章节内容而设置的，缺乏系统性。学生常反映水力学千头万绪，知识点多，而事实上水力学课程中众多知识点都可以进行整合、串联。针对这种情况，在课堂教学中针对每一章节内容，讲解之前都要理出一条内容主线，层次分明，标明知识点和知识点之间的关联性，这样学生学习起来脑海里就不至于是一锅粥了，并且每一内容的学习目的性也很明确。课后进一步要求学生根据自己的理解写出这一章的学习总结，并且作为一次作业计入平时成绩，打好每一章节内容的学习基础。

教师根据教学内容的相互联系，进一步总结各章节之间的相互关联性和差别性，帮助学生理清整个课程的学习思路，并通过补充综合性例题来体现各章节之间的联系。如第二章水动力学基本理论、第三章水头损失这两章内容之间有很强的内在联系，就将这两章内容放在一起给学生进行课堂总结，同时补充1～2道有代表性的综合例题。学生便能将这两章内容有机地联贯起来，变零散的知识点为有序有机的整体，学习起来也就轻松了很多。

3 实践教学条件和环境的改进

2005年以来在宁夏大学北校区建了新的水力学实验大厅，实验教学设备全部得到更新，目前水力学实验室已有实验类和演示类两个系列共12种国内最先进的教学实验仪器，主要有水静力学实验仪1台、能量方程实验仪1台、毕托管测速实验仪1台、动量方程实验仪1台、雷诺实验仪1台、沿程水头损失实验仪1台、局部水头损失实验仪1台、堰流实验仪1台，大水槽1条、流线演示仪1套、孔口与管嘴出流演示仪1台、水面曲线演示仪1台、水击现象演示仪1台，完全满足了课程大纲的要求，实验开出率为100%。

此外，水力学实验室还从武汉大学引进国内最先进的水力学实验CAI软件，该系列软件仿真度高，界面动态效果真实，实验数值可靠，教学辅助功能齐全，可供学生在计算机上进行各项实验过程的操作、数据采集与成果分析。所附的实验原理、问题及解答可供学生实验预习与答疑之用。通过仿真实验，学生对实验的水力学思想和方法、仪器的结构和原理的理解，可以达到实际实验难以实现的效果，实现了培养动手能力、学习实验技能、深化水力学知识的目的，同时增强了学生对水力学实验的兴趣，大大提高了水力学实验课的教学水平。

随着实验教学仪器的更新和实验要求的提高，认真、及时做好实验教材的修编工作，减少验证性实验，增加操作实验、综合性实验和传统实验缺乏项目，如综合实验、流线演示等内容。同时建立校外参观实习基地，结合工程、科研单位的实际研究项目，带学生参观生产试验，培养学生的实际工程观念，提高学生解决工程实际问题的能力，充分调动学生的学习兴趣和主动性。

参考文献

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[5]敬双怡，殷震育，李卫平.运用多元化教学模式提高“水力学”教学质量[J].科技信息，2013（3）：31-33.

作者：李金燕

力学课程中工程案例教学论文 篇3：

基于地域特色的“大土木”水力学课程建设与教学实践

摘 要：西北黄土高原地区“大土木”水力学课程教学需结合工程背景与专业特色，目前的课程理论与教学实践中存在诸多问题，须从教学内容、教学手段、教学方法、教学考核等方面结合教学实际进行改革与创新，以适应新形势下人才培养的需求。

关键词：地域特色；大土木；水力学；课程建设；教学实践

一、背景

土木工程专业是理工科院校的核心专业，也是培养一切与水、土、文化相关的“复合型”工程技术人才的摇篮，在全国基础建设与管理人才培养中起着重要作用。根据教育部专业调整，土木工程专业涵盖了矿井建设、建筑工程、城镇建设（部分）、土木工程、交通土建工程、工业设备安装工程、饭店工程、涉外建筑工程等八个专业，使该专业具有多学科、宽口径、综合性强和人文素质要求高的特点[1]。我校处于黄土高原地区，土木工程专业人才培养中突出地域特色，以解决西北地区地域性土木工程问题为己任，构筑了土木工程结构抗震与减震控制、黄土与湿陷性黄土工程和地质灾害治理、大跨度空间结构与钢结构、结构健康诊断及检测加固等特色学科研究方向。“水力学”是以水为研究对象，研究其宏观机械运动规律及工程应用的一门学科，广泛应用于水利工程、土木工程、地质工程、环境工程等相关专业[2]，具有较强的理论性与工程应用性。作为土木工程专业的专业基础课程，水力学是将数理等基本理论课程与专业课程衔接的桥梁，承担着“承前启后”的重要作用。如何在专业改革与社会发展中适应变化，结合专业特色，优化课程内容与教学方法，以适应新形势下“大土木”课程体系建设与专业培养的需求，是水力学课程教学实践改革的重要任务。

二、现状分析

（一）“大土木”对水力学的需求与挑战

土木工程专业涉及面广，地上房屋建筑、地下建筑、桥梁和道路设计与建造均在其专业范围之内，其目标是培养适应工程建设需要的，有扎实基础理论和专业知识的，有较强实践技能的，能够从事设计、研究、施工、教育、管理、投资、开发等工作的高级专门人才。它的主干课程包括材料力学、结构力学、水力学、土力学、建筑材料、混凝土结构、钢结构、房屋结构、桥梁结构、道路勘测、施工技术与管理等，从中可以看出水力学是土木工程专业人才培养不可或缺的。

人类生存和生活都离不开水，“大土木”与水存在着千丝万缕的联系。随着科学的发展，防洪、河道治理、灌溉、交通运输、水力发电等都离不开水力学的专门知识和对水流运动规律的深入认识；同时，地铁、跨海大桥、高层建筑等工程建设也需要人们对水的渗流理论有深刻理解和掌握。而在西北湿陷性黄土地区，高层房屋及地铁工程的修建更需要人们把握水的渗流机理和特性，这对水力学的课程教学和研究提出了新的挑战，也促进水力学学科的发展。

“大土木”的转变对水力学课程的挑战主要表现在：（1）随着学校招生规模的不断扩大，上课人数急剧增加，由以前的小班授课改为多个自然班合并的大班授课，人数通常在150人左右，由于光线等方面原因，以前“黑板+粉笔”的授课方式已不适应目前的上课需求，影响教学效果；（2）由于水力学课程开设在第四学期，而“大土木”前提下学生后续专业方向不同，各专业课程不同，使水力学与专业课的过渡复杂。水力学课程是前期数理基础课与后期专业课的纽带，使学生对水的力学特性及工程应用有初步认识，但“大土木”的跨度大、涵盖面广、学科方向多，导致水力学与后续专业课程的衔接必须淡化专业针对性、提高综合性；（3）水力学与高等数学、理论力学、材料力学等联系紧密，而学生前期的学习基础层次不齐，如何将水力学中基本理论的复杂推导由求解“微积分应用题”转化对“物理本质”的简单描述，使不同层次的学生都能理解，提高学习兴趣和积极性；（4）目前“大土木”形式下人才本科培养目标是满足社会需求的应用型土木工程人才，这决定了授课内容的工程性，教学过程中要结合各专业特色，培养学生综合分析、解决实际工程问题的意识和能力。

（二）目前教學中的不足与问题

如何在“大土木”下提高土木工程专业《水力学》课程的教学效果，使各方向学生均具有良好的知识结构和专业素质，便于后期学习和工作，是笔者一直在思考的问题。通过多年的教学实践和调研，发现目前教学中普遍存在的一些问题：（1）学生对课程的重要性认识不足。由于“大土木”下，许多学生更重视混凝土结构、钢结构、结构设计、房屋建筑等专业课，认为以后从事的工作只限于“土”与“木”，而与“水”不相干，对水力学这门课程不重视，投入精力较少；（2）教学大纲存在偏差。目前教学大纲中多注重理论知识的讲解，轻视学生实践技能与动手能力的培养，致使学生认识不到水力学课程的工程应用性，认为与自身专业关系不大，造成理论知识与实际脱离；（3）课时量短，教学内容深入不够。土木工程专业的水力学课程仅为32学时，该课时量只能对水力学的三大基本方程和管道、渠道流动的水力计算进行讲解，虽然对水的流动特性和力学规律有一定认识，但缺乏水在各类后续专业涉及到的实际工程实例应用的讲解，这在土木工程领域是一块较为重要的内容，导致学生无法深入理解课程内容；（4）缺乏实践教学环节。由于教学资源与条件的限制，目前许多院校土木工程专业的水力学课程都没有相匹配的实践环节，使学生对初次接触的流体力学知识很难消化，例如渐变流过流断面的测压管水头齐平、各种流动损失的产生、雷诺实验现象等；（5）与固体力学课程区别较大。水力学是流体力学的分支，与固体力学最大的特点是考虑液体的粘性，其运动的最小单元是液体质点，常采用欧拉法进行研究，而不像固体力学采用质点系法，学生由于长期接触固体力学，很难将思维转变到水力学的研究上；（6）教学手段单一。大班授课的教学模式，对力学类课程应用传统的“黑板+粉笔”教学手段提出了挑战，只采用传统教学方法，存在后排、侧面学生看不清楚的问题，而采用多媒体辅助教学，需要学生高度集中，跟上老师的节奏，如何更好的结合这两者，避免班级中学生成绩两级分化严重的现象，也是值得探索的问题。

三、课程建设与教学实践

（一）优化课程内容

随着学科和社会需求的发展，“大土木”形式下的水力学课程不应该一成不变，应结合专业方向和教改实践，对课程知识结构和教学内容进行更新和优化，以便有限的课时内高质量的完成课程教学任务，提高教学效果。

消枝强干，突出重点。在课程教学过程中，结合土木工程专业的实际情况，加强课程的工程性，简化了一些偏于深奥的机理内容，例如浮体、紊流运动等理论，保证“液体静力学”、“三大方程”等重要知识的内容有足够的讲授课时，同时对长管、短管水力计算的基本类型和工程应用等用实例进行讲解，吸引学生兴趣，加深学生理解；对专业基础内容，进行了内容整合与简化，如将液体出流与管道流动进行了整合、将流动基本概念进行整合，使重点能够更加突出，将明渠流、给水管网等只作一般介绍。

删旧增新，与时俱进。采取“删、减、并、增”的思路，对一些落后的课程内容予以删除，例如在讲渗流理论时只讲达西定律等；对水力学的基本理论和优秀课程内容进行整合吸收；对水力学与流体力学的最新研究成果，引入课堂教学中，例如边界层理论以及湍流的数值计算、点源的扩散等内容引入课堂，扩大学生知识面，同时增加学生兴趣，培养学生创新思维能力。

精心准备，完善内容。水力学属于工程性较强的课程，为了能让学生更好地理解水的流动特性，并对三大方程及水流损失有更深刻的理解，我们修订了教学大纲，增加了教学实践环节，开设了流体静压强、文丘里管、动量方程、雷诺实验、流动演示等实验，加强学生对教学内容的理解，提高实践动手能力；同时，在教学过程中，将课程内容结合工程项目进行讲授，加强学生对课本知识的深入领会，最大限度的完善教学内容。

（二）改革教学手段

理论与实践并重。水力学是力学特性与工程应用性都较强的学科，在教学过程中，需对理论与实践并重，改革教学手段。传统教学中，主要是老师满堂灌，轻视对学生创造力的培养，在以后的教学过程中，需要对理论讲授、分组讨论、实例引导等综合起来，构筑多样灵活的教学方法，启发学生的创造性。同时注重学生实践能力的培养，把“工程搬进课堂”，在教学过程中插入工程实际，培养学生工程意识和对所学知识的消化吸收。带领学生体会《浅谈都江堰工程中流体力学原理的运用》[3]中所涉及的流体静力学与动力学原理，通过了解《兰州地区大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验综合观测研究》[4]与《兰州新区湿陷性黄土地基处理》[5]等内容使学生了解水的渗流特性及工程常见问题的处理方法，潜移默化地培养学生的工程实践能力。

板书与多媒体互补。在教学过程中，采用板书与现代多媒体技术相结合的方式，理论推导、教学互动等方面可采用传统的板书方式，以清晰学生思路并加深学习印象；而在复杂图形演示和一些工程实例等方面可采用多媒体的图像、视频、动画等手段，以直观生动的现场形象演示，易于学生认识和接受。同时，对一些了解性的课程内容，也可采用多媒体讲解，以加快课程进度，余留更多的课时于较难理解的复杂理论和实践互动环节。根据教学内容灵活选用，扬长避短，优势互补，使基本原理理论、实例讲解内容得以有机组合与巧妙编排，重点突出，使学生的易于吸收和掌握。

微课程与翻转课堂教学方法相结合。通过微课程视频将重点知识提供给学生，使学生自己去学习和探索，并设计“为什么？”，“怎么用？”等问题，从而改变传统教育中“以教为主”，而以学生为中心，开发和培养学生的创新能力。而翻转课堂，通过课前的微课程视频，学生自学，在课堂中通过与教师的讨论和交流来完成知识的吸收和升华，成为“以学为主”的创新教学方式[6]。本学期针对短管水力计算，采用了该教学模式，发现学生对新的教学方法特别好奇，也踊跃探讨问题，起到了较好的教学效果，但教学时间控制还需要进一步把握。

（三）提高学生兴趣

兴趣是最好的老师。由于学生刚开始接触具体工程实际问题，加之基础理论薄弱，创新思维不够，普遍反映“水力学”难学，导致学习积极性不高。针对该问题，笔者结合在该门课程教学中的切身体会，认为培养学生兴趣是促进该课程高效讲授的关键。绪论对激发学生学习兴趣上非常重要，在“大土木”下，绪论中要针对不同专业，采用视频影像等手段，展示工程应用实例，引起学生重视。例如对土木工程的学生，可以讲为什么进行边坡衬砌和设计排水孔，对道路与桥梁方向的学生可以讲黄土地区路段的施工、路基排水和防渗处理等。同时，可以播放都江堰、三峡大坝等著名工程的设计原理，或者台风下波涛汹涌的海浪资料来使学生生动、形象的认识水的各种物理性质。在讲授每一章开始的时候，清晰阐述该部分内容的学习目的，让学生有的放矢，在章节结束时加上内容讨论，加强教学互动，从而调动学生学习的积极性。

（四）改进考核方法

考核是衡量教学效果的主要手段。传统的闭卷考核方式已不适应素质教育下水力学课程的考核。通过改革，实行了多途径、多方面的综合考核，加大了对学生主观思考与实践动手能力的考核。在考试内容上，减少主观题，加大客观题的比重；在考试方法上，由原来的闭卷考试，实行了开卷的考试，允许学生带课本，主要考察学生应用知识的能力，避免学生死记硬背公式；在层次上，有20%的考核题目加大了难度和灵活性；在考试范围上，加上了实践考核。这样极大地调动了学生的积极性，对促进课程教学及提高学生的综合素质有明显效果。

四、结束语

“水力学”课程是“大土木”专业的主干课程，属于专业基础课，承担着“承前启后”的重任，其教学有内在规律。通过上述改革与实践，基于地域特色，针对课程教学的特点与重点，在教学安排上做到以基本理论为主线，强调工程应用的专业针对性和实践环节的主观能动性。在教学方法上，突出启发式研究性教学，做到讲清整体轮廓、阐明主要概念、指引学生自导公式、培養学生独立思考和解决实际问题的能力，从而培养学生的综合素质，为社会输出更多更好的专门人才。

参考文献

[1]崔武文，韩红霞，王喜燕.案例教学在土木工程专业课程教学中的应用[J].教育探索，2007，5：51-52.

[2]吴持恭.水力学（第四版）[M].高等教育出版社，2008，1.

[3]刘玉泉，朱克勤.浅谈都江堰工程中流体力学原理的运用[J].力学与实践，2008，30（4）：102-103.

[4]姚志华，黄雪峰，陈正汉，等.兰州地区大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验综合观测研究[J].岩土工程学报，2012（1）：65-74.

[5]陈海军.兰州新区湿陷性黄土地基处理[J].西安科技大学学报，2014，34（2）：204-209.

[6]张武威，曾天山，黄宇星.微课程与翻转课堂相结合的教学方法创新应用[J].课程教材教法，2014，34（7）：10-17.

作者：郑健 王燕 钱晨 马高生