結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法探索

王慧萍 胡曉倫

摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)在土木工程專(zhuān)業(yè)中占有特別重要的位置，是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。文章根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從幾個(gè)方面探討了提高結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)質(zhì)量，保證教學(xué)效果的方法，為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方法；學(xué)習(xí)興趣；定性分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）10-0154-02

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木、交通、水利等專(zhuān)業(yè)中一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它與前續(xù)基礎(chǔ)課程如高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)和材料力學(xué)等關(guān)系緊密，同時(shí)又是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的核心基礎(chǔ)，作為承接基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的橋梁，在教學(xué)計(jì)劃體系中起著承上啟下的重要作用，歷來(lái)受到各個(gè)高等工科學(xué)校的重視。結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)效果的好壞不僅直接影響到學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)課程的掌握，而且還會(huì)影響到學(xué)生在實(shí)際工程中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。因此，如何提高結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)質(zhì)量，有效保證和相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的銜接，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的力學(xué)知識(shí)，分析解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，是每位結(jié)構(gòu)力學(xué)教師必須面對(duì)的課題。下面是筆者在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣

興趣是推動(dòng)學(xué)生求知的內(nèi)在力量，孔子曾說(shuō)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者?！苯Y(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)非常重要同時(shí)又有點(diǎn)枯燥乏味，且相當(dāng)難學(xué)的課程，因此，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣就顯得尤為重要。

1.挖掘結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的人文知識(shí)。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程涉及力學(xué)人物、力學(xué)原理發(fā)展、工程應(yīng)用歷史等諸多力學(xué)知識(shí)，在課堂教學(xué)中，可以適當(dāng)穿插些力學(xué)史、力學(xué)人物及生平事跡、經(jīng)典工程實(shí)例，有助于豐富課堂知識(shí)，拓展學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)大學(xué)生人文素質(zhì)的培養(yǎng)。

2.挖掘結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容的趣味性。在教學(xué)中有意識(shí)地加入相關(guān)有趣的內(nèi)容進(jìn)行講述，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如東南大學(xué)單建教授編著的“趣味結(jié)構(gòu)力學(xué)”一書(shū)起到了很好的引導(dǎo)作用。

3.合理使用現(xiàn)代化教學(xué)手段。精心設(shè)計(jì)多媒體教學(xué)課件，通過(guò)文字、圖形、圖像、聲音和動(dòng)畫(huà)，將結(jié)構(gòu)力學(xué)中的概念、原理和方法形象直觀地表現(xiàn)出來(lái)。優(yōu)質(zhì)多媒體課件會(huì)使課堂教學(xué)具有生動(dòng)性、形象性、趣味性及高效性，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)效果和寓教于樂(lè)的目的。

二、培養(yǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)定性分析能力

結(jié)構(gòu)力學(xué)從能力培養(yǎng)上可以分為三大部分：經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)和定性結(jié)構(gòu)力學(xué)，也可稱(chēng)為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)力學(xué)、程序結(jié)構(gòu)力學(xué)和概念結(jié)構(gòu)力學(xué)，其基本含義是一致的。經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)調(diào)的是結(jié)構(gòu)力學(xué)基本知識(shí)、基本原理和計(jì)算方法的掌握，注重的是定量分析的能力；計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)培養(yǎng)的是對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算程序的使用和計(jì)算能力，注重的是結(jié)構(gòu)電算的能力；而定性結(jié)構(gòu)力學(xué)所訓(xùn)練的是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確的力學(xué)分析、判斷與估算的能力，如對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核，對(duì)內(nèi)力分布的合理性做出定性判斷等。

目前，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)重點(diǎn)仍放在第一部分，利用力學(xué)基本原理和計(jì)算方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。由于該課程內(nèi)容多，邏輯性強(qiáng)，方法技巧要求高，學(xué)生經(jīng)常熱衷于做各種習(xí)題集，力求掌握各種解題技巧和求解方法，而忽視力學(xué)基本概念和基本理論的理解和領(lǐng)悟。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的廣泛引用，計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)也得到了快速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電算已非常普遍，但同時(shí)也帶來(lái)一些問(wèn)題，如何從大量的計(jì)算數(shù)據(jù)中提煉有價(jià)值的結(jié)果，如何判斷計(jì)算結(jié)果的好壞，對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴過(guò)大容易忽視結(jié)構(gòu)分析中基本力學(xué)概念的把握。而定性分析能力的培養(yǎng)在教學(xué)中還沒(méi)有得到足夠的重視，是教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)。從工程應(yīng)用的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)力學(xué)價(jià)值的體現(xiàn)不僅僅是會(huì)解算各種結(jié)構(gòu)力學(xué)題目，更重要的是在面對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)時(shí)具備一種良好的力學(xué)“感覺(jué)”，而這種“感覺(jué)”就是我們通常所說(shuō)的力學(xué)素養(yǎng)，真正體現(xiàn)于對(duì)結(jié)構(gòu)宏觀上的理解和對(duì)其力學(xué)本質(zhì)的把握。能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的合理形式以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力等具有總體概念和定性分析能力，對(duì)工程中計(jì)算的數(shù)據(jù)、發(fā)生的現(xiàn)象和出現(xiàn)的問(wèn)題能夠做出迅速科學(xué)的判斷，這就是所謂的概念設(shè)計(jì)。而定性結(jié)構(gòu)力學(xué)的訓(xùn)練正是造就這種力學(xué)“感覺(jué)”的一個(gè)基本途徑。如勾畫(huà)結(jié)構(gòu)的變形圖在結(jié)構(gòu)力學(xué)教科書(shū)中一般沒(méi)有系統(tǒng)的介紹，但正確估計(jì)和判斷結(jié)構(gòu)受力后的變形圖，對(duì)估算和分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形有十分重要的意義?？焖倮L出結(jié)構(gòu)變形圖，可大致估算出結(jié)構(gòu)受力后彎矩和側(cè)移的變化規(guī)律，從而判斷桿件截面上哪一側(cè)受拉，哪一側(cè)受壓，也有助于在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中判斷動(dòng)力自由度的數(shù)目和運(yùn)動(dòng)方程的建立，還可用來(lái)判斷設(shè)計(jì)圖紙上的鋼筋布置是否合理。這無(wú)論是對(duì)于結(jié)構(gòu)定性分析的教學(xué)還是對(duì)于實(shí)際工程估算都有較大的實(shí)用價(jià)值。

結(jié)構(gòu)力學(xué)三個(gè)能力的培養(yǎng)是一個(gè)有機(jī)的整體，結(jié)構(gòu)定性分析的訓(xùn)練必然是建立在對(duì)基本知識(shí)掌握的前提上，因此教師在課堂中要花足夠多的時(shí)間把基本概念和基本理論講清楚，講透徹，突出重點(diǎn)，講清難點(diǎn)，使學(xué)生真正地理解和掌握。只有掌握了力學(xué)的基本知識(shí)和規(guī)律，才能舉一反三，融會(huì)貫通，達(dá)到活學(xué)活用的境地。而定性分析的訓(xùn)練也會(huì)反復(fù)地鞏固基本知識(shí)，相輔相成。每當(dāng)遇見(jiàn)一個(gè)問(wèn)題，我們應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生不要急著去用一些公式計(jì)算、求解，而是應(yīng)該先對(duì)其進(jìn)行定性分析，充分把握問(wèn)題的本質(zhì)，然后通過(guò)定量分析得出準(zhǔn)確的結(jié)論，驗(yàn)證定性判斷的正誤。另外，在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電算分析時(shí)，定性分析能力也顯得尤為重要，需要對(duì)電算結(jié)果從定性的角度來(lái)判斷其是否正確，從而判斷計(jì)算模型正確與否。

三、多種形式的教學(xué)方法

目前，結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)主要以教師為中心單向灌輸，屬于填鴨式的傳統(tǒng)教育方法。這種教育方式不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，更不利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)，迫切需要開(kāi)展和結(jié)合多種形式的教學(xué)方法。

1.采用啟發(fā)式教學(xué)。以往的教學(xué)模式都是老師講，學(xué)生聽(tīng)，缺乏互動(dòng)，人的思維過(guò)程往往從問(wèn)題開(kāi)始，教師通過(guò)引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行深入的理性的思考，而不是完全被老師牽著鼻子走，束縛在老師提供的固定思維模式之內(nèi)?！皩W(xué)為主體，教為主導(dǎo)”，使學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。啟發(fā)式教學(xué)需要教師根據(jù)每堂課的知識(shí)重點(diǎn)和內(nèi)在聯(lián)系，圍繞結(jié)構(gòu)力學(xué)中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，預(yù)先設(shè)計(jì)好對(duì)應(yīng)的相關(guān)問(wèn)題，在講解的過(guò)程中，不斷地通過(guò)提問(wèn)，拋磚引玉，由淺入深，一步步引導(dǎo)學(xué)生自己去思考和分析問(wèn)題。如在課堂上訓(xùn)練學(xué)生草繪靜定剛架的彎矩圖，不是直接把正確答案告訴他，而是針對(duì)他的錯(cuò)誤結(jié)果不斷進(jìn)行提示、啟發(fā)，讓他自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。

2.精心組織課堂討論。課堂討論是一種啟發(fā)學(xué)生積極思維，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力的好形式。課堂討論的選題需精心設(shè)計(jì)，難度適中，典型性強(qiáng)，如靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的幾何特點(diǎn)和受力特點(diǎn)有何不同，為什么實(shí)際工程中的結(jié)構(gòu)更多選用超靜定結(jié)構(gòu)；又如力法和位移法是求解超靜定結(jié)構(gòu)的基本方法，二者有哪些本質(zhì)的區(qū)別和相互聯(lián)系。教師只需在必要時(shí)給予點(diǎn)撥，最后在學(xué)生群體智慧的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納總結(jié)。老師也可以給學(xué)生布置合適的自學(xué)內(nèi)容，通過(guò)試講或提出問(wèn)題的形式展開(kāi)討論，使學(xué)生能夠充分參與進(jìn)來(lái)，激發(fā)其求知欲，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.理論與實(shí)踐的結(jié)合。老師講課時(shí)，不僅僅局限于課本知識(shí)，而要盡可能多地結(jié)合生活中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)和實(shí)際的工程問(wèn)題進(jìn)行講解，如通過(guò)介紹李春設(shè)計(jì)的趙州橋，讓學(xué)生了解拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從而引入“合理拱軸線”的概念及其分析、計(jì)算方法；對(duì)工程中常用的混凝土簡(jiǎn)支梁、預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁、鋼桁橋和拱橋等不同結(jié)構(gòu)形式的受力情況進(jìn)行對(duì)比分析，形象地說(shuō)明各種結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)；從汽車(chē)、火車(chē)、行人過(guò)橋的力學(xué)問(wèn)題引入移動(dòng)荷載的概念及影響線的分析方法。也可例舉實(shí)際工程中發(fā)生的事故案例，如上海蓮花河畔景苑大廈整體倒塌、湖南鳳凰橋在施工中的倒塌以及美國(guó)著名塔科馬海峽大橋的風(fēng)毀事故等。此外，在課堂學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論知識(shí)的同時(shí)，增加一些科研實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己理論聯(lián)系實(shí)際。如組織學(xué)生參加校內(nèi)外各級(jí)結(jié)構(gòu)模型制作和設(shè)計(jì)大賽，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)去申請(qǐng)創(chuàng)新性試驗(yàn)項(xiàng)目，開(kāi)展結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)知識(shí)講座等，從單一的課堂教學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗤緩侥芰ε囵B(yǎng)，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)一和結(jié)合，在科研實(shí)踐中加深對(duì)力學(xué)基本知識(shí)的理解和運(yùn)用。

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)計(jì)劃體系中起著承上啟下的重要作用，筆者從自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行了幾點(diǎn)探索。在今后的工作中，學(xué)生可能不會(huì)直接應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)去解決某個(gè)具體問(wèn)題，但所學(xué)到的分析和解決問(wèn)題的思維方式，卻是他們今后工作所不可缺少的。

參考文獻(xiàn)：

[1]單建.趣味結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃達(dá)海，郭全全.概念結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[3]朱慈勉，郭志剛，張偉平.概念力學(xué)分析中的延拓方法[J].力學(xué)與實(shí)踐.2011，33（4）：61-62.

[4]袁駟.程序結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5]繆加玉.結(jié)構(gòu)力學(xué)中的若干問(wèn)題[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1993.