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機械原理基本知識點范文1
關鍵詞:教育教學環節 能力達成 評價方法
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)01(a)-0137-02
重慶大學機械工程學院針對工業工程、冶金工程、建筑環境與設備工程、工程力學等專業的非機械類本科生開設的機械設計基礎課程,是學校通識教育課程中的一門重要的技術基礎課程。該課程主要介紹常用機構和通用機械零部件的基本知識和基本設計方法,培養學生初步具有簡單機械傳動裝置設計能力。在教學內容方面著重傳授基本知識、基本理論、基本方法,在培養實踐能力方面著重創新構思和設計技能的基本訓練。為了不斷提高該課程的教學質量,近年來在教育教學環節設計和能力達成的形成性評價方法上進行了一些探索。
1 明確課程培養要求
為了明確課程教學目的,首先根據國家、社會、時代對人才在知識、能力、素質三方面的要求[1],結合課程面向的非機類專業的工程特點,提出了本門課程的培養要求,如表1所示。該課程作為非機類專業學生的技術基礎課程,課程教學應注重基礎知識的掌握、能力的訓練及創新精神的培養。
2 課堂教學環節設計
相對機械類的機械設計基礎課程而已,該課程內容略簡,學時略少,在課堂教育教學環節方面,按照學生為主體、課內和課外相結合、能力訓練為主導的原則來進行設計。除了傳統的課堂講授以外,主要的教育教學環節有:
(1)引導式提問環節。
在課程教學過程中,在給出知識點之前,教師通過設置問題背景,以提問的方式引出知識點,激發學生興趣進行主動思考[2]。例如,“大齒輪和小齒輪的寬度是不是應該相等?”“自行車鏈條的鏈節數應該是奇數還是偶數?”給學生搜尋自己相關的知識結構、做出判斷的時間,在聽取學生回答后,再步步引導分析,得出正確結論。這種方式有助于引導學生思考,加強對知識點的理解和記憶。
(2)邏輯歸納環節。
在課程教學中,教師運用類比法、對比法、分類法、列表法、流程圖法等,把教材上大段鋪敘的文字、原理推導或分散的結論等演變成清晰直觀的圖、表等形式,幫助學生對問題形成更加直觀的認識和透徹的理解,同時有利于學生的邏輯思維、歸納思維和演繹思維能力的培養。在課程全部結束前進行一次課程總結,由教師和學生共同完成,通過回顧和梳理,幫助學生從更宏觀的角度對課程的整體構架和各章內容要點形成全面、深刻的認識。
(3)自學與講授結合環節。
安排部分課程內容以自學與講授相結合的形式進行教學。例如,“計算平面機構自由度的注意事項”“軸上零件的固定”等章節,先要求學生自學并歸納知識點,再由老師串講知識點,學生對照進行更正或補充,然后教師結合例題或關鍵問題討論考察學生對知識的掌握情況,啟發學生思考和分析,最后由老師總結。通過學生自學可以培養學生獨立學習、總結提煉、發現問題和分析判斷的能力;通過教師講授可以完善和補充教學內容,引導學生思考,結合實例或討論強化知識點的掌握,從而確保教學效果。
(4)專題訓練環節。
根據課程內容布置專題訓練作業。例如,凸輪廓線的設計和繪制,螺紋連接的選擇、強度計算和繪圖等等。這一環節的目的是通過動腦和動手強化學生對知識要點的理解,利于學生更好的掌握機械設計的基本過程和方法。
(5)知識拓展環節。
針對課程涉及的教學內容,安排1~2次非命題作業,引導學生進行知識拓展。例如,在“概論”章節,結合機械類型、發展等的介紹,要求學生結合自己專業自選一類機械設備(例如交通工具、通風設備、冶金設備)查閱其發展歷史、現狀及趨勢,形成綜述報告。又如,在“鉸鏈四桿機構”章節,要求學生在自己專業相關的機械設備中找到三類鉸鏈四桿機構的應用實例,給出機構實物圖片和機構簡圖,并敘述其基本工作原理。學生通過文獻檢索和資料閱讀分析進行知識拓展,提高探索興趣,訓練綜述能力。該環節可由學生單獨完成,也可分組完成。
3 能力達成的形成性評價方法探索
為了考察課程各個課堂教學環節對學生達到課程培養要求的效果,將二者對應起來設計了課堂教學環節效果評價表,對能力的形成性評價方法進行了探索[3]。表中每個單項的評分為0~3分(對應效果為:無,弱,一般,好)。通過初步調查并對評價結果進行統計,得出單項的平均分及各行各列的總分平均分(取整數)如表2所示。
初步調查結果顯示,目前設置的課堂教學環節,對應前四項課程培養要求的效果評價較好,在創新能力培養方面較弱,有待加強。邏輯歸納環節雖然總分較低,但在基礎理論教學方面的效果較好,可以繼續完善。該評價方法基本反映了教學環節與能力達成的因果關系,但要通過該評價方法來研究教育教學環節與能力培養的基本規律,還需進一步細化和完善。
4 結論
針對非機械類本科生的機械設計基礎課程進行了改革探索,從知識、能力、素質三方面明確了本門課程的培養要求,再針對課程要求設置引導式提問、邏輯歸納、自學與講授結合、專題訓練、知識拓展等課堂教學環節,再采用教學環節與課程要求對應的評價方法進行能力達成的形成性評價。初步研究表明,上述教學環節中對創新能力的培養不足,有待進一步改革;能力達成的評價方法基本反映了教學環節與能力達成的因果關系,還需進一步細化和完善以便為教育教學環節與能力培養的基本規律研究打下基礎。
參考文獻
[1] 李良軍,嚴興春,易樹平,等.工程教育專業認證背景下本科畢業生基本要求分析與衡量―― 以歐美國家的本科畢業生基本要求為鑒[J].高等建筑教育,2013,22(4):27-33.
機械原理基本知識點范文2
1.課程內容及其特點
機械制造實踐課程主要介紹機械制造生產現場管理,鉗、車、銑、刨、磨及普通電工等傳統機械制造的基本理論知識及基本技能,鑄工、鉗工、焊工及鋼的熱處理技術的基本知識,特種加工、數控加工等制造技術前沿與發展趨勢等。其主要特點為:以機械制造為主線,突出行業針對性和實用性,體現綜合性和實踐性。
2.性質
機械制造實踐課程為一門公共實踐性的技術基礎課。因此,必須遵循“實踐―理論―實踐”的教學規律,在實習教學過程中,將基本工藝理論、工藝方法和基本工藝實踐有機地結合起來。
3.作用
機械制造實踐課程為后續課程的教學、專業課程設計、畢業設計奠定扎實的工藝基礎,使學生有較寬的知識面和專業視野,并將提高學生在市場經濟條件下就業的競爭力和適應能力。
二、機械制造實踐課程教學方法的探討
1.感觀教學法
充分利用已有簡單的掛圖、模型等教具,實行教具感觀教學法。由于該課程涉及機械制造基礎知識點較多,如機械制圖、公差與配合、金屬切削原理與刀具、金屬材料及熱處理、金屬工藝學等,每一知識點都有相應掛圖、模型等教具(如制圖常用紙質或布質掛圖、木模等,金屬切削要用到車刀、麻花鉆、銑刀等重量輕、體積小的實體模型)。教師在鉗工工具知識授課時要把常用量具中的游標卡尺、千分尺、百分表等測量工具的實體進行展示并教學生使用。教師在金屬材料學知識講授時,可拿一些小塊鋼、鐵、有色金屬、工程塑料等實物材料來展示。教師用一個個實體的展現,要比書本上的示意圖更形象、直觀,將使學生對抽象難理解的知識點豁然開朗,起到事半功倍的教學效果。
2.多媒體教學法
學生走進多媒體教室,教師通過放映多媒體教學片,利用動畫視頻教學片演示各種機械零件制造的動態過程,可激發學生濃厚的學習興趣,并把興趣轉化為動力來學好該門課程。如通過車刀車削工件外圓動態演示,可使學生鞏固切削用量、刀具材料與刀具結構等知識;通過用麻花鉆、深孔鉆鉆孔演示來理解這兩種鉆頭不同的鉆削特點及鉆頭結構、鉆削用量,從而進一步認識麻花鉆與深孔鉆的區別、用途等;通過裝配、修配技術人員的實際操作演示來熟悉機械修理要點及裝配方法等;通過普通電工常用儀表、工具、導線線頭的加工、普通照明燈的安裝等演示使學生了解電工基礎知識等。動畫視頻教學片教學將使學生樂于接受知識,且形象、直觀、易懂,是課堂黑板板書講授的有力補充,尤其對機械制造實踐課程必不可少,作用明顯。這樣,將文字板書與動畫視頻相結合,能使學生對所學知識產生深刻記憶。
3.實踐與理論結合教學法
在學院實訓基地實際訓練,或者到機械制造廠參觀實際機加工等途徑進行機械制造實踐理論教學。
由于很多學生社會實踐不足,他們希望能看到真實零件的加工過程,而課堂內的講授枯燥、抽象、繁瑣,因此教師應將理論教學與現場教學相結合,把機械制造車間和實訓基地作為第二課堂,增強學生的工程意識,將知識講授與自主型實驗相結合,將加深學生對知識的理解,從而激發學生學習興趣。
4.模塊式教學法
針對機械制造中某一知識點采用模塊式教學,教師把課程內容合理地分成若干小模塊,對每一小模塊實行邊教學、邊實習,把教室搬到企業車間、技術科、實驗室,從而使學生充分靈活運用所學知識,做到學用結合。這樣學生在學好知識的同時,也大大提高了實踐技能,為以后課程設計打下堅實的基礎。如對深孔鉆削加工工藝特點這一知識點,帶學生到鉆削車間現場觀看技術工人實際操作或親自操作,從而熟知其散熱、排屑困難,并分析采用哪幾種措施解決深孔鉆削這兩大難題(如鉆頭材料、切削用量、切削液如何選用等)。這樣,現場得來的知識掌握起來將大大勝過課堂講授效果,將加深學生對知識的理解和
記憶。
機械原理基本知識點范文3
關鍵詞:化工裝備;課程體系;工作任務;技能;背景知識
中圖分類號:G712 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)41-0215-02
一、構建基于工作任務的課程體系思路
“高職化工裝備技術專業綜合改革”是四川省教育廳2011年高等教育質量工程立項建設項目,化工裝備技術專業課程體系建設是化工裝備技術專業綜合改革的重要部分之一,本文介紹的課程體系已經在我院2010級開始試行。機械工程系邀請化工裝備技術行業企業專家、人力資源部門負責人、生產一線技術人員和管理人員組成專業建設委員會,課題組通過市場調研,召開專業建設會議,并廣泛征求教師、行業企業專家和技術人員意見,指導化工裝備技術專業課程體系建設,提出了基于工作任務的核心課程體系建設的方案。通過對化工裝備技術專業所對應的職業崗位進行分析,提煉出適合教學的主要49個工作任務,對崗位的工作任務進行組合,將崗位背景知識、工作過程的相同或相近知識點、技能點進行歸納分類,以化工裝備為載體、化工裝備維修為核心,將化工裝備的構造、原理、基本故障診斷和維修等融為一體構建一門課程,遵循由簡單到復雜、由單一到綜合的認知規律,形成專業核心課程體系。打破傳統的以學科體系為基礎的課程體系。在這一課程體系中把工程力學相關理論融入到機械結構設計與裝配中,化工原理、流體密封的相關知識融入到流體機械結構與維護、化工設備結構與維護等課程中,構建基于工作任務的核心課程體系。
二、化工裝備技術專業核心課程體系構建
1.化工裝備技術專業崗位工作任務的確定。成立由專業帶頭人、骨干教師、企業專家、能工巧匠、行業專家組成的專業建設委員會,指導專業建設工作。通過對典型企業調研,確定本專業職業崗位的工作任務,這些任務包括機械零件圖閱讀、機械零件測繪、加工、熱處理,通用零部件的選擇、裝配與維修,液壓系統維護、各種化工設備的運行、維護、安裝修理,各種化工機器的運行、安裝修理、設備管理等49個主要工作任務。羅列完成工作任務所需知識和能力,對工作任務進行分解、組合,以典型化工裝備為載體,將化工裝備的構造、原理、基本故障診斷和維修等融為一體,構建一門課程。
2.課程體系的構建方法。遵循由簡單到復雜,由單一到綜合的認知規律,形成基于工作任務的核心課程體系。加強實踐環節,將實踐進一步的具體到位,以任務驅動、項目導向法進行課程內容重組,按照理論夠用為度、突出實踐的原則,融合職業資格證書所需的能力內容,將工作領域的工作任務和內容轉為學習領域的課程教學內容。進一步的完善,使課程體系、教學的內容更加貼近科學化,實際現實化,使形成完整的可執行的課程體系方案。
3.化工裝備技術主要核心課程的構建。第一,機械制圖。所對應的工作任務為零件圖閱讀和零部件圖的繪制;所需技能和背景知識為制圖的基本知識、零件的表達方法、零件圖、裝配圖繪制與閱讀。第二,互換性及技術測量。所對應的工作任務為零部件的加工,所需技能和背景知識為尺寸幾何精度及測量。第三,工程材料及成型。所對應的工作任務為零部件的熱處理,所需的技能和背景知識為材料的基本知識、熱處理、熱成型、普通機械加工方法及設備、數控加工技術及設備與特種加工技術及設備。第四,鉗工操作訓練。所對應的工作任務為鉗工操作,按照鉗工基本進行訓練。第五,機械結構設計與裝配。所對應的工作任務為通用零部件的選擇、裝配與維修。所需的技能和背景知識為常用構建、聯接件、機械傳動、周、軸承、彈簧等結構特點、工作原理、選型與安裝。第六,液壓傳動。所對應的工作任務為液壓系統維護,所需的技能和背景知識為液壓傳動的工作原理及組成、流體力學基礎、液壓元件、典型液壓回路、傳動系統、液壓控制系統。第七,化工生產基礎。所對應的工作任務為化工生產實習,所需的技能和背景知識為常見化工生產工藝、工作過程知識,管道、閥門的標準、結構、安裝維護等。第八,化工設備結構與維護。所對應的工作任務為化工設備的保溫、隔熱,換熱器的故障判斷與維護;塔設備的運行、維護與檢修;反應設備的運行、維護與檢修。所需的技能和背景知識為傳熱學原理、換熱器的結構、工作原理、運行、維護、檢修知識;氣體的吸收、精餾原理,塔設備的結構、工作原理、維護與檢修等;反應設備工作原理,反應釜密封、攪拌類型,反應容器的結構、運行及維護檢修等。第九,壓力容器結構與制造。所對應的工作任務為壓力容器設計與制造,所需的技能和背景知識為壓力容器分類、結構、強度計算,主要零部件、壓力試驗和氣密性實驗的操作方法,壓力容器制造工藝及無損檢測。第十,流體機械結構與維護。所對應的工作任務為離心泵及其他類型泵的運行與維護、離心式壓縮機及風機的運行與維護、活塞式壓縮機運行與維護,所需的技能和背景知識為流體力學基礎知識、工程熱力學基礎知識、流體密封與結構,泵、壓縮機、風機的工作原理、結構、運行與維護、選型、檢修與安裝。第十一,分離機械結構與維護。所對應的工作任務為分離機械的運行、故障診斷、安裝修理,所需要的技能和背景知識為介質特性、沉降、過濾、萃取、離心分離原理、分離機械原理、結構、運行、維護、檢修與安裝。第十二,化工機械狀態監測。所對應的工作任務為化工機器振動監測與處理,所需的技能和背景知識信號處理、旋轉機械故障診斷與處理。
化工裝備技術專業基于工作任務的核心課程體系建設項目,已經在我院2010級開始試行,相應的校本教材已編寫完成,我們將在今后的教學實踐中,不斷的完善和提高,根據教學的實際情況來不斷的完善校本教材,根據規范的校本教材來具體實施,用以取得良好的效果,為化工行業和地方經濟的發展提供高素質高技能的專門技術人才。
參考文獻:
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[2]崔秀敏.構建以職業能力為本位的高職課程體系[J].中國成人教育,2008,(1):100-101.
[3]魏勝宏.優化高職課程體系培養學生可持續發展能力[J].鎮江高專學報,2009,(4):70-73.
[4]唐樹伶.以能力為核心的高職課程體系的構建[J].中國成人教育,2009,(15):74-75.
機械原理基本知識點范文4
關鍵詞: 極限配合;技術測量;教學;理解;掌握
中圖分類號:G718 文獻標識碼:B 文章編號:1672-1578(2013)03-0284-01
《極限配合與技術測量》是機械制造專業一門重要的專業課程,學好該課程對學生綜合素質和技能訓練起著舉足輕重的作用。為此,筆者結合自己多年的教學經驗,并結合該課程的特點,從四個方面探討這門課程的教學,取得較好的教學成效。
1.分層突破教材中的重、難點內容,鞏固學生的基礎知識
《極限配合與技術測量》課程內容中名詞術語多,抽象概念多,標準項目多,符號代號多,且涉及的知識面廣,學生本身的基礎比較薄弱。因此,必須結合教材重點難點內容分層突破,鞏固學生的基礎知識。在教學過程中,根據本課程的任務和特點對教學內容進行適當處理,劃分為重講、點講、簡講三類進行區分處理。
1.1 重講:著重介紹尺寸及形位公差的基本術語、定義、符號和標注方式、簡單的公式計算、公差原則。重點講解各類常用量具量儀原理及使用方法;把互換性、基本尺寸、極限尺寸、公差、極限偏差、基本偏差等幾個重要概念作為主要知識點,對易混淆的重點難點內容進行詳細闡述。例如, Xmin=0與 Ymin=0兩者的區別,應當詳細分析。兩者的區別有二:
1.1.1 公差帶不同:Xmin=0時,孔上軸下,Ymin=0時,孔下軸上。
1.1.2 配合松緊不同:Xmin=0時,在間隙配合中為最緊狀態。Ymin=0時,在過盈配合中為最松狀態。
1.2 點講:介紹典型零件的公差與配合,通過講解讓學生掌握代號的含義、標注方式。簡述表面粗糙度的基礎知識等內容,在教學過程中,《極限配合與技術測量》課程與各相關學科都存在著一定程度的影響;聯系各科知識點,注重與相關學科的知識點交融,突出知識應用。
1.3簡講:理論公式推導等內容就簡單講,例如,在測量技術部分,對計量器具的工作原理、測量數據的處理這些內容一筆帶過。
2.結合常見機械實例,深化學生的感性認識
由于《極限配合與技術測量》課程中有許多知識是比較抽象的,而學生普遍感到教材內容生疏、抽象難懂,從而影響他們的學習興趣和學習積極性。因此,安排適當時候組織學生到實訓車間見習,開闊視野,讓學生理解零件的加工精度與機床精度、加工方法及操作者操作技能間的關系、測量方法等知識,從而加深學生對尺寸公差及配合,形位公差等有關抽象知識的理解,起到事半功倍的作用。
根據教學內容精心準備典型的實例,由具體到抽象,由淺顯到深入,通過淺顯的事例來說明較深的理論,由簡到繁,使學生樹起自信心,使抽象的知識變得生動起來,從而提高課堂教學效果。
3.利用現代教育手段(如多媒體課件)的靈活性,強化學生的理解能力
由于《極限配合與技術測量》課程中涉及形位公差的公差帶形狀以及公差原則等內容需要使用大量的圖形來表達,對于理解難度較大的內容,可充分利用多媒體課件進行輔助教學。多媒體課件既可以把語言講述明白的內容用圖片、動畫形象地演示出來,或將講解配以動態演示使教學過程更加靈活,多媒體教學手段可增強學生的理解能力,使教學過程圖文并茂極大地豐富和擴展了教學內容,使教學更具有直觀性、生動性和趣味性。
4.通過訓練工、量具的使用,提高學生的動手能力
由于《極限配合與技術測量》又是一門與測繪操作緊密相關的實踐課,在教學中還必須理論聯系實際,通過實物測量提高學生的學習興趣。由于中職教育是培養學生的動手能力及實踐應用能力,畢業生就業后對工、量具的使用正確與否,將直接影響產品的加工質量及所檢驗產品的合格率,甚至影響企業的經濟效益。因此,要注重技術測量基本知識的教學,使學生掌握技術測量的有關概念、計量器具的種類、測量方法的分類、基本計量參數、測量誤差的概念與評定指標、測量誤差產生的原因與分類等相關知識。例如,讓學生掌握常用和通用工量具(鋼尺、內外卡鉗、游標卡尺、螺紋規、千分尺、游標卡尺、百分表、量規、量塊等)的使用方法,用它們來測量常用的零件,邊檢測邊調整,學生經過這些操作有助于牢固掌握課程內容。
參考文獻
[1] 黃云清:公差配合與測量技術[M].北京:機械工業出版社,2001.
[2] 晉順:極限配合與技術測量課程體系的重構[J].職教論壇,2002(4):28-29.
機械原理基本知識點范文5
一、明確考試說明中化學實驗的有關內容和能力要求
雖然我接觸的很大一部分同學開始復習的時候認為《全國統一考試說明》枯燥無味,還不如去做一套試題呢。其實不然,只有認真閱讀了考試說明才能了解考查內容和能力要求,所以我用了6個課時的時間為我的學生對考試說明進行了認真解讀,具體的內容和能力要求我就不在重復了,請同學們認真閱讀考試說明,我們在平常的實驗復習中應以考試說明為依據,以中學化學教材中的試驗知識為載體、對考試說明中的知識進行歸納和仿真,辨析有關概念,提高思維的敏捷性。同時挖掘教材內涵,化解難點,通過橫向、縱向統攝整理,使知識網絡化、系統化。這樣在實驗復習中做到有的放矢,提高復習效率,會起到事半功倍的效果。
二、加強實驗的基本知識和基本操作的訓練,提高實驗的基本素質
中學化學包含兩大部分內容;一是實驗的基本知識包括常用的儀器分類、使用和洗滌,常用試劑的貯存和取用,以及實驗安全和意外事故的處理。二是基本的實驗操作;包括氣體的制取、凈化、收集,物質的分離、提純,物質的檢驗以及有關的定量實驗。就這兩塊內容來說,其本身是相輔相成的,首先化學實驗的基本知識是化學實驗基本操作的基礎,而在化學實驗的基本操作中又是化學實驗的基本知識有了綜合運用和發揮的場所。因此只有注重實驗復習中的“雙基”訓練,掌握這些基本知識和基本操作的準確性、靈活性、規范性,才能提高實驗設計,綜合分析應用等各種能力,否則,實驗能力和思維培養也就成了無本之源。
三、注重實驗現象的觀察和實驗過程的分析、積累實驗經驗
高考實驗并不是對書本現有知識的照搬照抄,更不是機械的記憶重復,而是綜合實驗能力的考察。由于目前的高考無法直接考察學生的動手能力,因此近幾年高考均出現了通過對只有親手做過實驗才會引起注意的操作細節考察的試題,以達到間接考察動手能力的目的。這就要求我們在平時的學習和復習過程中,在善于觀察的基礎上并能對有關問題進行思考。若只注重操作的要點、關鍵和要求,而不注重實驗過程中的細節,尤其是一些最基本最平常操作中的細節,易成為實驗中的盲點,在高考中處于被動地位。同時,對實驗觀察能力的培養過程,也是實驗經驗的積累過程,只有經過大量的實際操作,才能豐富實驗經驗,才能掌握實驗過程中的操作細節。這樣既能在高考中得心應手,也符合素質教育中滲透素質教育的要求。
四、聯系實際,拓寬視野
為了推進素質教育,防止中學生過早地分科、偏科,引導學生關注社會熱點問題,提高學生綜合化的要求日益被重視。教育部高考改革方案中明確提出,應“注意考察應用分析和綜合能力,注意考察跨學科的綜合能力和學科知識滲透能力?!彼宰鳛榭倧土曋谐浞诌\用科學的學習方法,實現由知識向能力的升華,提高科學素養與應試能力是總復習的最終目的,從學科角度看,化學與現代生產、生活、科技各個方面有著廣泛的聯系。現代人的衣食住行離不開化學?;瘜W反應在現實生活中無處不在。而化學則是以實驗為基礎的一門自然學科。書本中的化學知識與自然現象,科學發展、醫藥、染料的生產過程以及日常生活等諸方面都可用于化學實驗緊密相連,所以化學實驗的重要地位日益突出。
五、分析研究試驗試題的變化趨勢
機械原理基本知識點范文6
一、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?;A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。
二、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。