新工科背景下高職建筑力學(xué)課程教學(xué)改革探索

摘要：在新工科背景下，高校需要根據(jù)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，培養(yǎng)與之相適應(yīng)的個性化新型人才，但現(xiàn)階段建筑力學(xué)課程仍存在部分教學(xué)內(nèi)容過于理論化、跨學(xué)科融合水平不夠高、教材相對陳舊、教學(xué)手段單一等問題。為此，應(yīng)通過引入實際工程案例、增設(shè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、深化學(xué)科融通、開發(fā)新形態(tài)教材、開展混合式教學(xué)、增加過程性考核權(quán)重等教學(xué)策略，以提升課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展需求的優(yōu)秀工科人才。關(guān)鍵詞：新工科；建筑工程技術(shù)專業(yè)；建筑力學(xué)；新形態(tài)教材；混合式教學(xué)我國大力推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展機制，積極實施“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大發(fā)展戰(zhàn)略，以新模式、新業(yè)態(tài)、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)為代表的新常態(tài)經(jīng)濟時代迅猛發(fā)展，對高素質(zhì)工程科技人才培養(yǎng)要求提出了更高標準，加快新工科科技人才教育改革創(chuàng)新已迫在眉睫［1］。根據(jù)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，培養(yǎng)與之相適應(yīng)的個性化新型人才，是新工科建設(shè)的主要目標和關(guān)鍵任務(wù)。這就要求高校作為培養(yǎng)社會發(fā)展所需各類人才的主陣地，必須貫徹“以人為本、以學(xué)生為中心、適應(yīng)學(xué)生個性化發(fā)展”的理念，加快新工科個性化人才培養(yǎng)模式下相應(yīng)課程教學(xué)改革的進程［1］。本文以建筑力學(xué)課程為例，深入研究教學(xué)改革問題，并從教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)、教學(xué)方法、考核機制等方面提出相應(yīng)的建議。一、新工科背景下建筑力學(xué)課程存在的不足建筑力學(xué)課程是高等職業(yè)院校建筑工程技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)等專業(yè)課程，以及今后從事崗位工作打下必備的力學(xué)知識基礎(chǔ)。然而，隨著新工科建設(shè)標準的推進，現(xiàn)有的建筑力學(xué)課程存在的不足和問題日益顯現(xiàn)，值得教育工作者重視并進行深度反思，尋找改進的策略。從新工科建設(shè)標準的角度出發(fā)，現(xiàn)有建筑力學(xué)課程教學(xué)存在一些亟需解決的問題。一是部分教學(xué)內(nèi)容過于理論化，缺乏工程應(yīng)用實踐內(nèi)容。建筑力學(xué)課程主要包括靜力學(xué)的基本計算、結(jié)構(gòu)約束反力的求解、軸向拉（壓）桿的強度計算、連接件的實用計算、梁的強度和剛度計算等內(nèi)容?，F(xiàn)有的建筑力學(xué)課程部分內(nèi)容過于理論化，側(cè)重于傳授理論知識，占據(jù)了大量課時，造成學(xué)生的實踐應(yīng)用訓(xùn)練不足。新工科建設(shè)強調(diào)實踐性和綜合性，注重實際操作能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。而當(dāng)前的建筑力學(xué)課程缺少實踐案例的引導(dǎo)和探討，學(xué)生雖然掌握了理論知識，但卻難以將理論知識應(yīng)用于實際中。二是課程跨學(xué)科融合水平不夠高，知識結(jié)構(gòu)難以系統(tǒng)化。建筑力學(xué)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對建筑工程問題的簡化能力、力學(xué)分析與計算能力，涉及建筑工程多學(xué)科交叉組合，是建筑工程技術(shù)專業(yè)中具有新工科特征的課程。但由于該課程長期以來是獨立授課，尚未與建材、結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學(xué)與技術(shù)、智能建造新技術(shù)等課程內(nèi)容有機融合［1］，導(dǎo)致學(xué)科課程“壁壘森嚴”?！敖徊嫒诤稀钡恼n程建設(shè)構(gòu)想難以得到落實，使學(xué)生在對知識的掌握上難以融會貫通，也難以形成有積淀和創(chuàng)見性的實踐成果。同時，課程中缺少各種建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，不利于學(xué)生全面而系統(tǒng)化地形成知識體系。三是教材相對陳舊，與大學(xué)生的認知特點有落差。以互聯(lián)網(wǎng)媒體為代表的新媒體，加快了建筑產(chǎn)業(yè)向智能化、信息化等方向發(fā)展，與之匹配的教材和教學(xué)模式應(yīng)緊貼新時代、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，并且要適應(yīng)新時代大學(xué)生的認知規(guī)律。但不少高等院校的教材較為滯后，缺少與實際工程相結(jié)合的案例，較少介紹實踐操作的內(nèi)容，缺少生動活潑、形式新穎、動態(tài)直觀的內(nèi)容和表達形式，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)興趣，難以滿足新時代建筑工程行業(yè)高素質(zhì)復(fù)合型技術(shù)技能人才的培養(yǎng)需求。四是教學(xué)手段單一，不利于學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮。部分高校的教學(xué)方法和手段滯后，缺乏有效的互動和反饋，不利于學(xué)生發(fā)揮主觀能動性。新工科建設(shè)要求采用新穎的教學(xué)方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性。然而，現(xiàn)有的建筑力學(xué)課程所采用的教學(xué)方式，如講授法、演示法等，往往容易忽視學(xué)生的參與感和體驗感。此外，教師往往難以得到及時、有效的反饋，使其難以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和理解程度。最后是考核方式重結(jié)果輕過程，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。新工科要求構(gòu)建多元化的評價體系，注重知識的掌握程度，重視技能應(yīng)用和創(chuàng)新精神。然而，目前的建筑力學(xué)課程評價多側(cè)重于考核理論知識，采用期終一次性考試的考評模式完成考評，缺乏對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的考查，難以全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。二、新工科背景下建筑力學(xué)課程教學(xué)改革與傳統(tǒng)工科相比，新工科更強調(diào)學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性，其目標是培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。建筑力學(xué)作為工科專業(yè)學(xué)生接觸到的最早涉及工程問題的專業(yè)基礎(chǔ)課程，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、力學(xué)建模和解決復(fù)雜工程問題能力的任務(wù)。但仍存在部分教學(xué)資源不足、教學(xué)手段不夠多樣化、教學(xué)改革不夠系統(tǒng)化的情況，“滿堂灌”的授課情況也時有發(fā)生，難以滿足新工科背景下激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性、實現(xiàn)個性化發(fā)展的要求。高職院校應(yīng)立足于新工科建設(shè)的時代背景，直面國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，打破舊機制和舊經(jīng)驗的桎梏，突出以學(xué)生為中心、以創(chuàng)新為導(dǎo)向，對建筑力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)類課程進行優(yōu)化升級。通過開發(fā)新形態(tài)教材，搭建線上、線下混合式教學(xué)平臺，從實踐性、綜合性、教學(xué)互動和多元化評價等方面進行改進，使建筑力學(xué)課程更符合新工科建設(shè)標準的要求，提升教學(xué)質(zhì)量和效果，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的復(fù)合型技術(shù)技能人才。以下是筆者關(guān)于建筑力學(xué)課程教學(xué)改革提出的幾點建議。（一）增加工程實例和動手實踐環(huán)節(jié)教師應(yīng)讓學(xué)生認識到力學(xué)知識在工程中的重要性，為此可在建筑力學(xué)課程內(nèi)容中增加實際工程案例的占比，授課時以具體的建筑工程為例，分析其中的受力情況，以此幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)的基本知識和技能。在進行案例分析的同時，教師可以結(jié)合工程實際，詳細講解該案例的設(shè)計思路、力學(xué)計算方法、結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略等內(nèi)容，使學(xué)生通過實例，明確理論知識的應(yīng)用原理，以便更好地理解和運用建筑力學(xué)原理。例如通過新加坡新世界酒店設(shè)計時因漏算結(jié)構(gòu)自重而垮塌的案例，強調(diào)荷載計算的方法和重要性；通過起重機起吊重物，解釋平面一般力系平衡方程在工程中的應(yīng)用；通過木結(jié)構(gòu)房屋大梁合理布置梁上荷載來減小梁內(nèi)最大彎矩值的案例，解釋如何提高梁抗彎強度等。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，對應(yīng)列舉不同的工程案例，可以有效地將理論知識與實際工程相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，落實立德樹人的育人目標。教師也可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容融入對應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)，如在分組完成設(shè)計任務(wù)的教學(xué)過程中，讓每個學(xué)生都參與制作模型，以提高他們的實踐操作能力，把握理論知識與實踐操作之間的緊密聯(lián)系，同時檢驗并鞏固學(xué)生已經(jīng)掌握的知識，培養(yǎng)其分析、解決實際問題的能力，鍛煉創(chuàng)新思維、培養(yǎng)團隊合作意識。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生參加校級結(jié)構(gòu)模型競賽，通過選拔參加區(qū)級乃至國家級的大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽。教師把行業(yè)標準、規(guī)范融合到日常教學(xué)和訓(xùn)練中，使技能教學(xué)標準化、規(guī)范化，落實職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)等基本要求［4］。通過競賽的方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生運用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力和動手實踐能力，培養(yǎng)科學(xué)精神、工匠精神和勞動精神。（二）構(gòu)建交叉融合的課程體系力學(xué)是連接工程與科學(xué)的橋梁，是工程科技的先導(dǎo)和基礎(chǔ)。很多學(xué)科都蘊含著力學(xué)問題，都涉及力學(xué)原理。而力學(xué)與其他學(xué)科的交叉滲透十分顯著，既涉及物理學(xué)，又涉及材料科學(xué)、計算機科學(xué)等，同時還涉及經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境學(xué)等，因此，需要打破對傳統(tǒng)學(xué)科課程認識上的局限性和主觀性，構(gòu)建新穎的、具有交叉復(fù)合性的融合課程體系。這種交叉融合，可以讓學(xué)生從更廣闊的視角去理解和應(yīng)用建筑力學(xué)知識，幫助學(xué)生開拓思維，激發(fā)創(chuàng)新內(nèi)驅(qū)力。教師可以通過引入建筑力學(xué)的計算模型，講授如何預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)在受力后產(chǎn)生的形變和應(yīng)力分布；也可以引導(dǎo)學(xué)生思考，如何根據(jù)建筑材料的力學(xué)特性，選擇合適的材料來滿足設(shè)計要求和保證建筑的耐久性和美觀性；還可以實踐項目為主線，讓學(xué)生在實際操作中理解和掌握知識，并結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)手段——建筑信息模型（BIM）技術(shù)，實現(xiàn)課程的高度融合。通過BIM技術(shù)，教師可以清楚地展示建筑結(jié)構(gòu)、材料和力學(xué)的關(guān)系，讓學(xué)生在可視化的環(huán)境中學(xué)習(xí)和理解這些知識。（三）優(yōu)化適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展需求的配套教材“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，知識的傳播方式和人們的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了極大改變，學(xué)習(xí)方式已從耳聽手記、被動接受，向以手機、平板電腦等為媒介的自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變［5］，亟需新形態(tài)教材，以滿足新時代學(xué)生的需求。教材應(yīng)凸顯信息技術(shù)與教學(xué)深度融合的特性，同步規(guī)劃紙質(zhì)教材內(nèi)容與數(shù)字資源、在線課程內(nèi)容，利用掃描二維碼等方式，將優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源與紙質(zhì)教材的對應(yīng)知識點進行鏈接，動態(tài)直觀地呈現(xiàn)內(nèi)容，使教材的表達形式突破傳統(tǒng)教材平面、單向、不易更新的限制，更加精練、立體、多元，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性。1.融入實驗性的教學(xué)案例實驗是科學(xué)探究的基礎(chǔ)，能夠讓學(xué)生在實際操作中學(xué)習(xí)力學(xué)原理，從而提升他們對學(xué)科的興趣和熱情。力學(xué)知識涉及日常生活的許多方面，教師可以提前錄制好力學(xué)實驗小視頻，并將實驗視頻的鏈接引入教材，讓學(xué)生可以通過掃碼等方式更直觀地學(xué)習(xí)知識點。例如，“梁橫截面正應(yīng)力分布規(guī)律”這一知識點較為抽象，學(xué)生難以想象應(yīng)力的分布特點。在教材配套的短視頻中，用一根矩形截面的橡皮梁，在梁的側(cè)面畫上與軸線平行的縱向線及與軸線垂直的橫向線，形成許多均等的小矩形，然后在梁的兩端施加一對大小為M的外力偶矩，使梁發(fā)生純彎曲變形，讓學(xué)生觀察梁的表層纖維，并發(fā)現(xiàn)一些纖維被拉長，一些纖維被縮短，纖維從拉長到縮短是均勻過渡的。教師適時引出“中性層”的概念，距離中性層越遠的地方，纖維伸長量和縮短量越劇烈，說明在同一個橫截面上離中性層越遠的地方應(yīng)力值越大，從而引出梁橫截面正應(yīng)力分布規(guī)律圖。通過大量使用具有實驗性的力學(xué)小案例，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)熱情，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、團隊協(xié)作和溝通能力。2.融入工程案例圖片或視頻以交互式數(shù)字平臺為載體，在建筑力學(xué)新形態(tài)教材里融入大量的工程案例圖片和視頻，對學(xué)生學(xué)習(xí)建筑力學(xué)會產(chǎn)生積極的影響。傳統(tǒng)的教材可能讓學(xué)生對理論和公式產(chǎn)生恐懼心理，通過使用圖片和視頻的方式，可以把復(fù)雜的理論和公式與實際工程案例聯(lián)系起來，讓學(xué)生更容易理解。例如在講解“力矩原理的應(yīng)用”時，選用“無錫獨柱墩橋梁側(cè)翻事故”的視頻，引導(dǎo)學(xué)生計算該橋梁側(cè)翻時的傾覆力矩和抗傾覆力矩，并比較大小，分析側(cè)翻原因，可以幫助學(xué)生更深入地理解力矩的計算公式和計算原理。又如展示“廣東虎門大橋振動”事件的動態(tài)圖，讓學(xué)生觀察橋面如何發(fā)生明顯的豎向彎曲振動現(xiàn)象，闡明即使橋梁沒有遭到破壞，但是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形過大同樣會影響正常使用，最終引出結(jié)論知識點：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件除要滿足強度要求以外還要滿足剛度的要求。而選用“起重機起吊預(yù)制梁”的施工現(xiàn)場圖片，可引出如何正確地對物體進行受力分析并畫出其受力圖這一知識點。在教材中融入工程案例圖片和視頻，可以更好地幫助學(xué)生理解和應(yīng)用建筑力學(xué)理論，促進他們的專業(yè)知識和實踐能力的提升。3.融入文化素質(zhì)教育建筑力學(xué)作為一門重要的工程學(xué)科，不僅僅要教學(xué)建筑結(jié)構(gòu)和力學(xué)原理等知識，還需要在課程中展示國家文化和歷史底蘊。在教材中融入文化素質(zhì)教育，可以幫助學(xué)生了解建筑力學(xué)背后的文化內(nèi)涵和歷史沿革，激發(fā)他們對傳統(tǒng)建筑的興趣和熱愛，進而提升學(xué)習(xí)建筑力學(xué)課程的熱情，幫助他們學(xué)好這門課。同時，文化素質(zhì)教育也能夠引導(dǎo)學(xué)生尊重和保護傳統(tǒng)文化，從而延續(xù)和傳承中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。例如，在學(xué)習(xí)“連接件的類型——榫連接”時，教材內(nèi)引入介紹我國山西朔州應(yīng)縣木塔的文獻：該木塔建于公元1056年，是世界上現(xiàn)存最高大、最古老純木結(jié)構(gòu)閣式建筑，應(yīng)縣木塔的設(shè)計很巧妙，全塔上下沒有用一顆鐵釘，靠木構(gòu)件互相卯榫咬合而成。這些建筑是中華民族智慧和藝術(shù)的結(jié)晶，每一棟古建筑都蘊含著豐富的建筑藝術(shù)和文化內(nèi)涵。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這些傳統(tǒng)建筑的結(jié)構(gòu)和設(shè)計，可以了解到傳統(tǒng)建筑在構(gòu)造和設(shè)計上的獨特之處，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，增強民族自豪感，培養(yǎng)既具有專業(yè)技術(shù)能力又具備良好人文素質(zhì)的建筑人才。（四）實施“六能”教學(xué)法，開展混合式教學(xué)隨著信息技術(shù)、智能建造、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，高?？梢砸牖旌鲜浇虒W(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，同時轉(zhuǎn)變師生互動的形式和途徑，以符合當(dāng)代學(xué)生網(wǎng)絡(luò)化、碎片化的學(xué)習(xí)需求，順應(yīng)時代發(fā)展需要。如以“研究和分析建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為”為核心任務(wù)，通過線上與線下、理論與實踐有機結(jié)合，實現(xiàn)學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)的目的。教學(xué)活動分為云端導(dǎo)學(xué)、課中研學(xué)、課后拓學(xué)三個環(huán)節(jié)。根據(jù)課程的特點，教師以建筑工程現(xiàn)象和任務(wù)為導(dǎo)引，通過啟能、賦能、增能、融能、釋能、強能等環(huán)節(jié)，實施“六能”教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生完成各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)（教學(xué)流程如圖1所示）。課前（線上），教師在線上學(xué)習(xí)平臺上傳學(xué)習(xí)任務(wù)單、微課、課件、習(xí)題庫、實訓(xùn)任務(wù)指導(dǎo)書、原創(chuàng)視頻等數(shù)字資源，明確學(xué)習(xí)目標；學(xué)生觀看知識點對應(yīng)的教學(xué)資源，自主學(xué)習(xí)，完成小組任務(wù)、課前知識點測試等，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課中（線下），教師以“賦能—增能—融能—釋能”為軸開展教學(xué)活動，向?qū)W生展示小組任務(wù)，進行生生互評，教師點評自學(xué)效果；教師綜述學(xué)習(xí)內(nèi)容，講解重點難點；學(xué)生提出疑問，現(xiàn)場互動答疑。通過“四能”教學(xué)層層遞進，逐步達成學(xué)習(xí)目標。課后（線上/線下），通過在線平臺布置課后作業(yè)、提供拓展資源，學(xué)生以小組為單位分析、討論工程實際問題，并在在線測試、在線討論等智能空間交流互動。教師可通過平臺了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。（五）完善考核機制，增加過程性考核權(quán)重傳統(tǒng)的考核方式過于注重理論知識的誦記和復(fù)現(xiàn)，與新工科對工程實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)要求相去甚遠。因此，高校需要更新評價方式，打破單一的考試評價模式，依托大數(shù)據(jù)教學(xué)平臺，圍繞教學(xué)目標，采用師評、自評、互評等多元主體評價方式，覆蓋課前、課中、課后的教學(xué)全過程，突出過程性評價和發(fā)展性評價，以評價激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和創(chuàng)新力，促進其全面成長。課改團隊經(jīng)分析研判，并進行優(yōu)化，將建筑力學(xué)課程的綜合評價重新整合、優(yōu)化為三個部分：過程性評價、期末考試評價、增值評價。其中過程性