土木类专业导论论文

2022-05-13

下面是小编为大家整理的《土木类专业导论论文(精选3篇)》,仅供参考,大家一起来看看吧。摘要:《近海工程导论》是哈尔滨工业大学土木工程学院面向土木工程专业高年级本科生开设的一门专业选修课,旨在拓宽传统土木工程专业的学生知识背景和学术视野,并使其初步掌握海洋平台等近海工程结构的分析和设计能力。基于此,本文对《近海工程结构》的课程内容进行了详细设计,并对教学方法和授课方式进行了初步探讨。

第一篇:土木类专业导论论文

应用型院校土木类专业《土木工程施工》课程教学改革与实践

摘 要:该文分析了土木类专业《土木工程施工》课程特点及专业定位,总结并归纳了当前该课程在教学中的存在的不足之处,从教学计划、人才培养、授课方式、理论和实践教学等方面提出了一系列教学改革措施。将研究结果应用于江苏海洋大学土木工程施工课程理论与实践教学中,取得了良好的教学效果,有一定的借鉴意义。

关键词:土木类专业 土木工程施工 教学改革

《土木工程施工》是土木类专业一门主干专业课,内容主要由两部分组成:施工技术和施工组织,内容庞杂繁多且各章内容相对独立,具有离散性、模块化、专业化的特征。该课程实践性强,以教师为主体、书本为中心,单纯地进行知识传授的教学模式已经无法满足土木类专业教学需求[1]。而随着我国建筑行业的快速发展和现场的施工难度的不断提升,这对工程一线的技术人员提出了更高的要求,迫切需要大批在工程中既有深厚的理论功底、又具有较强的实践能力的复合应用型技术人才。为了培养学生的工程实践能力,教改过程中要不断推进实践教学内容的设置[2]。在《土木工程施工》课程教学过程中如何培养学生理论和实践相结合,强化学生的实践能力并将其他专业知识在工程中进行综合应用则显得至关重要。

因此,该文分析了土木类专业《土木工程施工》课程教学中存在的各种问题,从系统教学、教学方式、教学内容等进行一定层度的研究和实践,以期有效解决土木类专业《土木工程施工》课程教学过程中存在的一系列问题,研究探索土木类专业《土木工程施工》课程教学模式改革,契合建筑业对土木类本科毕业生“上手快、后劲足”的复合型人才需求,提高土木类毕业生的竞争力。

1 目前土木类《土木工程施工》课程教学中存在的问题

1.1 理论教学、实习、课程设计效果不理想

《土木工程施工》课具有理论性、系统性和实践性的特点,工程建设的复杂性特征使得本课程教学具有自身的特殊性,即系统化、专业化和复合化,对实际施工中操作性强的施工工艺、工程机械或施工技术,课堂理论教学不能使学生充分理解和掌握课程内容,以版书、讲授、PPT等教学手段达不到在施工现场的教学效果。而现行本科教育的特点决定了学生不可能有大量的时间通过现场实习等手段获取施工过程的感性认识,实习时间短,只能在工程中学习1~2个工序;课程设计是将技术和组织及其他专业课的综合应用,许多高校没有安排专门的时间和教室,教师难指导、学生在应付,其效果可想而知。

1.2 教材内容和工程实际脱节

随着我国土木行业的快速发展,土木工程施工领域的新材料、新技术、新工艺和新设备不断涌现。虽然近几年来出版的《土木工程施工》教材在原有的内容基础上进行了删减和增加,但现教材中绝大部分内容仍然是多年以前比较成熟的施工工艺,而现场施工中许多已经得到推广和使用的新材料、新技术、新工艺和新设备在教材中却没有,如装配式结构、BIM技术、大跨度钢结构及特种结构等教材中没有提及或是一带而过。如果完全按照教材内容授课,必然产生教学内容和工程实际情况严重脱节,学生毕业后不可能立即投入实际工程施工,无法做到学以致用的目的,影响学生的就业质量和未来发展。

1.3 师资队伍建设不合理,达不到对学生工程实践能力的培养目的

《土木工程施工》是实践性很强的一门专业课程,授课教师除了需要具备广博和深厚的基础理论知识和专业知识外,还必须具备丰富的现场工程施工实践经验。现在很多高等院校的教师都具有硕士或博士学位,在基础理论知识和专业知识方面的师资力量很强,但很多教師都是在本科毕业后直接读研究生,毕业后进入高校从事教育工作,缺乏现场施工经验,对土木工程施工教学不利[3]。教师自身缺乏工程背景,无实际工程施工经验,不可能培养出实践能力较强的学生。并且现在部分高校缺乏对新教师进行有效培训的机制,由于师资缺乏,时间紧迫,对新教师略作培训或没有培训就上岗,没有老教师进行比较系统的传、帮、带的过程,教师实践教学能力只有通过自己边教学边摸索提高。

1.4 课程考核过于简单,对工程实践能力的考核不完善

现绝大部分高校《土木工程施工》课程的考核主是通过考试形式来实现的。考核成绩主要包括平时成绩和期末成绩,一般情况是,平时成绩占30%,期末考试成绩占70%。平时成绩主要包括上课考勤,作业情况和课堂提问的表现来综合评分。由于上课时间比较紧,点名考勤只能不定时进行或由班委完成,作业主要由个别成绩好的学生在做,其他大部分学生抄袭;课堂提问由于学生人数众多(合班课),无法提问到每个学生,同时问题难度不一,考量标准难于统一,课堂表现得分形同虚设,因而平时成绩评分科学性差,存在较大偏差。期末试卷题型种类较少,形式单一,学生主要是根据课本内容和考试范围死记硬背,考试后时间不长课程内容很快也就忘了,这种考核方式没有对工程实践能力的考核,不利于培养学生工程实践能力。

2 《土木工程施工》课程教学改革的一些措施

2.1 以实际工程的理论教学为主线,实习、课程设计为手段,专业教师一站式模块教学改革与实践

为了改善《土木工程施工》课程实践性教学难的现状,构建《土木工程施工》课程理论与实践相结合的一体化教学模式,根据课程模块化结构特点,分散完成《土木工程施工》实习、课程设计等实践性环节,即在完成某一模块理论教学之后,立刻安排针对性的训练、现场实操等实践性学习环节,通过将学习内容和工程实际情况的有机结合,不断强化和加深学生对所学理论知识的理解与掌握;建设实际工程专业图纸库,对理论教学、实习、课程设计进行系统化教学;所有模块教学由同一位专业教师完成,增加了教师和学生之间的融合和互动,由于教师对学生了解的深入,提高了教师对学生个体的教学质量。经过笔者的教学实践,学生反响强烈,效果显著。

2.2 认真比选教材,结合实际更新课程内容

现行的《土木工程施工》教材版本众多,授课教师应根据土木类专业方向和教学大纲精心挑选教材,尽量选用规划教材或获奖教材;也可以根据自身的办学定位和专业特色,进行相应的教材建设。在教学大纲制定和教学计划安排过程中,可根据土木类专业的特点来设置对应的教学内容,明确教学范围和方向,对授课内容进行适当的调整和增减。

针对目前大多数教材内容落后于工程实际的情况,需要对教材内容及时更新。如绿色施工、装配式结构、BIM技术、大跨度钢结构及特种结构等。在教学过程中,积极引入相关章节的新技术内容并且和结合实际工程,以翻转课堂、雨课堂等多种教学手段激发学生的学习兴趣、学习热情及专业认同感,让学生能够了解土木工程施工最前沿的知识,掌握土木工程施工的最新技术。

2.3 完善教师培养机制,多渠道实现学生实践能力的培养

教师作为土木工程知识的直接传授者,应及时了解和掌握国内外最新的施工动态,与时俱进地进行教师队伍建设,增强教师工程实践能力。组织刚参加工作的年轻教师进行教学内容、教学组织、教学方法的探讨和学习;由资深教师实行导师制,进行工程实践和教学观摩,通过老教师的言传身教,实现青年教师在实践能力上的尽快提升;通过和施工企业合作进行实习、实训基地建设,在为学生实习提供场所的同时也可以为教师的实践能力提高提供便利,教师可以去对口的实习基地参观学习、挂职锻炼或进行产学研项目研究。这样对教师的工程经验和实践能力的提高很快。还可以聘请经验丰富的现场工程师作为兼职教师,在现场教学、实习、课程设计等教学环节作为专业教师的补充,教学相长,只有具有丰富工程经验的教师才可以培养出具有较强实践能力的学生。

2.4 改善课程考核结构,增加实践能力考核内容,完善考核方法

若要提高学生理论应用实践的能力,必需完善课程考核的内容和方法,增加工程实践能力考核环节,以考促学。对于《土木工程施工》课程来讲,可进行如下改进。

(1)命题的试题内容中要增加足够的现场施工工程背景来结合实际施工工程内容;从试题构成方面可适当降低客观考题比重,提高主观分析题所占比重。

(2)弱化考試笔试成绩分值,卷面成绩所占比例降低至50%甚至更低,学生课程成绩为:平时成绩×50%+卷面成绩×50%。

(3)平时成绩考核内容在原有考核的基础上增加实践能力考核方法,增加工地参观实习、案例讨论分析、课程论文等方面的考核,从多角度、多层次的对实践能力进行考量并定量化。

3 结语

综上所述,《土木工程施工》课程教学效果直接关系学生未来的就业与职业发展,其综合实践能力的培养必需满足技术不断更新和工程实际变化的需求。因此,教师要实现以理论讲授为主向以实践环节为中心引导课堂教学的变革,不断地强化教师自身工程实践经验建设,以课后考试为主向以过程考核为主的转变,最终实现提高学生工程实践能力的培养目标,从而有效地提高教学效果,为工程建设培养高素质的应用型人才。

参考文献

[1] 刘勇,徐森,章莉.工程管理专业土木工程施工课程教学改革探索与实践[J].高等建筑教育,2013,22(3):78.

[2] 马杰,李同杰,柳伟续.专业认证背景下专业课程能力培养教改研讨[J].教育教学论坛,2019(2):113.

[3] 郭剑虹,李春祥.基于提高工程实践能力的施工课程教改研究[J].科技视界,2017(1):81-82.

作者:朱建国

第二篇:浅谈面向土木工程方向的《近海工程导论》教学

摘要:《近海工程导论》是哈尔滨工业大学土木工程学院面向土木工程专业高年级本科生开设的一门专业选修课,旨在拓宽传统土木工程专业的学生知识背景和学术视野,并使其初步掌握海洋平台等近海工程结构的分析和设计能力。基于此,本文对《近海工程结构》的课程内容进行了详细设计,并对教学方法和授课方式进行了初步探讨。

关键词:近海工程;教学内容;教学方法

一、引言

21世纪是海洋的世纪,由于海洋中蕴含丰富的资源,比如水资源、海洋生物质资源、矿产与油气资源、海上航运资源、海上能源资源及海上空间资源等,各国都在大力发展海洋工程。海洋工程是指应用海洋基础科学开发利用海洋资源所形成的一门综合性技术学科,狭义上讲,也指开发利用海洋资源、保护海洋环境和某些特殊用途所需的各种建筑物、建筑群和其他工程设施[1]。海洋工程主要包括海岸工程、近海工程和深海工程。其中近海工程主要是在近海较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程,和在近海较深水域的半潜式平台、钻井船、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场、张力腿平台、牵索式平台等的建设工程。近海工程技术除传统的土木建筑工程技术外,还包括造船工程技术。随着我国沿海地区开放程度的加大以及“一带一路”海上丝绸战略的提出,海洋在我国国民经济发展中正扮演着越来越重要的作用。党的十八大报告明确提出,“提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国”。

为了实现建设海洋强国的战略目标,就必须在高等院校培养一批国际一流船舶与海洋工程专业人才。然而由于我国海洋工程建设起步比较晚,目前国内具有船舶与海洋工程专业的高校较少。另一方面,作为传统的土木建筑工程专业,主要学习的课程局限在陆地上的建筑结构,一般不开设海洋工程结构相关课程。由于这两方面的原因,极大地限制了我国海洋工程人才的培养。众所周知,海洋工程的建设离不开土木工程专业技术,因此作为21世纪土木工程专业的本科生,也必须肩负起海洋开发建设部分责任。在海洋强国建设的大背景下,哈尔滨工业大学土木学院为土木工程专业高年本科生开设了《近海工程结构导论》这门专业选修课,旨在拓展传统土木工程专业学生的专业知识背景,了解和掌握近海工程的海洋环境、结构特征及近海工程结构的最新进展,重点掌握波浪及波浪荷载的相关理论,初步掌握海洋平台等近海工程结构的分析和设计能力。

二、教学内容设计

《近海工程结构导论》是面向土木工程专业高年级开设的专业选修课,总课时为24学时。由于课时较短,需针对传统土木工程专业高年级本科生的知识背景,同时兼顾课程知识体系的连贯性和逻辑性,合理安排课程的教学内容,使学生不仅了解海洋工程结构概况及前沿,还能够初步掌握海洋平台等近海工程结构的分析和设计能力,基于此,该课程设计为5个章节。第一章为绪论,设计授课时长2学时。由于土木工程专业学生对海洋工程的了解较少,因此在绪论中需较全面地介绍海洋工程的重要性和发展状况以及与传统土木工程的异同点,激发学生的学习热情和使命感。重点介绍世界和我国海洋资源的禀赋条件、开发和利用海洋资源所需要的海洋工程技术及其发展状况、海洋工程面临的海洋环境特征;海洋工程结构所遭受的环境荷载类型及近海工程结构的灾害类型;近海工程结构分析和设计方法。第二章为海洋平台结构,设计授课时长2学时。针对土木工程专业学生主要接触城市建筑结构,对近海工程结构缺乏基本概念,专门介绍近海工程结构的特征、拖运和安装形式,使得学生对海洋平台结构具有较全面的认识。本章重点介绍固定式、移动式、半固定式海洋平台使用环境和结构特征。第三章为海洋环境荷载,设计授课时长8学时。任何一种结构的设计,都首先需要确定作用在结构上的荷载,在这一点上,传统土木工程建筑设计与海洋平台设计没有本质的区别。然而由于海洋平台处于更加恶劣的自然环境中,其荷载形式异常复杂,比如其主要环境荷载形式为波浪荷载或风浪联合荷载。本章首先重点介绍波浪理论及其作用在结构物上的波浪力,其主要课程内容包括:回顾流体力学基本方程及势流理论;建立液体表面波基本方程,重点推导及阐述常深度小振幅简单波动解及特征、简单波动叠加特性、倾斜海底上波浪的传播特性;简要介绍有限振幅波(非线性波)理论;重点推导作用于小尺度结构上的波浪力,简要推导作用于大尺度结构体上的波浪力;简要介绍随机波浪理论及作用于海洋工程结构体上的随机波浪力。其次介绍风荷载、流荷载、地震荷载及其冰荷载,最后介绍荷载组合规则。第四章为固定式平台(导管架平台)设计,设计授课时长10学时。虽然目前海洋平台向具有更深水深作业能力的半潜式平台、张力腿平台和Spar式平台发展,但导管架平台仍然是目前世界上使用最多的一种平台,不论从设计理论还是从建造技术上来看,它都是一种最成熟和通用的平台形式。因此本章重点介绍导管架平台的基本设计过程。课程内容包括:导管架平台的总体设计要求;海洋平台结构的基本设计方法;桩基设计;导管架设计;平台结构的动力反应分析;圆管构件的强度和稳定性计算;管节点的设计与疲劳分析。本章课程内容较多,是该门课程的主要部分。由于土木工程专业高年级本科生具有一定的结构设计先导知识,因此该章节主要介绍导管架设计的基本方法与流程,重点强调与传统土木建筑结构设计方法的异同。第五章为移动式平台设计,设计授课时长2学时。由于日益增长的能源需求,世界各国都将油气资源的开发投向了深海,传统的固定式平台逐渐被深水浮式平台所代替,海洋平台朝着深水和超深水发展[2]。该章节将简要介绍浮式平台的设计要求和基本方法,基本内容包括:浮式平台重量和重心计算、浮式平台漂浮稳定性计算、锚泊系统设计、半潜平台设计。

三、教学方法設计

针对课程内容多、授课学时较短的特点,本课程将采用“讲授式”和“启发式”相结合的教学法。“讲授式”教学是指教师利用利用各种教学工具,通过口头语言讲解的方式,直接将知识传授给学生的一种教学方式。该教学法的优点是:在“讲授式”教学过程中,教师采取定论的形式直接向学生传递知识,从而排除学生对知识的神秘感和畏难情绪,使学习真正成为轻松的事情,还可以避免认识过程中许多不必要的曲折和困难[3]。这使得传授知识变得简捷和高效,非常适合课程内容多、授课学时短的课程。然而这种教学法下学生往往只是被动地接受知识,而不去主动思考传授知识的内涵,并且“讲授式”教学容易使学生产生依赖和期待心理,从而抑制学生学习的独立性、主动性和创造性。为了克服这些缺点,强化该教学法的优点,“讲授式”教学还需坚持启发性教学原则,教学过程中积极调动学生的积极性和主动性,启发学生独立思考,建立学生对新知识的求知欲。总之教师在教学过程中发挥主导作用,直接快速地讲解专业知识,同时使用通俗易懂的语言、生动鲜活的事例、新颖活泼的形式活跃教学气氛,启发学生思考,增强教学效果。强调学生在教学过程中的主体作用,激发学生学习的热情和积极性。

课堂上授课教师需多与学生互动,让学生发言,发表其对所讲知识的认识与疑问等。本课程采用“多媒体+板书”的授课方式。通过PPT、影视、动画等多媒体教学手段,使学生快速地将平面、抽象的知识转化成立体、直观的认识,同时也能调动学生的求知欲,激发学生的学习热情。比如在绪论中,通过适当的图片和影视资料,学生能够直观地认识到海洋资源、海洋环境及海洋工程的特征;在海洋平台结构中,运用多媒体手段,使得学生全方位了解海洋平台的结构特征及建设、拖运、安装全过程。然而对于本门课而言,除了概念性知识外,还有理论知识部分。理论知识部分具有较多的公式推导,单纯采用PPT介绍一方面不利于学生理解,另一方面比较枯燥,不利于调动学生的积极性。对于公式推导方面,板书教学具有很强的引导性和指引性,同时具有启发性,能够充分调动学生的积极性和参与性。

四、考核方法

为了评价学生掌握知识的程度,采用课堂提问、课后作业、随堂考试、读书报告及期末考试相结合的形式,综合评价学生的学习效果。这种多样的考查方式一方面能够充分调动学生的积极性,另一方面也能综合考查学生掌握知识的程度。

五、结语

《近海工程导论》是面向传统土木工程专业高年级本科生开设的一门专业选修课,旨在拓展传统土木工程专业学生的专业知识背景,初步掌握海洋平台等近海工程结构的分析和设计能力,为建筑海洋强国战略贡献力量。本文根据近海工程结构设计的专业知识体系,结合传统土木工程专业高年级本科生所学土木建筑知识背景,设计了面向传统土木工程专业的《近海工程导论》课程内容,根据课程内容特点探讨了“讲授式+启发式”的教学方法及“多媒体+板书”的授课方式。

参考文献:

[1]薛鸿超.海岸及近海工程[M].中国环境科学出版社,2003.

[2]陈建民,娄敏,王天霖.海洋石油平台设计[M].石油工业出版社,2012.

[3]陈菊梅,张祖荣.探究式教学与讲授式教学的有机整合研究——“受迫振动和共振”的教学案例[J].物理与工程,2014,(s2):23-27.

作者:赖马树金

第三篇:浅谈大学物理结合土木类专业课教学问题

摘 要 从解决问题的思想和具体知识点两方面,探讨大学物理教学与土木类专业课相结合的问题,并对如何结合提出几点建议。将大学物理与土木类专业课程结合起来教学,可以提高学生学习大学物理的兴趣,也有助于学习后续的专业课程。

关键词 大学物理;土木类专业课;理工科院校

Combination of College Physics Teaching and Civil Engineering Professional Courses//ZHANG Hualin

Key words college physics teaching; civil engineering professional courses; science and technology universities

1 前言

大学物理作为理工科院校的一门基础课,在整个大学教育中非常重要。目前关于大学物理与各专业相结合的教学的研究还比较少。李丹等[1]探讨建筑类独立院校的大学物理教学,认为要做好大学物理与专业课的衔接工作,针对不同的专业需求,大学物理课程内容的开设要有所调整。陈丽等[2]研究了与专业相结合的大学物理教学问题,指出通过加强专业思想教育,制订不同的授课计划,合理决定教学侧重点,可以进一步提升大学物理教学质量,使物理教学内容满足专业课的教学需要,及时有效地把物理知识向相近专业知识迁移,从而达到物理教学为专业课教学服务的目的。王萍[3]研究了在材料类专业大学物理教学中引入新材料概念的问题,指出通过新材料的介绍,可使材料类专业的学生了解现代材料科学与大学物理的联系,开阔学生视野,激发学生的学习积极性。

长沙理工大学是一所以理工为主的大学,设有不少土木类专业,每年有大量学生学习大学物理课程,而大学物理与土木类专业课程联系紧密。因此,研究大学物理与土木类专业课程的结合教学非常有意义。本文从解决问题的思想和具体知识点两方面,探索大学物理教学与土木类专业课程相结合的问题。

2 解决问题的思想的结合

在大学物理教学中,需要解决很多具体的问题,在解决问题的时候会讲到解决问题的思想。而大学物理解决问题的思想与很多专业课解决问题的思想是相通的,因此在大学物理教学中讲解解决问题的思想时,可以适当结合土木类课程中相关的问题来讲解。下面以提出理想化的模型来解决实际问题的思想和微元法为例来说明。

任何一个真实的物理过程都十分复杂,为了寻找某过程中最本质、最基本的规律,总是根据所提出的问题对真实过程进行简化,然后经过抽象,提出理想化的物理模型。因此在物理学中提出很多物理模型,如在力学中提出了质点、刚体等物理模型[4]。这种为简化实际问题而提出理想化模型的思想同样适用于土木类专业课程。下面简单介绍质点、刚体模型。若物体的线度比它运动的空间范围小很多时,或当物体作平动时,物体上各部分的运动情况完全相同。这时可以忽略物体的形状、大小,而把它看成一个具有一定质量的点,称之为质点。而在很多实际问题中,又有些物体不能看成质点,也就是不能忽略物体的形状、大小对运动的影响。如在研究物体的转动时,质点模型已不适用。但若在所研究的问题中,物体的微小形变可以忽略不计时,则又可以引入刚体模型。刚体,是指在任何情况下都没有形变的物体。

在土木类专业课中同样提出很多理想化的模型。比如在材料力学、结构力学和弹性力学等课程中,一开始就都提出本课程所研究的问题的理想化模型。工程中实际材料的物质结构各不相同,各种材料的物质结构都具有不同程度的空隙,并可能存在氣孔、杂质等缺陷。在材料力学里进行理想化处理,把实际材料看作均匀、连续、各向同性的可变形固体,且在大多数场合下局限在弹性变形范围内和小变形条件下进行研究[5]。

在结构力学中,在计算前需要对实际结构进行简化处理,表现其主要特点,略去次要因素,用一个简化图形来代替实际结构,即做出结构的计算简图[6]。常用杆件的轴线代表杆件,将荷载简化为集中荷载及线分布荷载,将空间结构简化为平面结构,将支座简化为活动铰支座、固定铰支座、固定支座和滑动支座,将结点简化为铰结点、刚结点和组合结点等。在弹性力学中也对材料性质进行简化处理,只讨论理想弹性体的小变形问题,即假定物体是均匀、连续、各向同性和完全弹性的,并假定位移和形变是微小的[7]。可见在大学物理和土木类专业课中,这种提出理想化的模型来解决实际问题的思想是相通的。

大学物理中的微元法思想也可用于解决土木类问题。如在大学物理中讨论刚体力学时,通常将刚体分割成许多微小部分,每一部分都小到可以被看作质点,这些小部分叫作刚体的质元。而整个刚体则可看成由无数个连续分布的质元所组成的特殊质点系,各质元之间无相对位移。然后将质点系力学规律应用于刚体,即可归纳出刚体所服从的力学规律[4]。将刚体划分为无限个质元的思想,可以与弹性力学中的有限元方法联系起来。有限元法,简单地说,就是用结构力学方法求解弹性力学问题,即首先将连续体变成离散化结构,然后用结构力学的方法进行求解[7]。将连续体变成离散化结构,也就是将连续体划分为有限多个有限大小的单元,这些单元仅在一些结点连接起来。

3 具体知识点的结合

大学物理中有些原理与土木类专业课中的原理完全相同,可以直接用于土木类课程中解决相关问题;有些公式与土木类专业课中某些公式非常相似,只是符号变了,意义略有改变。因此,在大学物理教学过程中可以将某些具体的知识点与土木类专业课程中的某些具体知识点结合起来,使得学生明白学习大学物理有助于学习专业课程,以便提高学习大学物理的兴趣。

大学物理中有不少知识点可以与土木类专业课中的知识点结合起来,其中有些公式与土木类专业课中某些公式非常相似,如在大学物理中讲弹力時可与材料力学中的应力联系起来。大学物理中说的弹力是指物体因形变而产生的恢复力[4]。弹簧作为弹性体的代表,其形变时产生的弹力,在弹性限度内遵从胡克定律,其大小关系可表示为:

F=kx (1)

式中k为弹簧的劲度系数,F为弹力,x为弹簧拉伸或压缩的形变。

材料力学中讲到拉(压)杆的变形时,会讲到单轴应力下的胡克定律[5],其表达式写为:

σ=Eε (2)

其中E为弹性模量,σ为杆横截面上的正应力,ε为杆的纵向线应变。

材料力学中讲到薄壁圆筒的扭转时,会讲到材料的剪切胡克定律,其表达式写为:

τ=Gγ (3)

其中G为切变模量,τ为薄壁圆筒横截面上任一点的切应力,γ为薄壁圆筒表面上的切应变。这两门课程中说到的胡克定律,名称相同,形式上也非常相似,只是符号变了,不过其代表的意义也有所变化。在大学物理中讲力矩时也可与材料力学中的扭矩联系起来。

大学物理中某些原理可以直接用于土木类课程中解决相关的问题。如大学物理中的电桥原理就可直接用于土木类专业的电测法测应变。大学物理中的单臂电桥原理[8]是将四个电阻R1、R2、Rs和Rx通过导线连接组成一个四边形,在四边形的两个对角线上分别连接检流计G和电源,如图1所示。当检流计指示无电流时,表明电桥处于平衡状态。其中电阻R1、R2和Rs是已知的,由即可计算出待测电阻Rx。

在土木类专业可用电桥原理来测量应变[9],只是将R1和R2换成电阻应变片。将R1贴于构件上,使之与构件同时变形;将R2贴于不受力的地方,与R1处于相同温度下,作为温度补偿片。另外,两桥臂接入仪器内部的精密无感电阻。这时应变仪的读数就等于构件测点的实际应变值。可见在大学物理中学好电桥原理,就可在土木类专业中直接利用它来解决实际问题。

另外,还有将大学物理中的偏振光的知识直接应用于土木类专业的光弹性实验等。总之,大学物理中有很多知识点可以与土木类专业相关知识相结合,或者直接用于解决土木类的实际问题。

4 几点建议

笔者长期从事大学物理教学工作,多年给土木类专业讲授大学物理课程,也学习过部分土木类课程,在此结合多年的教学经验提出几点建议。

1)土木类专业培养计划的制订人员不要过度压缩大学物理课的学时,否则难以满足土木类专业课学习需要的大学物理知识,进而不利于专业课程的学习。如土木类专业原来将大学物理设定为六学分,课时相对充裕,讲授的内容包括力学、热学、电磁学、光学和近代物理学;后来设定为四学分,课时相对较少,只能省略部分内容,其中光学知识包括偏振光就被省略了。偏振光正好就是光弹性实验的基础知识,而且该实验对土木专业非常重要,在隧道工程、桥梁工程、铁道工程和道路工程等方面都有广泛应用。

2)大学物理教学方案要注意做好与专业课的衔接,其内容需针对不同专业需求有所侧重。假如土木类专业培养计划过度压缩大学物理课的学时,大学物理教学方案又没有做好与专业课的衔接工作,结果可能导致专业课很需要的基础知识也被省略掉。

3)大学物理授课教师可适当了解相关的专业课程,并在大学物理授课过程中适当将专业课中的知识与大学物理知识联系起来。

4)当讲到与专业课相关的大学物理内容时,可以要求学生适当预览相关的专业课程,让学生明白,学习大学物理对以后学习相关的专业课是有帮助的,有助于提高学生学习大学物理的兴趣。

5 结语

从解决问题的思想和具体知识点两方面,分析了大学物理教学与土木类专业课程相结合的问题。首先以提出理想化的模型来解决实际问题的思想和微元法为例,说明大学物理解决问题的思想与很多专业课解决问题的思想是相通的;其次以胡克定律和电桥原理为例,说明大学物理中有些公式与土木类专业课中某些公式非常相似,有些原理可以直接用于土木类课程中解决相关问题;最后对结合教学问题提出几点建议。将大学物理与土木类专业课程结合起来教学,可以让学生明白学习大学物理有助于学习专业课程,提高学生学习大学物理的兴趣。

虽然只讨论了大学物理教学与土木类专业课的结合问题,但是可以类似考虑大学物理与其他专业课的结合问题,以及其他公共课与专业课的结合问题。

参考文献

[1]李丹,姜广军,付静,等.建筑类独立院校大学物理教学探讨[J].赤峰学院学报:自然科学版,2015(7):253-254.

[2]陈丽,陈巧玲.与专业相结合的大学物理教学探索[J].中国教育技术装备,2010(12):42-43.

[3]王萍.在材料类专业大学物理教学中引入新材料概念[J].科技信息,2010(1):112-113.

[4]唐立军,黄祖洪.大学物理学[M].上海:复旦大学出版社,2010:3-75.

[5]孙训方,方孝淑,关来泰.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2002:3-53.

[6]李廉锟.结构力学[M].北京:高等教育出版社,2004:

2-5.

[7]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京:高等教育出版社,2002:6-109.

[8]唐贵平,何兴,王晓平.大学物理实验[M].上海:复旦大学出版社,2007:58-62.

[9]徐飞鸿,韦成龙.材料力学实验[M].长沙:湖南教育出版社,2004:88-100.

作者:张华林