平面靜定結(jié)構(gòu)研究性教學(xué)的探索

陽令明　肖穗花

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平面靜定結(jié)構(gòu)研究性教學(xué)的探索

陽令明1肖穗花2

（1.湖南科技學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 永州 425199；2.洞口縣東邊中學(xué)，湖南 邵陽 422000）

研究性教學(xué)是一種理念或教學(xué)模式，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中平面靜定結(jié)構(gòu)研究性課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的探討，闡述了如何在教學(xué)過程加強(qiáng)大學(xué)生的分析能力、創(chuàng)新能力和研究能力的培養(yǎng)，實(shí)踐表明，研究性學(xué)習(xí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，可為地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供參考。

平面靜定結(jié)構(gòu)；研究性教學(xué)；應(yīng)用型

“科學(xué)教育不僅是要讓學(xué)生學(xué)習(xí)大量的知識(shí)，更重要的是學(xué)習(xí)科學(xué)研究的過程或方法?！毖芯啃越虒W(xué)的旨趣在于“教”和“學(xué)”的全過程都貫穿著研究性的特征，在其研究、探討的過程中調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、科研探索等方面的能力。[1-3]

1　研究性課堂教學(xué)

1.1問題式或任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

平面靜定結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中課程內(nèi)容較多，也是歷年考研的重點(diǎn)之一。靜定梁、靜定剛架、三鉸拱、靜定桁架等教學(xué)內(nèi)容在理論力學(xué)、材料力學(xué)教學(xué)中都有涉及，其基本解題步驟大體可分為求支座反力、求控制截面內(nèi)力、繪制內(nèi)力圖、校核內(nèi)力圖，因此，支座反力的求解是首先要解決的。理論力學(xué)、材料力學(xué)涉及支座反力的未知力個(gè)數(shù)均為3個(gè)，學(xué)生在開始本章內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，老師可以布置一個(gè)支座反力未知力個(gè)數(shù)為5個(gè)的靜定剛架或多跨靜定梁的作業(yè)，要求學(xué)生在本章內(nèi)容完成時(shí)上臺(tái)求解，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)目的明確，有動(dòng)力，也會(huì)更加容易掌握本章內(nèi)容。

1.2啟發(fā)式教學(xué)法

平面靜定結(jié)構(gòu)支座反力的求解通常采用截取隔離體，列平衡方程求解，從課堂情況看，基本上所有學(xué)生都能列出3個(gè)平衡方程，但是能列出獨(dú)立的3個(gè)平衡方程的不多，因此舉例如圖1所示的支座反力為3個(gè)未知力的簡(jiǎn)支梁，列出任意平衡方程求解3個(gè)未知力，發(fā)現(xiàn)只有3個(gè)平衡方程相互獨(dú)立時(shí)才能求解出全部未

知力。從而推導(dǎo)出在求解未知力個(gè)數(shù)為3個(gè)的支座反力時(shí)，如果列出2個(gè)力矩方程，要求力矩點(diǎn)的連線與力的投影軸不能垂直。同理，列出3個(gè)力矩方程時(shí)，則要求3個(gè)力矩點(diǎn)不能共線。最后根據(jù)文獻(xiàn)資料[4]，推導(dǎo)出平面一般力系獨(dú)立性平衡方程的求解要求，讓學(xué)生知其然也知其所以然。

圖1.簡(jiǎn)支梁及平衡方程

通過以上3個(gè)未知力的支座反力講解，探討如圖2所示的多個(gè)支座未知力的求解。圖2的特點(diǎn)是整體未知力個(gè)數(shù)都是3個(gè)以上，如取隔離體，每個(gè)隔離體的未知力也是3個(gè)以上，很顯然至少需要3個(gè)以上平衡方程才能求解，且該方程組需相互獨(dú)立。通過分析，我們可以先列出3個(gè)整體平衡方程，再取隔離體，列出其他平衡方程，只要滿足各平衡方程相互獨(dú)立，線性無關(guān)，便可以求解。

圖2.平面靜定拱與平面靜定剛架

圖3.平面靜定多跨梁

對(duì)于圖3所示結(jié)構(gòu)，支座反力未知力的個(gè)數(shù)為6個(gè)，取隔離體分析，AB、BCD、DEF的未知力個(gè)數(shù)均是5個(gè)，F(xiàn)G的未知力個(gè)數(shù)是3個(gè)，因此可先求解FG，再DEF、BCD，最后AB結(jié)構(gòu)。通過以上分析，再從結(jié)構(gòu)的幾何組成特點(diǎn)，從而引出多跨靜定結(jié)構(gòu)的基本部分與附屬部分的概念及荷載傳遞特點(diǎn)，推導(dǎo)出多跨靜定梁、多跨靜定剛架、多跨靜定拱結(jié)構(gòu)求解的基本方法，即先附屬結(jié)構(gòu)后基本部分的求解思路。

通過土木14級(jí)學(xué)生的課堂反應(yīng)，以及課堂、課后作業(yè)檢查的情況，研究性課堂教學(xué)確實(shí)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生掌握知識(shí)內(nèi)容的能力。

2 研究性實(shí)踐教學(xué)

研究性實(shí)踐教學(xué)主要從實(shí)踐的角度提出問題，目的是增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的研究性，比如開設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性、研究性等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，替換傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，通過師生互動(dòng)、雙向交流的形式，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑批判和發(fā)表獨(dú)立見解，從而加深學(xué)生對(duì)基本理論和相關(guān)概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、科研探索的能力。研究性實(shí)踐教學(xué)以學(xué)生為主，教師的任務(wù)是釋疑解難、合理引導(dǎo)，學(xué)生則根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)器材，制定實(shí)驗(yàn)操作程序，制作結(jié)構(gòu)模型，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告開展分析討論，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)所取得的成效，找出不足和改進(jìn)意見。

桁架結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如廠房、屋架、體育館、起重機(jī)塔架、水閘閘門、鋼桁橋及電視塔等結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)完靜定平面桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)容后，可以給定一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)形式為空間桁架，學(xué)生可以選擇平行弦桁架、拋物線桁架、三角形桁架、梯形桁架等形式，也可以選擇復(fù)雜桁架，為節(jié)約成本，材料可以采用竹片，荷載為結(jié)點(diǎn)豎向荷載（），要求在規(guī)定荷載作用下，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)重量最輕。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅掌握了空間結(jié)構(gòu)的平面簡(jiǎn)化，也通過靜定平面桁架的計(jì)算及結(jié)構(gòu)自重的控制，找到一個(gè)內(nèi)力分布均勻、用材經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

3 結(jié)　語

研究性教學(xué)改革的核心是教師的角色問題，研究性教學(xué)的開放性、主體性、綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，使得教師的角色從“傳道、授業(yè)、解惑者”的傳統(tǒng)模式向“設(shè)計(jì)師、引路人、推進(jìn)者”轉(zhuǎn)化，研究性教學(xué)也并不一定只能在綜合性大學(xué)校開展，因?yàn)檠芯啃越虒W(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和研究能力，在地方高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的過程中，研究性教學(xué)無疑為之提供了一種有效方法。

[1]劉贊英,王嵐,朱靜然,張瑜,張艷紅.國外大學(xué)研究性教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及其啟示[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2007,(1):68-75.

[2]屈波,程哲,馬忠.基于自主性學(xué)習(xí)和研究性教學(xué)的本科教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].中國高教研究,2011,(4):85-87.

[3]賈影,于桂蘭,徐艷秋.結(jié)構(gòu)力學(xué)研究性教學(xué)初探[J].高等建筑教育,2011,(3):116~118.

[4]李珠,梁成.空間力系三、四、五、六力矩平衡方程最簡(jiǎn)形式與矩陣判據(jù)[J].太原工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,(3):95-100.

（責(zé)任編校：何俊華）

2016－03－20

陽令明（1984－）男，湖南邵陽人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榱W(xué)教學(xué)。

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1673-2219（2016）05-0076-02