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【摘 要】针对环境工程专业中工程力学课程存在的教学内容及方法手段等存在的主要问题，对《工程力学》从教学内容及教学时间安排，教学方式和教学手段、课程考核方式等方面进行了探讨，以提高教学质量，培养兼具理论知识和实际能力的高素质人才。
【关键词】工程力学；教学改革；环境工程
工程力学是教育部21世纪高等学校规划科目，是工科专业主要的基础课程，兼有基础理论和应用技术双重性质，是一门理论与实践紧密联系、基本概念和实际计算并重的课程。我国的环境工程专业大部分是七十年代以后随着环境问题的日益严重发展起来的，属于单独的环境科学与工程一级学科；另外，给排水工程专业因涉及到环境工程给水处理、污水处理以及管网等内容，随着环境问题日益突出，其与环境工程专业之间的交叉性也越来越密切。随着国家不断加大对环境工程专业中水环境修复、大气污染治理、固废处理方面的投资，各种环保设备的设计及应用越来越多，这些设备在实际当中受力及变形情况分析决定了工程力学开设的必要性。
环境工程专业中开设工程力学，其内容主要包括静力学和材料力学两部分。目前大部分学校环境工程专业安排学时基本在60学时以下，其中讲授内容约占90%，实验教学约为10%。因此存在学时少、内容多的问题；而且由于工程力学存在较多抽象的概念，学生理解较为困难，目前存在计划中要求加快进度而学生实际不具备加快条件的矛盾。因此要尽可能多的讲授课程内容，使学生学好本课程，必须调整教学体系，从教学思想上彻底更新，培养出符合时代要求的兼具理论知识和实际能力的人才，就具有更为突出的社会现实意义。
1.教学内容及教学时间安排
在环境工程专业领域中，与工程力学相关部分主要是各种环保设备及给排水管道在实际当中的受力及变形情况分析，因此学习工程力学需选择合适的内容。静力学作为各种力学内容学习的基础，是各个专业学习工程力学的必修部分。材料力学研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和导致各种材料破坏的极限，是所有工科学生必修的部分，是设计工业设施必须掌握的知识[1]。对于工科学生来说，学习材料力学需要的理论力学内容在高中阶段已经掌握。因此结合环境工程及给排水专业选择材料力学的内容将是主要问题。
工程力学是对环境工程中用到的环保设备的安全性进行分析的课程。因此应该在开设环保设备相关课程的同时或之后开设工程力学。而实际当中，部分高校往往在大学二年级上学期开设，学生在还未接触专业知识下进行学习，导致不能与实际情况联系，理解较多抽象的概念比较困难，这一现状不但增加了教学的难度，打消了学生的积极性，而且学后印象不深，进而削弱了学习效果。
2. 教学方式和教学手段
目前，工程力学课程主要还是以讲授内容为主，约占90%；抽象的概念及受力计算导致学生学习过程中普遍认为难于理解。针对性的解决方法主要是调动学生的积极性，结合物理及数学知识提高理解能力和空间想象能力，并且提供实际实践实验提高学生兴趣。因此可从以下几种教学手段及方法进行。
2.1 增加教学实验
实验操作不但能强化感性认识，使学生对知识的理解更加深刻透彻；还是培养学生动手能力和科研能力的重要手段。由于课时有限，目前环境类专业工程力学课程中主要是材料力学部分开设了一些简单的实验，如材料的拉伸一压缩试验、等强度梁实验等。为了增强理论力学课程的兴趣性，应适当增加相关的实验课，比如在讲解动量矩守恒时，演示动量矩守恒实验：在转椅上双脚离地，站在上面，双手分开。手持健身哑铃或者等重的书本，会发现展开手臂时，转动变慢了，收缩手臂时，转动变快。这个小实验也可以让学生在户外的健身器材上亲自演示[2]。在讲解脆性材料的扭转破坏现象时，可以在课堂上拧黄瓜来演示，把与轴线成45℃角的断口清晰展示出来。再比如，讲解杆件组合受力变形时，可以演示健身器材握力棒受力变形情况，讲解受力后弯曲方向变化情况。讲解压杆稳定性问题时，可用较细的PVC管材演示不同长细比临界状态变形情况。这些小实验都易于操作、简单直观，又节省学时。比较复杂的实验也可以在实验室进行操作录像，并通过多媒体放给学生看。 这样以往枯燥无味、抽象呆板的力学课会变的趣味盎然，从而使学生学习的积极性大大提高[3]。另外，教师应总结教学实验经验，编写《工程力学》实验教学大纲，工程力学课程实验指导书等，用于指导实验教学，达到理论和实践良好互补。
2.2 理论联系实例
抽象的概念及受力状况往往使学生难以理解，如果能结合日常生活中简单的实际例子加以解释，将能激发学生的理解联想能力，将理论与周围事物紧密相连，更好地理解理论知识，锻炼学生的观察思考能力。如“约束”的概念对于学生来说是第一次接触，教师可以以教室中的物体为例子，如教室中的某根梁在自重的作用下应做自由落体运动，而它处于静止状态的原因就是此运动受到了限制，而限制它运动的它周围的物体对于它来说就是约束。比如讲解固定铰链支座和辊轴支座时，可以带领学生实际考察一些铁路桥梁的固定形式。在讲构件受力变形时，扭转变形方向只靠教师讲起受力和变形特点学生不好理解，我们可以举一个类似的例子，如我们在洗脸时拧手巾，手巾的变形就是扭转变形，让学生试着应用规律进行分析。再比如介绍力矩概念时就可以以教室中的门作为例子，教师可以亲自将力施加在不同的位置，让学生观察效果，总结力使物体绕某轴转动的效果与哪些因素有关。此方法使学生不但对该门课程更感兴趣、课堂气氛较好、学生乐于参加探索、分析、总结理论要点知识，并且可以与周围事物联系密切，帮学生将知识与生活相连，增强学生的学习乐趣，对周围事物的观察能力。
2.3 学生参于课程讲授
大部分课程授课教师基本都是在讲台上口授，长期授课难免枯燥乏味，往往不能提高学生的学习积极性，因此可以尝试让学生讲解某一具体章节内容。教师事先向学生布置讲授内容，下次授课前以抽点方式让部分学生讲解，教师和其它学生对其讲课情况进行点评，讨论讲解中存在问题，分析正确的解题思路。未讲解的同学可以通过台上同学和教师的讲解情况与自己的思路对比，加深对知识的理解与认识，将易范的错误、忽略的问题自我更正。学生在此过程的表现均计入过程性考核成绩中[4]。此教学手段既锻炼了学生的思维、语言表达能力、同时学生加深了对知识的印象，也提高了学习乐趣及积极性。 2.4 运用现代教学手段
恰当的教学手段是提高教育教学质量的重要保障。尤其是关于工程构件在受力下的变形情况，单单依靠讲解和板书的教学手法，达不到良好的教学效果。因此应充分采用多媒体教学手段，将文字、图片、声音、动画视频融为一体，展现工程构件受力及变形情况。有声有色的情景式教学环境，使传统教学中难以讲清的内容变得生动具体。另外，还可以将工程领域的实际问题及时灵活地引入教学之中，激发学生的学习实践兴趣。通过演示三维彩色仿真动画、动态教具和工程实例图片，可以拓展学生工程视野，可以更好地将一些工程实例展现在学生眼前，提高学生的理解能力。另外，针对多媒体教学中关于计算讲解中存在的缺点，教师需结合板书讲解计算的步骤和做题过程中的注意事项[2]。
为拓宽学生的视野及知识的深度与广度，应邀请校内外专家学者举办与课程相关的系列讲座，使学生更加深入的了解此课程的理论基础和实际价值。
2.5 自编习题册
由于工程力学融合了物理和数学的许多知识，因此学生需要大量的习题练习。在教学过程中，教师可以在每章讲解完后，将学生分成多个小组（每组3-5人），让学生以考试试卷的形式（包括填空、选择、判断和计算题），在课余时间总结此章中的内容，掌握知识点的重点、难点。教师根据所出试卷判断学生掌握情况，及时查漏补缺，完善每章试卷；最后将全部章节的试卷汇编成册，让学生据此内容进行练习，提高学生掌握知识点的准确性。
3. 优化课程考核方式
由于工程力学教学综合了讲授、实验及习题练习等多种教学方式，因此在课程成绩的考核上需要制定一个合理的评定标准， 然而当前普遍都是以理论知识考核为主、实践能力考核为辅，这就直接关系到在上述问题探讨过程中所涉及到的学习兴趣问题。因为成绩的评定和实践部分结合的不紧密直接导致学生对实践部分的忽视，而实践部分恰恰是最能让学生体会到理论知识在现实生活中如何得到应用的部分，因此提高实践考核在课程整体考核中的比重是非常重要的[5]。因此可以按照理论和实践考核分别占50%和40%的比重进行考核，平时课堂上提问回答、作业、随堂测试等情况占总成绩的10%。采用这一综合评定标准，不但能考察学生熟练掌握力学知识的能力和实验动手的能力，还考核学生平时学习的认真态度，使其从先前的被动变为主动，课程的学习氛围会在一个良性的环境中得到充分提升。
4. 结束语
总之，环境工程专业的《工程力学》课程的讲授，必须综合学校的特点和学生以及专业的特点，真正做到以人为本，课程的内容确实做到适应专业和学科发展的需要，真正把培养具有综合素质能力学生的指导思想贯穿整个教学活动中。培养出基础扎实、知识面宽、能力强的适合环境工程专业培养目标要求的高素质人才。
参考文献：
[1] 范钦珊. 工程力学教程[M]. 北京：高等教育出版社，1998.
[2] 张雅静，李治国，冯海全. 浅谈工程力学教学中多种教学方法的应用. 科技创新导报，2012，19：157-158.
[3] 赵冰，张岩. 材料力学实验教学模式改革的探讨[J]. 中国现代教育装备，2011， （3）： 115-116.
[4] 王环.互动教学法探索[J].高等理科教育. 2003， （s2）：178-180.
[5] 张伟，李丹. 浅析高校工程力学教学中的改革与创新. 科技信息，2012，7：304-309.
作者简介：
王万峰（1979-），男，博士，副教授，主要从事环境污染控制研究及环境工程专业教学工作。
基金项目：
河南省教育厅科学技术研究重点项目（No.01336631006），河南师范大学博士科研启动课题（01036500517）。
【关键词】工程力学；教学改革；环境工程
工程力学是教育部21世纪高等学校规划科目，是工科专业主要的基础课程，兼有基础理论和应用技术双重性质，是一门理论与实践紧密联系、基本概念和实际计算并重的课程。我国的环境工程专业大部分是七十年代以后随着环境问题的日益严重发展起来的，属于单独的环境科学与工程一级学科；另外，给排水工程专业因涉及到环境工程给水处理、污水处理以及管网等内容，随着环境问题日益突出，其与环境工程专业之间的交叉性也越来越密切。随着国家不断加大对环境工程专业中水环境修复、大气污染治理、固废处理方面的投资，各种环保设备的设计及应用越来越多，这些设备在实际当中受力及变形情况分析决定了工程力学开设的必要性。
环境工程专业中开设工程力学，其内容主要包括静力学和材料力学两部分。目前大部分学校环境工程专业安排学时基本在60学时以下，其中讲授内容约占90%，实验教学约为10%。因此存在学时少、内容多的问题；而且由于工程力学存在较多抽象的概念，学生理解较为困难，目前存在计划中要求加快进度而学生实际不具备加快条件的矛盾。因此要尽可能多的讲授课程内容，使学生学好本课程，必须调整教学体系，从教学思想上彻底更新，培养出符合时代要求的兼具理论知识和实际能力的人才，就具有更为突出的社会现实意义。
1.教学内容及教学时间安排
在环境工程专业领域中，与工程力学相关部分主要是各种环保设备及给排水管道在实际当中的受力及变形情况分析，因此学习工程力学需选择合适的内容。静力学作为各种力学内容学习的基础，是各个专业学习工程力学的必修部分。材料力学研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和导致各种材料破坏的极限，是所有工科学生必修的部分，是设计工业设施必须掌握的知识[1]。对于工科学生来说，学习材料力学需要的理论力学内容在高中阶段已经掌握。因此结合环境工程及给排水专业选择材料力学的内容将是主要问题。
工程力学是对环境工程中用到的环保设备的安全性进行分析的课程。因此应该在开设环保设备相关课程的同时或之后开设工程力学。而实际当中，部分高校往往在大学二年级上学期开设，学生在还未接触专业知识下进行学习，导致不能与实际情况联系，理解较多抽象的概念比较困难，这一现状不但增加了教学的难度，打消了学生的积极性，而且学后印象不深，进而削弱了学习效果。
2. 教学方式和教学手段
目前，工程力学课程主要还是以讲授内容为主，约占90%；抽象的概念及受力计算导致学生学习过程中普遍认为难于理解。针对性的解决方法主要是调动学生的积极性，结合物理及数学知识提高理解能力和空间想象能力，并且提供实际实践实验提高学生兴趣。因此可从以下几种教学手段及方法进行。
2.1 增加教学实验
实验操作不但能强化感性认识，使学生对知识的理解更加深刻透彻；还是培养学生动手能力和科研能力的重要手段。由于课时有限，目前环境类专业工程力学课程中主要是材料力学部分开设了一些简单的实验，如材料的拉伸一压缩试验、等强度梁实验等。为了增强理论力学课程的兴趣性，应适当增加相关的实验课，比如在讲解动量矩守恒时，演示动量矩守恒实验：在转椅上双脚离地，站在上面，双手分开。手持健身哑铃或者等重的书本，会发现展开手臂时，转动变慢了，收缩手臂时，转动变快。这个小实验也可以让学生在户外的健身器材上亲自演示[2]。在讲解脆性材料的扭转破坏现象时，可以在课堂上拧黄瓜来演示，把与轴线成45℃角的断口清晰展示出来。再比如，讲解杆件组合受力变形时，可以演示健身器材握力棒受力变形情况，讲解受力后弯曲方向变化情况。讲解压杆稳定性问题时，可用较细的PVC管材演示不同长细比临界状态变形情况。这些小实验都易于操作、简单直观，又节省学时。比较复杂的实验也可以在实验室进行操作录像，并通过多媒体放给学生看。 这样以往枯燥无味、抽象呆板的力学课会变的趣味盎然，从而使学生学习的积极性大大提高[3]。另外，教师应总结教学实验经验，编写《工程力学》实验教学大纲，工程力学课程实验指导书等，用于指导实验教学，达到理论和实践良好互补。
2.2 理论联系实例
抽象的概念及受力状况往往使学生难以理解，如果能结合日常生活中简单的实际例子加以解释，将能激发学生的理解联想能力，将理论与周围事物紧密相连，更好地理解理论知识，锻炼学生的观察思考能力。如“约束”的概念对于学生来说是第一次接触，教师可以以教室中的物体为例子，如教室中的某根梁在自重的作用下应做自由落体运动，而它处于静止状态的原因就是此运动受到了限制，而限制它运动的它周围的物体对于它来说就是约束。比如讲解固定铰链支座和辊轴支座时，可以带领学生实际考察一些铁路桥梁的固定形式。在讲构件受力变形时，扭转变形方向只靠教师讲起受力和变形特点学生不好理解，我们可以举一个类似的例子，如我们在洗脸时拧手巾，手巾的变形就是扭转变形，让学生试着应用规律进行分析。再比如介绍力矩概念时就可以以教室中的门作为例子，教师可以亲自将力施加在不同的位置，让学生观察效果，总结力使物体绕某轴转动的效果与哪些因素有关。此方法使学生不但对该门课程更感兴趣、课堂气氛较好、学生乐于参加探索、分析、总结理论要点知识，并且可以与周围事物联系密切，帮学生将知识与生活相连，增强学生的学习乐趣，对周围事物的观察能力。
2.3 学生参于课程讲授
大部分课程授课教师基本都是在讲台上口授，长期授课难免枯燥乏味，往往不能提高学生的学习积极性，因此可以尝试让学生讲解某一具体章节内容。教师事先向学生布置讲授内容，下次授课前以抽点方式让部分学生讲解，教师和其它学生对其讲课情况进行点评，讨论讲解中存在问题，分析正确的解题思路。未讲解的同学可以通过台上同学和教师的讲解情况与自己的思路对比，加深对知识的理解与认识，将易范的错误、忽略的问题自我更正。学生在此过程的表现均计入过程性考核成绩中[4]。此教学手段既锻炼了学生的思维、语言表达能力、同时学生加深了对知识的印象，也提高了学习乐趣及积极性。 2.4 运用现代教学手段
恰当的教学手段是提高教育教学质量的重要保障。尤其是关于工程构件在受力下的变形情况，单单依靠讲解和板书的教学手法，达不到良好的教学效果。因此应充分采用多媒体教学手段，将文字、图片、声音、动画视频融为一体，展现工程构件受力及变形情况。有声有色的情景式教学环境，使传统教学中难以讲清的内容变得生动具体。另外，还可以将工程领域的实际问题及时灵活地引入教学之中，激发学生的学习实践兴趣。通过演示三维彩色仿真动画、动态教具和工程实例图片，可以拓展学生工程视野，可以更好地将一些工程实例展现在学生眼前，提高学生的理解能力。另外，针对多媒体教学中关于计算讲解中存在的缺点，教师需结合板书讲解计算的步骤和做题过程中的注意事项[2]。
为拓宽学生的视野及知识的深度与广度，应邀请校内外专家学者举办与课程相关的系列讲座，使学生更加深入的了解此课程的理论基础和实际价值。
2.5 自编习题册
由于工程力学融合了物理和数学的许多知识，因此学生需要大量的习题练习。在教学过程中，教师可以在每章讲解完后，将学生分成多个小组（每组3-5人），让学生以考试试卷的形式（包括填空、选择、判断和计算题），在课余时间总结此章中的内容，掌握知识点的重点、难点。教师根据所出试卷判断学生掌握情况，及时查漏补缺，完善每章试卷；最后将全部章节的试卷汇编成册，让学生据此内容进行练习，提高学生掌握知识点的准确性。
3. 优化课程考核方式
由于工程力学教学综合了讲授、实验及习题练习等多种教学方式，因此在课程成绩的考核上需要制定一个合理的评定标准， 然而当前普遍都是以理论知识考核为主、实践能力考核为辅，这就直接关系到在上述问题探讨过程中所涉及到的学习兴趣问题。因为成绩的评定和实践部分结合的不紧密直接导致学生对实践部分的忽视，而实践部分恰恰是最能让学生体会到理论知识在现实生活中如何得到应用的部分，因此提高实践考核在课程整体考核中的比重是非常重要的[5]。因此可以按照理论和实践考核分别占50%和40%的比重进行考核，平时课堂上提问回答、作业、随堂测试等情况占总成绩的10%。采用这一综合评定标准，不但能考察学生熟练掌握力学知识的能力和实验动手的能力，还考核学生平时学习的认真态度，使其从先前的被动变为主动，课程的学习氛围会在一个良性的环境中得到充分提升。
4. 结束语
总之，环境工程专业的《工程力学》课程的讲授，必须综合学校的特点和学生以及专业的特点，真正做到以人为本，课程的内容确实做到适应专业和学科发展的需要，真正把培养具有综合素质能力学生的指导思想贯穿整个教学活动中。培养出基础扎实、知识面宽、能力强的适合环境工程专业培养目标要求的高素质人才。
参考文献：
[1] 范钦珊. 工程力学教程[M]. 北京：高等教育出版社，1998.
[2] 张雅静，李治国，冯海全. 浅谈工程力学教学中多种教学方法的应用. 科技创新导报，2012，19：157-158.
[3] 赵冰，张岩. 材料力学实验教学模式改革的探讨[J]. 中国现代教育装备，2011， （3）： 115-116.
[4] 王环.互动教学法探索[J].高等理科教育. 2003， （s2）：178-180.
[5] 张伟，李丹. 浅析高校工程力学教学中的改革与创新. 科技信息，2012，7：304-309.
作者简介：
王万峰（1979-），男，博士，副教授，主要从事环境污染控制研究及环境工程专业教学工作。
基金项目：
河南省教育厅科学技术研究重点项目（No.01336631006），河南师范大学博士科研启动课题（01036500517）。