結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)與綜合素質(zhì)培養(yǎng)

李海濤，陳 國，楊 平，黃 新，黃東升，鄭曉燕

（南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)與綜合素質(zhì)培養(yǎng)

李海濤，陳 國，楊 平，黃 新，黃東升，鄭曉燕

（南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

本文主要探討了結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)與綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，灌輸知識(shí)的同時(shí)，要著重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力、自學(xué)能力、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。培養(yǎng)綜合素質(zhì)并無固定模式，教學(xué)過程中，要結(jié)合學(xué)科和課程特點(diǎn)進(jìn)行研究，并隨社會(huì)發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步不斷發(fā)展；教師要不斷對(duì)自己充電，積極提高自身的綜合素質(zhì)，教學(xué)過程中注重基礎(chǔ)知識(shí)并善于強(qiáng)化問題意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)行有效的積極的引導(dǎo)，定能為國家培養(yǎng)出綜合素質(zhì)較高的急需人才。

結(jié)構(gòu)力學(xué)；綜合素質(zhì)；教學(xué)；培養(yǎng)

作為土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，同時(shí)也是后續(xù)很多專業(yè)課的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，在這門課程的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算能力是學(xué)生走向工作崗位或以后進(jìn)一步深造的基礎(chǔ)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)有著舉足輕重的作用?！督逃筷P(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》[1]提出“繼續(xù)深化人才培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的改革，實(shí)現(xiàn)從注重知識(shí)傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變”。具備過硬的綜合素質(zhì)是新時(shí)代對(duì)專業(yè)技能人才的基本要求。本文將就結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)與綜合素質(zhì)的培養(yǎng)進(jìn)行實(shí)踐探索和理論研究。

一、創(chuàng)新能力培養(yǎng)

2011年，高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)[2]提出了深化教學(xué)改革的專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才是高等教育界的共識(shí)。傳統(tǒng)教育注重知識(shí)灌輸。筆者在講課的過程中，多數(shù)學(xué)生只知道被動(dòng)地接受知識(shí)。問題是創(chuàng)新的動(dòng)力，要不斷提出問題，促使學(xué)生積極思考，刺激創(chuàng)新思維的形成。

圖1

在教學(xué)過程中，可以采取啟發(fā)式教學(xué)。針對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，預(yù)先設(shè)計(jì)好對(duì)應(yīng)的相關(guān)問題，在講解的過程中，不斷地通過提問，拋磚引玉，一步步引導(dǎo)學(xué)生去思考問題，最終達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。比如在講完圖1所示的內(nèi)力計(jì)算后，鼓勵(lì)學(xué)生去思考當(dāng)k=∞和k=0時(shí)，該超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，并鼓勵(lì)大家進(jìn)行三種剛度情況計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，探討剛度比值變化對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。當(dāng)然，還可以鼓勵(lì)大家去思考位移法、力法計(jì)算的異同，借以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和綜合能力。教師應(yīng)該像導(dǎo)游一樣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入知識(shí)的海洋，給課堂帶來活躍的氣氛。為了制造該類情境，教師可以從新問題的左右、前后設(shè)置引發(fā)思考的線索，促使學(xué)生進(jìn)行探索性思維；還可以重現(xiàn)該學(xué)科發(fā)展的歷史情況，讓學(xué)生設(shè)身處地重新體驗(yàn)科學(xué)巨匠走過的探索之路。在前述初步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維方法的基礎(chǔ)上，想要進(jìn)一步形成創(chuàng)新思維，需要鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，廣泛觀察生活，積極思考，多提出新穎、獨(dú)特且富有科學(xué)意義的問題。在平常的教學(xué)活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生積極去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)、見解，開展討論互動(dòng)。教師要善于將一些力學(xué)情景引入到教學(xué)活動(dòng)中，激發(fā)學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)來解決問題。作為教師在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、自由探索，并善于激發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象、問題保持敏感和好奇，引導(dǎo)學(xué)生的發(fā)散性思維，形成獨(dú)立見解，避免思維定式和滯澀，最后達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

二、實(shí)踐能力培養(yǎng)

培養(yǎng)具有實(shí)踐能力的高素質(zhì)專業(yè)技能人才在高等教育界是一個(gè)共識(shí)?！吨腥A人民共和國高等教育法》第五條[3]明確指出：“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才?！苯Y(jié)構(gòu)力學(xué)課程源于工程實(shí)踐，用于工程實(shí)踐，故在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過程中要堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際。教師可從身邊的具體建筑講起，比如結(jié)合所在教室的結(jié)構(gòu)體系，從建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的簡(jiǎn)化、受力分析、內(nèi)力計(jì)算到最終建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及安全性的判定等，將各種結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的創(chuàng)建與工程實(shí)踐中的具體問題作對(duì)比；要盡可能多地將所講授知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合。另外，教師還要盡可能結(jié)合課本知識(shí)，選擇學(xué)校附近相關(guān)建筑，帶學(xué)生實(shí)地參觀，理論聯(lián)系實(shí)際講解，解答學(xué)生的疑問。引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)際結(jié)構(gòu)模型化，并同課本中的計(jì)算模型對(duì)應(yīng)起來，使學(xué)生能夠?qū)W以致用。另外，積極開展第二課堂活動(dòng)。比如組織學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型制作，參加校內(nèi)外省內(nèi)外國內(nèi)外各級(jí)各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽。在條件許可的情況下，可以鼓勵(lì)或組織學(xué)生參加同結(jié)構(gòu)相關(guān)各類科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。當(dāng)今時(shí)代，各種新的工程結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，檢測(cè)手段的實(shí)驗(yàn)分析在結(jié)構(gòu)可行性確定、定型及設(shè)計(jì)優(yōu)化方面所起的作用越來越重要。教師在這個(gè)過程中，引導(dǎo)熟悉和掌握實(shí)驗(yàn)分析的基本原理和操作步驟，積極鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)過程中，從而提高分析和解決工程問題的能力。通過這一系列的活動(dòng)，增強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)研究意識(shí)，提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，加強(qiáng)了學(xué)生的表達(dá)能力、協(xié)調(diào)組織能力和發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神。筆者在講授結(jié)構(gòu)力學(xué)的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參與到自己的科研活動(dòng)中，取得了較好的培養(yǎng)效果。

三、自學(xué)能力培養(yǎng)

授人以魚不如授人以漁。美國卡內(nèi)基教學(xué)促進(jìn)會(huì)提出：“任何大學(xué)都不可能向?qū)W生傳授所有的知識(shí)，大學(xué)教育的基本目標(biāo)是要給學(xué)生提供終身學(xué)習(xí)的能力?！苯Y(jié)構(gòu)力學(xué)中有很多計(jì)算方法，在讓學(xué)生掌握各種計(jì)算方法的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)具體問題選擇恰當(dāng)計(jì)算方法的能力，使學(xué)生了解各種計(jì)算方法最適合求解的問題。教學(xué)過程中，教師要使學(xué)生不僅具備對(duì)既定知識(shí)的掌握能力，更要具備善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的思維能力以及善于利用學(xué)習(xí)資源自主獲取知識(shí)的能力。教師要善于把學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)貫穿到整個(gè)過程中，注重方法的指導(dǎo)。備課時(shí)，教師要圍繞學(xué)生學(xué)什么，積極為其自學(xué)提供內(nèi)涵豐富多姿多彩的相關(guān)資料；為了引導(dǎo)學(xué)生，極大限度培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，要選擇能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性的適當(dāng)方法。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的形式提出了更高的要求，這也使得建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算日益復(fù)雜，要培養(yǎng)青年學(xué)生在本科學(xué)習(xí)階段及其將來的求學(xué)或職業(yè)生涯中堅(jiān)持不懈連續(xù)不斷地發(fā)展和完善自我及解決問題的能力。

四、思維能力培養(yǎng)

在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，注意培養(yǎng)學(xué)生的思維能力——系統(tǒng)化的全面的思維模式。積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)過內(nèi)容進(jìn)行全面的系統(tǒng)的總結(jié)和高度概括，形成全面的認(rèn)識(shí)。通過這種系統(tǒng)的全面的認(rèn)識(shí)，把學(xué)到的東西舉一反三，活學(xué)活用。在此之前，學(xué)生已學(xué)了理論力學(xué)和材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，因此在結(jié)構(gòu)力學(xué)的講授中，學(xué)生較易形成系統(tǒng)化的思維模式。例如在整個(gè)力學(xué)系統(tǒng)中，各種結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的計(jì)算，各種計(jì)算方法的采用，歸根結(jié)底就是三個(gè)條件（平衡條件、物理?xiàng)l件、幾何條件）中的一個(gè)或兩個(gè)或三個(gè)條件的運(yùn)用問題。理解了這一點(diǎn)，就可以在此基礎(chǔ)上對(duì)各種結(jié)構(gòu)過構(gòu)件、各求解方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和分析，形成系統(tǒng)的全面的認(rèn)識(shí)。另外，還要著重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索性思維，培養(yǎng)學(xué)生探索未知世界的能力，教師在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)善于營造這樣的情景，有意識(shí)地激發(fā)學(xué)生求知欲望，去探索真理。

五、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)

在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過程中，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。手算方法進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析的能力與范圍極其有限，由于所采用的計(jì)算模型只能是較簡(jiǎn)略的近似模型，這就使得其結(jié)果的精確性與可靠性都不高。建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)早已進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)與結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果就是在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)方法。目前，基本上各種復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)與載荷工況的分析均可以用有限元法或矩陣分析法通過電腦實(shí)現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)方法教學(xué)有著很強(qiáng)的緊迫性，是這門課程教學(xué)改革的大趨勢(shì)。以電算能力考察人才業(yè)務(wù)水平是不少用人單位接納人才的標(biāo)準(zhǔn)之一。針對(duì)這種形勢(shì)，將計(jì)算機(jī)列為學(xué)生必須掌握的基本內(nèi)容很有必要，而只將結(jié)構(gòu)電算教學(xué)作為該門課程教學(xué)的補(bǔ)充是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，在培養(yǎng)學(xué)生手算能力的同時(shí)，引入以電算為手段的有限元軟件和編程求解軟件，將電算和手算有機(jī)結(jié)合到一起，還可以將兩種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相互檢驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果的正確性，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力。對(duì)于計(jì)算機(jī)編程結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算，要注重同上機(jī)的結(jié)合。編制電算程序是個(gè)綜合能力的訓(xùn)練過程，既包括分析問題，建立電算模型和操作、調(diào)試微機(jī)的能力及解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也包括了掌握與熟練地應(yīng)用相應(yīng)語言程序的能力。上機(jī)時(shí)，為了完成具有不同結(jié)構(gòu)形式、不同支承條件或不同載荷條件的結(jié)構(gòu)計(jì)算問題，可以要求學(xué)生將以前所學(xué)的典型程序作一些必要的修改或獨(dú)立編寫一個(gè)相類似的程序。學(xué)生對(duì)編程技術(shù)有較深入的掌握與了解，才能進(jìn)行獨(dú)立編程。針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生建立相應(yīng)計(jì)算模型，確定相對(duì)應(yīng)的程序框圖，在此基礎(chǔ)上編制程序，并進(jìn)行上機(jī)調(diào)試，通過后計(jì)算出正確結(jié)果，對(duì)于這樣的全過程只有學(xué)生通過不斷實(shí)踐刻苦努力，才能較好地掌握。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)活動(dòng)中，根據(jù)黨的教育方針，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)意義深遠(yuǎn)。思維能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、自學(xué)能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力等這些綜合素質(zhì)的培養(yǎng)沒有固定模式，這要求教師在教學(xué)活動(dòng)中積極結(jié)合課程和學(xué)科特點(diǎn)展開研究，還要與時(shí)俱進(jìn)，隨著社會(huì)發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步不斷發(fā)展，堅(jiān)持在發(fā)展中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中發(fā)展。新時(shí)代的教師，要以“科學(xué)發(fā)展觀”為指導(dǎo)，不斷對(duì)自己充電，積極提高自身的綜合素質(zhì)，教學(xué)過程中注重基礎(chǔ)知識(shí)并善于強(qiáng)化問題意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)行有效的積極的引導(dǎo)，定能為國家培養(yǎng)出綜合素質(zhì)較高的急需人才。

[1]教育部.中華人民共和國教育部公報(bào)[DB/OL].http：//www. gov.cn/zwgk/2007-03/01/content_538286.com.

[2]高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]中華人民共和國.中華人民共和國高等教育法[L].北京：法律出版社，2002.

[4]劉京紅，等.結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)林教育版），2008，10（1）：56-58.

[5]張妃二，等.在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2001，1（1）：50-52.

G642.0

A

1674-9324（2014）35-0069-02

江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目；南京林業(yè)大學(xué)高校高等教育研究課題。