基于地方本科院校應用型“卓越計劃”的《結構力學》教改研究

孫 明，周 磊

（湖南科技學院 土木工程與建設管理系，湖南 永州 425199）

結構力學是高等院校土木工程專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)基礎必修課，它以高等數(shù)學、理論力學、材料力學等課程為基礎，是學習結構設計、結構抗震方面的專業(yè)課程之前必須掌握的基礎課，在教學中起著溝通理論知識和工程實踐的橋梁作用，其教學質量決定了后續(xù)相關專業(yè)課程的教學效果，并直接影響學生解決實際工程問題的能力。在各高校紛紛制定“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）的背景下，對以培養(yǎng)應用型卓越土木工程師為主要任務的地方本科院校土木專業(yè)而言，如何使《結構力學》教學適應時代的發(fā)展與當前“卓越計劃”的需求，成為土木工程專業(yè)教學改革的重要研究內容。

一、《結構力學》教學中存在的問題

《結構力學》的內容可分為兩個模塊：第一個模塊為結構靜力學部分，主要研究工程結構在靜載荷作用下的變形和應力狀態(tài)，以此引申出結構優(yōu)化的原理，是結構力學其他分支學科的基礎；第二個模塊為結構動力學部分，主要研究工程結構對動力載荷的響應和性能[1]。通過近年來對多所地方本科院校教學反饋意見的總結和對學生考試情況的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)當前地方院校土木工程結構力學教學中普遍存在下列問題：

1.理論化教學與應用能力培養(yǎng)割裂。結構力學作為一門理論性非常強的力學課程，通常都是將其直接作為一門純理論課程開展教學活動，教學過程以理論講解為重點，實踐環(huán)節(jié)缺失。學生在完成結構力學課程的學習后，縱使掌握了對靜定結構、超靜定結構的內力計算方法，卻不知如何在工程實踐中應用，無法將理論分析時簡化的剛架、桁架等典型結構和實際建筑聯(lián)系到一起。而且隨著計算機性能日益提高，工程結構形式日趨復雜，電算取代手算成為結構分析、設計與優(yōu)化的首選。走向工作崗位的土木畢業(yè)生是否已經掌握或已經具備了迅速掌握結構分析程序的基礎已成為就業(yè)的重要砝碼。但目前在地方本科高校大多將結構力學知識的教學局限于傳統(tǒng)課堂，對結構設計軟件單獨開課，兩門課程開課時間往往相隔一個學年，學生在學習設計軟件時往往只著眼于如何使用軟件，而不是為什么要這樣使用軟件，理論與實踐難以融合到一起。這樣的教學方式培養(yǎng)的學生難以畢業(yè)后快速成長為能夠勝任工程結構設計、施工等多種崗位技術工作的應用型卓越工程師。

2.固定教學模式與創(chuàng)新意識培養(yǎng)的矛盾。傳統(tǒng)的結構力學教學以板書、教科書為載體，并采取口授方式進行教學，在承載信息的種類和能力上存在著較大的局限性，難以適應現(xiàn)代教學的要求。教學模式枯燥單調，理論表達形式抽象，推導公式過程繁瑣，重復性、機械性工作較多，效率低下。盡管隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展，多媒體教學方法得到了廣泛的應用，可以使抽象枯燥的教學內容可以生動形象地表現(xiàn)出來。但是如果舍棄板書教學，只采用多媒體，授課時間教學信息量大，學生沒有充分時間理解授課內容，重點難以把握，學生難以積極參與到教學過程當中，這與卓越計劃重點培養(yǎng)學生的科學精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的要求相矛盾。

3.師資力量與卓越計劃執(zhí)行的矛盾。除少數(shù)開辦土木工程專業(yè)時間較長的老牌地方高校外，多數(shù)地方高校的土木專業(yè)都只有數(shù)年歷史，都相對比較薄弱，尤其結構力學的師資往往都是力學專業(yè)出身或者從高校土木工程專業(yè)直接研究生畢業(yè)的年輕教師，缺乏工程實踐經驗。而在教育部構建大土木專業(yè)的要求下，結構力學在土木專業(yè)的授課對象往往要涵蓋房建、道橋、巖土等多個方向的學生，青年教師將理論知識應用于工程實踐經驗不足的問題與“卓越計劃”培養(yǎng)在工程現(xiàn)場從事相關工程技術的現(xiàn)場應用工作的人才這個任務相矛盾。

二、《結構力學》教學改革的思考

《結構力學》課程教學的目的是培養(yǎng)具備一定結構分析能力、計算能力、自學能力和表達能力，基礎扎實的工程應用人才[2]。因此針對課程教學中存在不足進行的改革也應該圍繞為后續(xù)專業(yè)課程的學習和畢業(yè)后走向社會從事專業(yè)技術工作打下牢固基礎這個核心任務，進行思考和探索。

1.與“卓越計劃”匹配的教學內容研究。土木專業(yè)應用型“卓越計劃”的主要培養(yǎng)目標是為社會培養(yǎng)掌握土木工程專業(yè)的基本知識和基本理論、獲得土木工程師的基本訓練并具有創(chuàng)新能力、適應我國經濟社會發(fā)展需要的實用型工程技術人才[3]。結構力學教學首先要保證能夠有效地傳授學生基本知識、基本理論，并讓學生得到足夠的基本訓練，逐步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。結構力學教學的核心是理論分析背景下的數(shù)值計算，盡管教材中涉及的計算方法多樣，但歸根結底都是圍繞著力的平衡方程、變形的幾何連續(xù)方程、應力與變形的物理方程這三類基本方程進行分析計算。所以在教學中首先要將對三類基本方程的知識進行重點講解，確保學生掌握問題的核心。而且由于計算機技術的發(fā)展，實際工程中已經用電算代替了手算，所以作為電算理論基礎的能量原理、結構矩陣分析也是需要加強講授的內容。并且必須要考慮到地方院校生源質量，和學生在之前大學課程中對高等數(shù)學、線性代數(shù)的掌握程度，對這部分內容進行深入淺出地解析，讓學生能夠理解這些知識點的作用。

2.結構力學教學模式創(chuàng)新研究。在教育部大土木規(guī)劃和應用型“卓越計劃”背景下，實踐課程大為增加，而結構力學的學時則一再壓縮。傳統(tǒng)的板書教學速度太慢，難以在有限的課題時間傳授清晰教學大綱要求的所有知識，而多媒體教學則講解速度太快，由于結構力學計算都比較復雜，學生需要思考時間，很容易產生學生學習進度與教學進度脫節(jié)的情況。所以在進行授課的時候，采用多媒體教學與板書結合的辦法，對理論講解使用多媒體，利用圖片，視頻讓學生對理論能有一個直接的認識，在講解習題的時候使用板書教學，引導學生跟著老師的思維循序漸進地分析題目。而且在課堂中還應該增進與學生的互動，可以采用讓學生口頭回答問題或者上黑板做題的方法，促使學生積極思考問題。

3.結合實踐的應用型“卓越工程師”結構力學實踐教學研究。根據(jù)“卓越計劃”的培養(yǎng)標準，課程體系和教學內容應該以土木工程行業(yè)對畢業(yè)生的要求為導向，以強化工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力為核心，將工程教育理念貫穿整個卓越工程師培養(yǎng)教學環(huán)節(jié)，注重學生工程意識、現(xiàn)場解決實際問題和應用設計能力的培養(yǎng)，課程體系與能力訓練建設為教學改革主線，使學生獲得較好的創(chuàng)新意識培養(yǎng)和工程創(chuàng)新能力訓練。結構力學雖然是理論課程，卻依然可以加入實踐教學內容，既提高學生的學習興趣，也增強他們的實踐能力。計算是連接結構力學與工程實踐的橋梁，計算也是學生最頭痛的問題。所以可以在結構力學課程中設置配套的計算機實驗課時，每教授一章知識點，就安排學生上機實驗，學習使用結構力學求解器，分析簡單結構，并與手算內容相對照。在結構力學課程后期還可以增加對結構設計軟件PKPM中PK模塊的教學，讓學生通過對簡單排架結構的分析，發(fā)現(xiàn)工程中實際使用軟件和教學軟件，以及手工計算的異同，啟發(fā)學生對理論應用的思考，激發(fā)他們的主觀能動性。

三、結語

結構力學是土木工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎課程之一，通過于立足于應用型卓越工程師培養(yǎng)，結合地方高校特色，將結構力學理論與工程實踐緊密聯(lián)系起來，增加實踐教學內容，培養(yǎng)學生正確建立力學模型，選定合理計算方法，掌握先進計算工具的能力。同時提高學生獲取知識和運用知識的能力，增強學生學習的主動性和創(chuàng)造性，活躍學生的工程思維，增強工程創(chuàng)新意識，為學生后續(xù)相關專業(yè)課程的學習以及未來成長為卓越土木工程師打下堅實的基礎。

[1]李廉錕.結構力學（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]龍馭球，包世華，袁駟.結構力學（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]周臻，陸金鈺，尹凌峰，繆志偉.面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結構力學教學改革與實踐[J].高等建筑教育，2012，21（4）：74-77.