結(jié)構(gòu)力學(xué)中知識體系的建立與基本概念的掌握★

賈 程 陳卉卉

(鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是高校土建類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形及結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律，在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起著承上啟下的作用［1］。承上是指在理論力學(xué)、材料力學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究桿件結(jié)構(gòu);啟下是指為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教師在講授結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的過程中，要十分重視幫助學(xué)生建立完整的知識體系和扎實(shí)掌握基本概念。

1 幫助學(xué)生建立知識體系

1)建立完整的專業(yè)知識體系。

學(xué)生在本科階段的前一年半時(shí)間主要是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課，如高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等，從大二下學(xué)期開始學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程。由于剛開始接觸專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生對其與專業(yè)課之間的聯(lián)系還不是很清楚，所以教師在教學(xué)過程中應(yīng)重視將課程內(nèi)容和專業(yè)課程聯(lián)系起來。例如，讓學(xué)生了解力矩分配法就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工具，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算是為了對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)等等。將結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的相關(guān)內(nèi)容與專業(yè)課聯(lián)系起來，并向?qū)W生做一些簡要介紹，幫助學(xué)生建立“數(shù)學(xué)—力學(xué)—結(jié)構(gòu)—施工”這條完整的專業(yè)知識體系，更加有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性。

2)建立“三大力學(xué)”知識體系。

在“三大力學(xué)”課程中，理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律，材料力學(xué)主要研究構(gòu)件在外力作用下的變形、受力與破壞或失效的規(guī)律，結(jié)構(gòu)力學(xué)主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律，以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

力學(xué)課程教學(xué)過程中，要重視讓學(xué)生建立更加清晰完整的力學(xué)知識體系，盡量從力學(xué)知識體系的高度引導(dǎo)學(xué)生深刻理解力學(xué)概念。例如，用截面法進(jìn)行受力分析，在三大力學(xué)課程中均有涉及，僅僅是分析的對象有所不同。又如平衡問題，包括質(zhì)點(diǎn)的平衡、剛體的平衡、結(jié)構(gòu)的平衡、靜定結(jié)構(gòu)以及超靜定結(jié)構(gòu)中力法、位移法中平衡條件的應(yīng)用，其理論依據(jù)都是相同的，也僅僅是分析的對象有所不同。再如，結(jié)構(gòu)力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部分，主要研究體系在動(dòng)力環(huán)境中的安全和可靠性，學(xué)生普遍反映難度較大。實(shí)際上，這部分內(nèi)容在理論力學(xué)和材料力學(xué)中也涉及到，只是理論力學(xué)的動(dòng)力學(xué)部分和材料力學(xué)的動(dòng)荷載部分主要研究簡單系統(tǒng)的動(dòng)平衡問題，重點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)的基本原理和解釋一些振動(dòng)現(xiàn)象，而結(jié)構(gòu)力學(xué)重點(diǎn)是分析復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。

理論力學(xué)和材料力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)，力學(xué)中最基礎(chǔ)的概念和理論都是在這兩門課程中建立起來的。從這樣的角度來引導(dǎo)學(xué)生，可以讓其在力學(xué)學(xué)習(xí)的各個(gè)階段，從整個(gè)力學(xué)知識體系的角度，總結(jié)出力學(xué)分析及平衡的一般性規(guī)律，不斷加深對力學(xué)基本概念的理解。

3)建立結(jié)構(gòu)力學(xué)課程知識體系。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容中，各部分知識也是有機(jī)聯(lián)系的，形成完整的體系［2］。針對各部分知識，幫助學(xué)生從整體上把握課程知識體系尤為重要。

例如，在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)時(shí)，就需要重點(diǎn)講解如何利用慣性力將動(dòng)力問題變換成靜力問題。又如，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)大綱中明確指出，要“熟練掌握靜定梁和剛架內(nèi)力圖的作法”“熟練掌握靜定桁架內(nèi)力計(jì)算”“熟練掌握靜定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移計(jì)算”“熟練掌握用截面法求指定截面的內(nèi)力”等等。以上這些內(nèi)容均屬于靜定結(jié)構(gòu)部分，為什么都必須熟練掌握，不難發(fā)現(xiàn)，這些內(nèi)容在整個(gè)結(jié)構(gòu)分析中至關(guān)重要，是超靜定結(jié)構(gòu)問題分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。教師在講解用力法求解超靜定結(jié)構(gòu)時(shí)，就需要重點(diǎn)講解如何將超靜定結(jié)構(gòu)變成較為簡單的靜定結(jié)構(gòu)來分析。所以在教學(xué)過程中，應(yīng)將靜定結(jié)構(gòu)分析的重要性明確告訴學(xué)生，并讓學(xué)生引起足夠重視。這樣在學(xué)完本課程之后，學(xué)生掌握的不再是一些支離破碎的知識點(diǎn)，而是前后有機(jī)聯(lián)系的知識的組合體。

2 注重基本概念的掌握

1)深刻闡述基本概念。

掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論和方法，是土木工程專業(yè)學(xué)生的看家本事。結(jié)構(gòu)力學(xué)知識點(diǎn)多，前后內(nèi)容聯(lián)系緊密，前面所學(xué)內(nèi)容往往是后續(xù)內(nèi)容的重要基礎(chǔ)。初次學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)時(shí)，一定要循序漸進(jìn)，穩(wěn)扎穩(wěn)打，切忌間斷，似懂非懂。基本概念既是基礎(chǔ)，也是重點(diǎn)。只有深刻理解基本概念，才能提高解題速度，也有利于思路的延伸和知識的融匯貫通。

例如，在講解位移法基本原理時(shí)，由于其與力法分析超靜定結(jié)構(gòu)步驟基本一樣，部分學(xué)生會(huì)將兩者相混淆。教師可以將這兩種求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法進(jìn)行對比講解，讓學(xué)生對力法和位移法的基本原理和方法有清晰透徹的理解。又如，在學(xué)習(xí)“影響線”這部分內(nèi)容時(shí)，也會(huì)有學(xué)生將影響線與前面所學(xué)的內(nèi)力圖相混淆，所以有必要將兩者進(jìn)行對比總結(jié)。再如，在學(xué)習(xí)“結(jié)構(gòu)的幾何組成分析”這章內(nèi)容時(shí)，學(xué)生對“約束”“自由度”“幾何不變體系”“幾何可變體系”“瞬變體系”等一些概念理解不透，則可以以大跨度斜拉橋?yàn)槔齺斫榻B［3］。對于重要的基本概念、基本原理以及分析問題的思路，教師要舍得花時(shí)間去講清講透。

2)基本概念趣味化。

教學(xué)應(yīng)當(dāng)是“教”與“學(xué)”的有效融合與緊密統(tǒng)一，教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用是保證教學(xué)效果的不可分割的兩個(gè)方面［4］。結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)容呆板、枯燥，學(xué)生很容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。教師不僅要注重如何講解結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，更要思考如何激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中。學(xué)生一旦由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，其學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)的效率、學(xué)習(xí)的效果都會(huì)截然不同。

土木工程專業(yè)的實(shí)踐性很強(qiáng)，因此，在講授課程時(shí)，要注重將枯燥無趣的基本概念、基本原理與實(shí)際問題聯(lián)系起來。例如，講解“影響線”這部分內(nèi)容時(shí)，告訴學(xué)生學(xué)完本部分內(nèi)容以后，就可以對“在車輛移動(dòng)荷載作用下的橋梁結(jié)構(gòu)”和“在吊車荷載作用下的廠房結(jié)構(gòu)”進(jìn)行分析和計(jì)算。當(dāng)教學(xué)讓學(xué)生感覺能夠用到解決實(shí)際問題時(shí)，學(xué)習(xí)才能得到促進(jìn)。對于那些比較抽象的基本概念，我們還可以借助多媒體。例如，可以利用動(dòng)畫來演示幾何可變體系的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)在不同頻率及相應(yīng)振型下的振動(dòng)過程，使學(xué)生對抽象的概念有比較直觀的了解。另外，使用多媒體也可以大大減少教師的板書時(shí)間，而把精力用在講解基本概念上。

3)通過做題加深概念理解。

做題練習(xí)是結(jié)構(gòu)力學(xué)一種重要的理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)［1］。布置足夠數(shù)量的并具有典型性的習(xí)題，要求學(xué)生多做多練。實(shí)踐證明，只有通過做一定數(shù)量的題目，才能理解和掌握其中的概念、原理和方法。做題練習(xí)是為了學(xué)到知識，提高本領(lǐng)，切忌照抄照搬。教師選講習(xí)題時(shí)，也要做到精簡明確，有所取舍，重點(diǎn)內(nèi)容和基本思路及分析方法要充分展開講解，要盡量避免講解重復(fù)性內(nèi)容和做繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算。通過習(xí)題課進(jìn)行討論、講評，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)言，表達(dá)自己的分析過程，說錯(cuò)也沒有關(guān)系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題才能盡快解決。這樣學(xué)生在教師的引導(dǎo)下積極思維，基本原理和方法也就越來越清晰。

4)課外答疑澄清模糊概念。

課外答疑是課堂教學(xué)的補(bǔ)充和延伸，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中具有十分重要的作用。由于學(xué)時(shí)有限，課堂授課的節(jié)奏往往較快，部分學(xué)生可能跟不上課堂進(jìn)度，這就需要學(xué)生利用課余時(shí)間來及時(shí)消化。教師課下應(yīng)積極與學(xué)生面對面的交流，每周安排固定的答疑時(shí)間，隨時(shí)歡迎學(xué)生提問，及時(shí)了解他們的學(xué)習(xí)進(jìn)展與動(dòng)態(tài)，并通過作業(yè)情況掌握學(xué)生對課堂內(nèi)容的接受程度和概念的理解程度，對一些模糊概念要及時(shí)澄清。另外，課外答疑還可以隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的進(jìn)步，及時(shí)對他們給予鼓勵(lì)，通過交流不但可以增強(qiáng)師生友誼，也會(huì)在一定程度上提高學(xué)生對本課程的興趣。

以上是針對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的特點(diǎn)，以夯實(shí)基礎(chǔ)理論知識，建立較為全面的知識體系為目標(biāo)，對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，提出的幾點(diǎn)體會(huì)?？傊?，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，教師不僅需要精通本專業(yè)知識，還必須堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，大力加強(qiáng)教學(xué)改革，才能切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

［1］崔清洋，張大長，朱 華.結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.第2版.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2010:7.

［2］袁海慶.結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的加強(qiáng)和力學(xué)綜合能力的培養(yǎng)［J］.理工高教研究，2007，26(1):103-104.

［3］賈 程，陳卉卉.應(yīng)用型本科結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法探討［J］.山西建筑，2012，38(13):279-280.

［4］周 臻，尹凌峰，繆志偉.基于首要教學(xué)原理的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程重構(gòu)［J］.高等建筑教育，2011，20(5):59-64.