土木工程專業(yè)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)改革探討

韓衍群

（中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長沙，410075）

一、前言

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是土木工程專業(yè)的重要應(yīng)用型基礎(chǔ)力學(xué)課，其教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際緊密相連，其教學(xué)效果的好壞不僅直接影響到學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)掌握的程度，而且還會(huì)影響到學(xué)生在實(shí)際工程中分析問題和解決問題的能力。在長期的教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)通常強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的定量計(jì)算能力，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)提出了新的、更高的要求，這種教學(xué)模式已不能滿足工科高等教育的發(fā)展需求，而且存在諸多問題，亟待解決。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)存在的問題

在現(xiàn)有的培養(yǎng)模式下，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)往往集中在課堂教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)中存在著“重理論、輕實(shí)踐”的通病，學(xué)生常有“理論易懂，題目難解”的反映。另外，隨著結(jié)構(gòu)分析軟件的不斷完善和發(fā)展，實(shí)際工程中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的定量分析計(jì)算基本上是借助于專業(yè)分析軟件和數(shù)值計(jì)算方法完成的。在此背景下，實(shí)際工程中需要的是力學(xué)概念清楚、具有扎實(shí)的定性分析能力的優(yōu)秀人才。而定性分析能力培養(yǎng)在教學(xué)中往往得不到足夠的重視，是教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)。國家《中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》（以下簡稱《綱要》）提出：“按照教學(xué)服務(wù)型功能和應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，課程建設(shè)應(yīng)把服務(wù)專業(yè)作為建設(shè)的指導(dǎo)原則，專業(yè)基礎(chǔ)課要結(jié)合專業(yè)，注重職業(yè)能力。”因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)從課堂教學(xué)體系轉(zhuǎn)變到以專業(yè)培養(yǎng)為核心的能力體系，從單一的課堂教學(xué)為主轉(zhuǎn)化到多途徑能力培養(yǎng)為主，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)教學(xué)與課外培養(yǎng)、理論與實(shí)踐的統(tǒng)一與結(jié)合。

三、改革措施

（一）加強(qiáng)“兩個(gè)能力”的培養(yǎng)

為了滿足國家《綱要》應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)定位在掌握基本力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使學(xué)生具有扎實(shí)的結(jié)構(gòu)定性分析和電算能力。因此，課程教學(xué)應(yīng)該在以下兩個(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)化培養(yǎng)。

1. 定性分析能力

對(duì)于簡單的結(jié)構(gòu)，比如靜定結(jié)構(gòu)、一次超靜定結(jié)構(gòu)等，要求學(xué)生能對(duì)其內(nèi)力進(jìn)行手算求解。而對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，手算是不切實(shí)際的，但學(xué)生應(yīng)能運(yùn)用已學(xué)的力學(xué)知識(shí)對(duì)其受力進(jìn)行初步的定性分析，比如繪制出超靜定框架結(jié)構(gòu)的彎矩圖輪廓，能夠繪制多跨連續(xù)梁任意截面某個(gè)量值影響線輪廓等等，具體量值不必求解，這樣有利于幫助學(xué)生總體上了解結(jié)構(gòu)的受力情況，從而對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)布局的合理性進(jìn)行分析。另外，在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電算分析時(shí)，定性分析能力顯得尤為重要。利用定性分析，可以對(duì)電算結(jié)果從定性的角度來判斷計(jì)算結(jié)果的正確與否，從而判斷計(jì)算模型是否正確。平時(shí)，課堂上可以從外荷載與內(nèi)力之間的關(guān)系入手，提高繪制內(nèi)力圖技巧，來培養(yǎng)學(xué)生的定性分析能力。

2. 電算能力

目前，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)大部分強(qiáng)調(diào)的是結(jié)構(gòu)的定量計(jì)算和求解能力，這在計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)尚不發(fā)達(dá)的情況下值得肯定。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在力學(xué)分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，利用計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電算已非常普遍。無論學(xué)生是做畢業(yè)設(shè)計(jì)，還是在未來工作當(dāng)中，都會(huì)經(jīng)常用到電算。因此，在教學(xué)中，僅僅讓學(xué)生理解和掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)基本知識(shí)、基本原理和計(jì)算方法還不能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，還應(yīng)注重學(xué)生的電算能力培養(yǎng)。比如引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、Midas等專業(yè)分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，能對(duì)計(jì)算結(jié)果具有初步的分析能力，為真正成為一名應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（二）加強(qiáng)理論與實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)手段

根據(jù)各章要講解的知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)，教師在講解新知識(shí)內(nèi)容前，通過視頻、圖片和動(dòng)畫等手段，創(chuàng)造實(shí)際工程情境，從而引出將要教學(xué)的內(nèi)容以及對(duì)應(yīng)的工程任務(wù)，以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講解完相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)后，可以通過分析典型的工程案例加強(qiáng)理解，從而潛移默化地將工程思維滲透到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中。比如，在靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算這一章中，對(duì)工程中的混凝土簡支梁、鋼桁橋、拱橋等不同形式的結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行對(duì)比分析，以更形象地說明各種結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)。另外，為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)分析問題的能力，教師在課堂上可列舉實(shí)際工程中發(fā)生的事故案例，如湖南鳳凰橋在施工中的倒塌、上海蓮花河畔景苑大廈的整體倒塌等，對(duì)這些事故從力學(xué)角度來分析其發(fā)生的原因，從而加深學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的理解，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

（三）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程的性質(zhì)，教師在教學(xué)中必須采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)手段。力學(xué)概念是從實(shí)踐中來的，開設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解課堂上的一些基本概念和專業(yè)知識(shí)。筆者所在的中南大學(xué)對(duì)土木工程專業(yè)進(jìn)行了課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，建立了土木工程專業(yè)本科系列開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生通過試驗(yàn)來加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，訓(xùn)練其實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力等。另外，每年還舉辦結(jié)構(gòu)模型大賽，在大賽規(guī)定的要求下，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型，充分發(fā)揮學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，取得了較好的效果。通過實(shí)踐教學(xué)可推動(dòng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提升，打破課堂理論教學(xué)一統(tǒng)天下的局面，讓學(xué)生能真正參與課程教學(xué)互動(dòng)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，并能靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析問題。同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和自主學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的感性認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣。

（四）多種形式的考核方式

傳統(tǒng)的考試方法只能考核學(xué)生對(duì)課本基本理論知識(shí)的掌握程度，這種考核不能反映學(xué)生的綜合能力，是不全面的。為適應(yīng)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式的要求，我們將原有的一次性考核轉(zhuǎn)變成多方面、多層次的考核，具體內(nèi)容包括：

第一，加強(qiáng)日常教學(xué)管理，不僅對(duì)學(xué)生平時(shí)課堂出勤率、作業(yè)完成情況進(jìn)行考核，還要對(duì)課堂回答問題的情況進(jìn)行考核。

第二，注重學(xué)生實(shí)用能力的考核，將實(shí)用性較強(qiáng)的內(nèi)容采取上機(jī)或其他形式進(jìn)行考核。

第三，課程考試增加對(duì)定性分析內(nèi)容的考核。

四、結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展，應(yīng)用型人才培養(yǎng)是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)新的定位目標(biāo)。只有不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式，與時(shí)俱進(jìn)，才能提高土木工程專業(yè)學(xué)生的力學(xué)分析和計(jì)算能力，增強(qiáng)學(xué)生的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，達(dá)到課程建設(shè)培養(yǎng)目標(biāo)。

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