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目前,土建类高职院校学生对该课程掌握的情况并不理想。很多同学基本的力学题目也不会做,对稍难一点的,稍灵活一点的题目,情况则更糟。建筑力学课程的教学现状,着实令人忧心。经分析研究发现,学生掌握情况不好的原因主要有三点。首先,学生的基础较差,这是决定性的原因。大部分学生读高中时,学物理就很吃力,而建筑力学基本上是以高中物理静力学部分为基础,进行具体和深化研究。因此,他们学起建筑力学来肯定感到很吃力,并且必然会逐渐对这门课程失去兴趣。其次,符合高职学生特点的教材,还在不断探索中,并不成熟。目前,很多高职类院校的教师,已经认识到照搬照抄本科生的教材不合理,部分教师正在努力编写适合高职教育目标的教材,但很少有教师从高职学生认知能力水平的角度出发,去编写一本适合高职生的教材。再次,教师队伍也比较年轻,经验不足。由于我国的高职教育刚刚起步,大部分教师从事教育事业的时间都较短,并且,在相对短暂的教学时间内,往往要讲授几门课,从而花费在建筑力学这门课程上的时间和精力就显得更少,最终导致经验严重不足。因此,建筑力学教学改革迫在眉睫。
二、教学改革方向
鉴于建筑力学课程教学效果较差的三个主要原因,教学改革应该针对它们展开,主要包括合理确定教学目标、整合教学内容、加强师资队伍建设等方面。
(一)合理确定教学目标
应该根据学生的认知水平、未来职业生涯知识需求,合理确定建筑力学的教学目标,不能将本科的教学目标照搬照抄过来。对于建筑力学中一些基本的概念、基本的公式,以及与后续课程有着紧密联系的知识,比如:什么是内力?什么是外力?什么是约束?以及常见静定结构在常见荷载作用下的内力图绘制,一点的应力状态等,学生必须掌握好,因为这关系到他们今后的长足发展;对于那些较抽象、较复杂、计算量比较大的知识,比如:位移计算、力法、位移法等知识,则只要求学生理解,不要求他们必须掌握,但要求他们必须能够定性分析,例如:超静定结构在各种荷载作用下的内力图,同时必须能用常用软件进行计算,例如:清华大学袁驷教授主编的结构力学求解器。这样,学生的学习“负担”就减轻了很多,同时又不影响他们日后的发展。由于需要必须掌握的知识少了,学生就能够用相对较多的时间来集中精力学习必须掌握的知识,这样,他们的学习成绩自然能够提高,同时与后续课程的知识衔接也会相对容易。
(二)整合教学内容
教学目标确定后,就应该对教学内容进行合理整合。由于我国高职教育起步较晚,适合高职学生认知特点的建筑力学教材还在不断探索中,因此,我们不能完全按照现有建筑力学教材的内容进行授课,而应该根据我们针对不同专业的学生确定的教学目标,合理选取并整合教材中的内容。比如:在课程绪论部分把力学科学史、科学家传记和科学新成就介绍给学生,结合图片说明建筑力学中常用的结构构件——梁、柱、索、膜、拱、扳、壳和桁架等在建筑工程中的应用,使学生对力学由陌生进而产生兴趣。同时,调入结构计算简图,使学生在开始学习时就对工程结构的概念有所了解,明确建筑力学的任务及其与工程结构计算的关系,引起学生对该课程的兴趣,调动学生的学习积极性。在刚体静力学部分,应该将力、力偶、约束、平面力系的简化、平面力系的平衡等基本概念详细讲述,并通过大量的练习加以巩固,尽量确保每名同学都能掌握。在静定结构的内力计算部分,首先,详细介绍拉压、弯扭等基本内力计算内容和计算方法;其次,系统讲授静定梁、静定平面刚架、静定平面桁架和组合结构等静定结构的内力计算和内力图的绘制,这部分要多安排一些课时,给学生更多的练习和与教师面对面交流的机会,确保学生熟练掌握这部分知识。在构件的应力和强度部分,要将抽象的应力状态理论讲清讲透,确保学生能够理解应力状态理论,并能够进行一些简单的计算;要将平面图形的几何性质以及构件的强度计算放在一起讲解,同时,给予学生较多的练习机会。对于压杆的稳定计算、结构的位移计算、超静定结构的内力计算部分,重点是让学生能够理解,能进行定性分析,能够用清华大学袁驷教授编写的结构力学求解器进行求解。总之,根据前面确定的教学目标合理整合教学内容,确保必须够用,让学生带着浓厚的兴趣来学好建筑力学。
(三)加强师资队伍建设
教师是知识的直接传播者,教师的水平很大程度上决定着学生的掌握程度。因此,加强建筑力学师资队伍建设,对提高建筑力学的教学效果有着重要的作用。师资培养的方式很多,比如同时讲授建筑力学课程的有关老师可以建立建筑力学课程组,大家经常以座谈会的形式聚在一起讨论如何讲授每一堂课;或者建立老带新制度,有多年建筑力学教学经验的老教师带一个新教师,老教师经常听新教师的课,然后给新教师提一些意见和建议,新教师也经常去听老教师的课,从中学习一些经验教训等。最终,将建筑力学授课教师的整体水平提上来,为建筑力学教学效果的显著改善提供保证。
三、结语
建筑学专业毕业设计环节是考核学生专业综合素质的一个重要环节。其目的是培养学生综合运用所学知识进行建筑设计的能力,加强建筑技术与建筑艺术的协调,进一步强化建筑师基本素质的综合训练,为以后的工作打下坚实的基础。目前,高校建筑学专业毕业设计环节通常存在以下问题:学生在完成毕业设计的同时,客观上还面临着考研、择业等多项任务,这有可能占用学生大量的时间和精力,特别是毕业设计前期调研及构思方案的时间。另一方面,由于学生处在大学毕业前一个非常特殊的阶段,个别学生在毕业设计过程中态度散漫,效率较低。这两方面导致的结果是:调研深度不够,方案构思难以进行;中期方案难以深化,甚至方案严重不合理,以至重新构思;建筑作品细节推敲不足,作品单调,缺乏个性和特点。针对上述问题,本课题组选取2010~2013届年度建筑学专业本科毕业设计部分学生作为教改对象,连续4年尝试毕业设计过程控制和质量评价体系的建立与完善,以期提升建筑学本科毕业设计质量。
2.过程控制与质量评价体系的确定与实施
2.1过程控制方案过程控制方案的主要特点是强调毕业设计过程中的各个环节的训练和深度要求,将毕业设计总过程划分为:调研阶段、方案构思阶段(一草)、方案深化阶段(二草)、方案完善阶段(三草)、正图阶段、设计文本阶段等。每个阶段给出具体时间节点,给出明确的成果完成及交付日期,明确给出各阶段成果的质量标准与分值。
2.2质量控制与评价
2.2.1毕业设计成绩组成我校建筑学院本科生毕业设计成绩组成是:平时成绩占30%(导师给出),中期考核成绩占30%(由全体导师给出的成绩平均),终期答辩成绩占40%(由答辩小组教师给出的成绩平均)。
2.2.2平时成绩构成为了保证各个环节的设计质量,必须强调每个环节的比重。给出的是平时成绩构成表,其中明确给出了各环节满分分值和相应要求。有了明确的环节分值,学生对各个环节都予以充分的重视,特别是会对前期的调研、方案构思,投入了应有的精力和热情,而调研和方案构思的有效实践与强化训练,又为其就业面试、考研复试提供了有效的专业能力支撑。
3.考核结果
通过阶段培养训练,2010~2013年度建筑学专业本科毕业设计教改实践小组的毕业设计学生,均较好地完成了毕业设计成果,未出现不及格阶段成绩。各方面综合素质能力有了长足的进步,特别是在方案构思创作能力、实地调研及资料分析能力等方面取得了明显的进步。2012届毕业设计教改实践小组有1名同学获得校优秀毕业设计二等奖(建筑学专业唯一最高奖),有3名同学获得学院优秀毕业设计;2013届毕业设计教改实践小组有1名同学获得校优秀毕业设计一等奖(建筑学专业唯一最高奖)。
4.结束语
建筑力学课程是高职建筑类专业的一门专业基础课,一般包括理论力学、材料力学和结构力学三部分。该门课程要求学生通过相关知识学习对基本结构的内力和位移计算等问题具有一定的分析能力,能对一般的建筑工程问题进行初步分析。(一)课程设计理念高职课程以工学结合为切入点,以建筑工程项目实施为导向,突出基础能力目标,以学生为主体,以真实的工程项目为载体,设计有利于培养学生可持续发展的学习能力、适用当前工程技术的应用能力,服务专业课程、服务工程实际的课程模式,从理论和实践两方面进行课程设计,实行单元化教学。(二)课程学习目标。建立准确的力学概念,熟悉基本原理和基本方法,具有熟练进行静力平衡计算的能力,具有能够进行杆件的强度、刚度和压杆的稳定性分析计算的能力,能够熟练完成材料力学的基本试验项目;培养学生抽象、推理、分析和综合的逻辑思维能力,充分调动学生学习的自主性和积极性。(三)课程性质和作用。通过建筑力学课程的学习,结合施工现场实际需要,学生可以获得较为系统的力学知识和基本的分析能力,这些知识和能力是毕业生在工作岗位上灵活运用知识技能完成工作、解决问题的有力保证,在教与学中对提高学生的职业素养及协作能力起到促进作用。一方面它是后续钢结构、钢筋混凝土结构、土力学与地基基础、结构抗震等专业课的必备的基础理论知识;另一方面又可以解决工程中简单的力学问题,在整个建筑类课程体系中处于承上启下的核心地位。
二、基于BPR理论与管理方式实施高职建筑力学课程改革
课程改革就是重新设计和安排教学的整个过程,使之合理化,即通过对原有教学过程的各个方面、每个环节进行全面的调查研究和细致分析,对其中不合理、不必要的环节进行彻底变革。在具体实施过程中,可以按以下程序进行。(一)对现有课程进行全面的功能和效率分析,发现其存在问题。1.课程过分追求系统、完整,造成内容庞杂,知识脉络隐晦不清。高职建筑力学课程涵盖了理论力学、材料力学和结构力学的内容,知识覆盖面非常广,但其教学体系与内容基本上是在20世纪90年代中期形成的,课程普遍存在重理论、轻应用,重分析、轻综合等问题,对于力学作为应用学科的实用价值没有给予充分的重视。结果是:过分追求力学知识的系统性和完整性,使得教学内容重复、庞杂,逻辑推理过程和论证方法烦琐,学生学习倍感吃力。2.教材内容不实用。从近几年高职建筑力学教材的使用情况来看,主要存在以下几个问题:一是有些教材仅仅是本科教材的简单压缩,教材各部分内容联系不紧密。二是与中职使用的力学教材差异不大,没有突出高职教材通俗易懂和实用性的特色。三是教材内容的论述条理不清晰,符号不规范,如外荷载、约束、内力和应力的符号等都未与后续专业课中的符号统一起来。四是习题设置缺少实践性,不能突出高职院校的专业特色。3.教学手段单一,教学方式落后,难以提高学生的学习兴趣。很长时间以来,教师大都已习惯了“粉笔+黑板”或是“白班+PPT”的教学方式,课堂教学基本采用灌输式,不生动、缺乏新意,缺乏对学生的思想和学习方法的指导。同时,对学生的差异性缺乏重视,甚至不重视,教学一刀切,不能有效地调动学生学习力学课的兴趣和积极性。4.实验、实训内容过于单一,缺乏综合性实验。实验及实训的任务主要是验证经典理论、增加感性认识,是高职教学的必不可少的环节,但不少高职院校对于实验教学的重视程度远远不足,开展的实验项目单一,缺乏综合性实验(试验),结果是:学生在学习抽象的力学知识时,不能将知识点联系起来,也不能与实际联系起来。(二)设计新的课程改革方案,并进行效果评估。为了设计更加科学、合理的课程改革方案,必须群策群力、集思广益。在设计新的方案时,需要考虑:1.编写适合高职教育和学校实际的课程教材,改革授课内容。优秀的教材是教学质量的重要保证,高职教材内容不能求全,应围绕培养应用型人才的目标,注重基本概念、基本理论、基本方法,强调知识的实用性,避免涉及过多的交叉问题,尤其是要合理控制内容的难度和跳跃性,讲究循序渐进。编写教材时,采用单元模式设计并分配各单元的学时(见表1),教材在内容安排上力求符合认知规律,由工程或生活实例引入,应用数理方法抽象、推理、综合,再将理论应用于实际工程中。尽可能地应用工程实例进行说明、验证,将理论和实际有机地穿插在一起,强化应用。除让学生掌握建筑力学的基本知识外,还要让学生掌握应用知识分析问题、解决问题的方法,即将知识转化为能力。2.改革教学模式。在教学中,采用“授—导—融—解—议”的教学模式,改革思路如图2所示。具体做法:传授知识—导出任务—提出情境—解决问题、完成任务—讨论、总结。教学从简单到复杂,从单一到整体,以实际工程项目结构构件实体为切入点,从结构设计、材料选择、施工准备、施工工序、质量检测、维修加固、成本比较等一系列工作过程导出实际工程项目任务,让学生带着任务自主地学习,直到解决完成相关任务、完成学习过程,随后,再通过集体讨论,将一个问题的解决进行推广、拓展,真正达到任务驱动,自主导学的教学目的。实训培养应用能力理论指导实践客观现象举一反三解决问题研讨纠偏分析推理鼓励引导课堂教学现场培养观察能力加深感性认识实验培养动力能力增强理性认识图2教学模式改革思路3.改进教学方法。建筑力学课程以“情境—启发式教学”为主体,穿插模拟教学法、案例教学法、设问讨论法等多种形式的教学方法,突出课程内容对学生的吸引力。其教学思路是:结合学校内的典型建筑物,围绕其中主要构件的施工过程,建立教学情境,使理论学习与工作能力协调一致,在学习中糅合施工图识读、施工、质量评测、加固等一系列工作过程,真正做到“教、学、用”一体化。4.调整课程教学周时数,强化课程的实践教学。为了实现“教、学、用”一体化的目标,将原来的理论教学分为两个阶段,前段课时6周左右讲授静力学,后段12周左右讲授材料力学,在两段教学中间插入1-2周的实验教学及现场实训教学,带领学生走访一线施工现场。实验教学安排包括四个项目:材料的拉压实验;弹性模量测定,冷作硬化;剪切和扭转实验;梁的应力测定。现场实训教学包括:现场观察,认识构件、结构、支座,观察变形、破坏;观察构件的四种基本变形及组合变形,观察破坏现象,感受压杆的失稳严重性。(三)建设与课程改造方案。相配套的师资结构随着教学改革的不断深入,需要对原有的师资结构进行必要的调整和充实,并学理念,从而推进课程建设的发展。教师结构的重组,包括学缘结构、年龄分布、学历层次、工程经验等诸多方面,具体操作时,可从以下几个方面进行:其一,制订科学合理的师资队伍建设规划和年度计划,激发教师自我发展的积极性;其二,加强岗前培训,重视师德培养,提高教师的思想道德水平;其三,实施试讲制和导师制,发扬以“老”带“新”的协作精神,提高新进教师的教学能力;其四,组织教师参加科研活动,把握本学科的发展方向,提高教师的专业素质;其五,创造条件、鼓励教师参加社会生产实践,丰富实践经验,拓宽视野,提高职业技术能力。(四)组织实施。具体的实施步骤如下:第一步,加强师资队伍建设,组建结构合理、业务水平高、实践经验丰富的教学团队;第二步,完善“启发式教学”的课程标准,强化工学结合;第三步,改革教学方法,充分调动学生的学习积极性、自觉性;第四步,加强现有教材的修订,完善实验、实训任务书指导书;第五步,开发多媒体教学课件,增强学生的自主学习能力,利用移动互联技术开发网络课程,建好互动式课程学习环境;第六步,完善校内实训基地,改善实验条件,进一步扩大校外实训基地。三、改革效果总结课程改革有助于促进教师不断提高教学质量、改进教学方法以适应社会生产力的发展,能够使学生从课程改革中最大化地吸收知识的养分,培养满足现实社会需要的人才。借鉴BPR思想及管理方式,应用于建筑力学课程的改造和教学过程中,取得了很好的效果:第一,在BPR理论的指引下,传统课程的改革效率大大提高,建筑力学课程改革的建设周期是其他同类课程的50%。第二,在授课安排上,较之以往的传统教学,拥有更大的灵活性和更好的教学体验感,学生普遍感到建筑力学其实不是很抽象,它确实可看、可用、有用、能用。第三,重组后的教学提升了学生的理论分析和计算能力,改善了学生的思维模式,在毕业实习反馈中,受到用人企业的好评。
总之,随着高职教育的不断发展和行业对人才需求的变化,课程建设必然是一个持续改进的过程,这就需要与之配套的指导思想,将BPR的基本理论与课程改革相结合,是一条可行的课程改革之路。
作者:孔祥刚 江怀雁 单位:广西建设职业技术学院
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