以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)模式★

趙延林 李長(zhǎng)鳳 高紅梅

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)模式★

趙延林 李長(zhǎng)鳳 高紅梅

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

以“厚理論，強(qiáng)應(yīng)用”為培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核方法等方面入手，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的整體教學(xué)進(jìn)行了改革與創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)近七年的探索與實(shí)踐，形成了一種以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新型教學(xué)模式，該教學(xué)模式可以使學(xué)生在掌握經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能夠應(yīng)用手算方法與電算方法對(duì)較復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，從而提高了學(xué)生的工程結(jié)構(gòu)分析能力。

結(jié)構(gòu)力學(xué)，理論—訓(xùn)練—應(yīng)用，教學(xué)模式

0 引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，它不僅為其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供了力學(xué)理論知識(shí)，而且為各專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了必要的力學(xué)分析與計(jì)算方法。因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)既要使學(xué)生掌握扎實(shí)的力學(xué)理論知識(shí)，又要體現(xiàn)其服務(wù)于專業(yè)、服務(wù)于工程實(shí)際的宗旨[1-3]。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式往往是以單一的課堂教學(xué)為中心、以傳授知識(shí)為主線，忽視了理論與實(shí)踐、課內(nèi)與課外培養(yǎng)的一體化，這種教學(xué)模式已經(jīng)不能完全適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要[4-6]。因此，探討一種“厚理論，強(qiáng)應(yīng)用”的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新型教學(xué)模式已勢(shì)在必行。

本文結(jié)合黑龍江科技大學(xué)教改項(xiàng)目“面向工程的土木工程專業(yè)學(xué)生力學(xué)分析能力綜合培養(yǎng)方式研究”“基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐”以及黑龍江省高等教育“十二五”規(guī)劃課題“以項(xiàng)目為載體的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程‘1+0.5+0.5’全程式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施”，經(jīng)過(guò)近七年的探索與實(shí)踐，形成了一種較為成熟的、適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新型教學(xué)模式。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式是以課堂教學(xué)為中心，以理論教學(xué)為核心授課內(nèi)容，這種教學(xué)模式已經(jīng)不能完全適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，存在眾多的缺點(diǎn)與不足。主要表現(xiàn)為：

1)只重視理論教學(xué)，教學(xué)中缺乏聯(lián)系工程實(shí)際的內(nèi)容，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。2)教學(xué)中沒(méi)能講清楚結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的主要知識(shí)點(diǎn)與其他專業(yè)課程的關(guān)系，使學(xué)生的學(xué)習(xí)存在一定的盲目性。3)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中常用的力學(xué)計(jì)算方法缺乏充分的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生的工程實(shí)踐能力較差。4)在各專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)中，部分學(xué)生不能有效選擇合理的力學(xué)計(jì)算方法對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與計(jì)算。

2 “理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”教學(xué)模式的構(gòu)建

以“厚理論，強(qiáng)應(yīng)用”為核心指導(dǎo)思想，從教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核方法等方面入手，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的整體教學(xué)進(jìn)行了改革與創(chuàng)新，形成了以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新的教學(xué)模式。

2.1基礎(chǔ)理論教學(xué)

以幾何構(gòu)造分析、靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算、力法、位移法、影響線及結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算等內(nèi)容為主，通過(guò)課堂教學(xué)，使學(xué)生掌握完整、扎實(shí)的結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算方法，并理解每一種計(jì)算方法的基本力學(xué)原理與適用條件。具體教學(xué)要求包括：

1)幾何構(gòu)造分析部分，在掌握結(jié)構(gòu)幾何組成分析基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，要著重強(qiáng)調(diào)其在具體結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用，要求學(xué)生掌握幾何組成分析的簡(jiǎn)化方法。2)靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算部分，既要強(qiáng)調(diào)“截面法”的通用性與一般解題步驟，又要強(qiáng)調(diào)“截面法”在不同結(jié)構(gòu)求解中的差異性與靈活性。3)力法與位移法部分，首先要講清楚兩種計(jì)算方法的基本原理和計(jì)算步驟，在此基礎(chǔ)上，要教會(huì)學(xué)生如何對(duì)比選用兩種方法對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。4)影響線部分，不僅要求學(xué)生掌握作結(jié)構(gòu)影響線的基本方法，還要要求學(xué)生會(huì)應(yīng)用影響線來(lái)解決力學(xué)問(wèn)題，尤其要讓學(xué)生理解和掌握連續(xù)梁最不利活荷載的分布規(guī)律。5)結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算部分，在掌握結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析基本方法的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)自振周期與自振頻率、結(jié)構(gòu)最大動(dòng)內(nèi)力與最大動(dòng)位移的計(jì)算方法。

2.2綜合訓(xùn)練教學(xué)

以漸近計(jì)算與近似計(jì)算為主要內(nèi)容，通過(guò)“課堂教學(xué)+課后大作業(yè)+課程設(shè)計(jì)”的方式，使學(xué)生在掌握漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法的適用條件、基本原理與計(jì)算步驟的基礎(chǔ)上，完成一定量的課后大作業(yè)，進(jìn)而能夠應(yīng)用漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法完成專業(yè)課課程設(shè)計(jì)中相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算任務(wù)，從而使學(xué)生掌握了復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的有效計(jì)算方法。具體教學(xué)要求包括：

1)掌握漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法的適用條件、基本原理與計(jì)算步驟。2)能夠應(yīng)用力矩分配法對(duì)連續(xù)梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。3)能夠應(yīng)用近似計(jì)算法對(duì)多層多跨剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。4)應(yīng)用漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法完成三個(gè)課后大作業(yè)。5)應(yīng)用漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法完成鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)中相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算任務(wù)。

2.3工程應(yīng)用教學(xué)

以電算為主要內(nèi)容，通過(guò)“課堂教學(xué)+課后大作業(yè)+課程設(shè)計(jì)+畢業(yè)設(shè)計(jì)”的方式，使學(xué)生能夠應(yīng)用力學(xué)求解器與pkpm等計(jì)算軟件對(duì)復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析。具體教學(xué)要求包括：

1)通過(guò)課堂教學(xué)，使學(xué)生掌握力學(xué)求解器與pkpm等計(jì)算軟件的操作方法。2)應(yīng)用電算方法對(duì)上述三個(gè)課后大作業(yè)進(jìn)行電算分析，并將計(jì)算結(jié)果與手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。3)對(duì)鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)中相應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電算分析，并將計(jì)算結(jié)果與手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。4)應(yīng)用電算方法對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，并將計(jì)算結(jié)果與手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

通過(guò)以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的教學(xué)模式，使學(xué)生在掌握經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能夠應(yīng)用手算方法與電算方法對(duì)較復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，從而提高了學(xué)生的工程結(jié)構(gòu)分析能力，真正實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“厚理論，強(qiáng)應(yīng)用”的培養(yǎng)目標(biāo)。

3 實(shí)施效果

通過(guò)近七年的探索與實(shí)踐，已經(jīng)形成了較成熟的以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新的教學(xué)模式。與過(guò)去的傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，該教學(xué)模式在教學(xué)過(guò)程中取得了較顯著的教學(xué)效果，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

3.1基礎(chǔ)理論教學(xué)效果

在本部分教學(xué)中，不僅夯實(shí)了學(xué)生的經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論知識(shí)，使學(xué)生掌握了各種結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形的計(jì)算方法，而且教會(huì)了學(xué)生如何靈活應(yīng)用各種力學(xué)計(jì)算方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，同時(shí)還介紹了結(jié)構(gòu)力學(xué)各部分知識(shí)點(diǎn)與其他專業(yè)課程的關(guān)系。從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱忱與積極性，學(xué)生的期末考試成績(jī)得到了較大幅度的提高，考試及格率達(dá)90%以上，并且每年有30%左右的學(xué)生在課程組教師的指導(dǎo)下參加了大學(xué)生科研立項(xiàng)活動(dòng)。

3.2綜合訓(xùn)練教學(xué)效果

通過(guò)本部分的教學(xué)，學(xué)生不僅掌握了漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法等有效的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法，而且能夠較熟練地應(yīng)用其完成課后大作業(yè)、各專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)，使各專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了較大的提高。依據(jù)近三年課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，有不少于80%的學(xué)生能夠獨(dú)立、熟練地應(yīng)用漸近計(jì)算法與近似計(jì)算法對(duì)課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)中相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

3.3工程應(yīng)用教學(xué)效果

通過(guò)本部分的教學(xué)，學(xué)生不僅掌握了力學(xué)求解器與pkpm等計(jì)算軟件的操作方法，而且能夠應(yīng)用其對(duì)各專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)中相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行電算分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)手算計(jì)算結(jié)果的電算化校核，提高了學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代科技手段對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析與計(jì)算的意識(shí)與能力。依據(jù)近三年課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，有近60%的學(xué)生能夠應(yīng)用力學(xué)求解器與pkpm等計(jì)算軟件對(duì)課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)中相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，以“理論—訓(xùn)練—應(yīng)用”為主線的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)模式，克服了傳統(tǒng)教學(xué)模式中“重理論、輕實(shí)踐”的通病，突出力學(xué)課程的工程實(shí)用性培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生在掌握經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能夠應(yīng)用手算方法與電算方法對(duì)較復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。從而提高了學(xué)生的工程結(jié)構(gòu)分析能力，真正實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“厚理論，強(qiáng)應(yīng)用”的培養(yǎng)目標(biāo)。這種教學(xué)模式更適用于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

[1] 黃雙華,羅 強(qiáng).應(yīng)用型本科結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)及改革[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào),2017,34(2):93-95.

[2] 王 宇,劉永軍,宋巖升.基于“卓越工程師”計(jì)劃的土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化,2017,14(5):17-19.

[3] 郭青偉,李玉濤.基于“卓越計(jì)劃”的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革研究[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2017,29(1):76-78.

[4] 覃荷瑛,霍婷婷,曾鐵軍.基于土木工程培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法與實(shí)踐改革[J].高等學(xué)刊,2017,35(6):73-74.

[5] 嚴(yán)心池,蓋京波.結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)核心概念的精細(xì)研究[J].力學(xué)與實(shí)踐,2016,38(4):453-455.

[6] 張?zhí)頊Y,楊亞平,趙偉東.結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索[J].教育教學(xué)論壇,2017,21(10):152-153.

Theteachingmodeofstructuralmechanicswiththeory-training-applicationasmainline★

ZhaoYanlinLiChangfengGaoHongmei

(CollegeofCivilEngineering，HeilongjiangUniversityofScience&Technology，Harbin150022,China)

With deep theory and powerful application as the training target, the teaching reform and innovation of structure mechanics course was carried out from the teaching system, teaching methods, teaching means, examination methods and other aspects. After nearly seven years of exploration and practice, a new teaching mode of structural mechanics with theory-training-application as main line has been formed. The teaching mode not only can make students master the teaching content of classical structural mechanics, but also can make students calculate the internal force of the complex engineering structure with hand calculation method and the computer method, and improve the students’ ability in engineering structure analysis.

structural mechanics, theory-training-application, teaching mode

1009-6825(2017)28-0236-02

2017-07-22★:黑龍江科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目

趙延林(1971- )，男，博士，教授; 李長(zhǎng)鳳(1975- )，女，碩士，副教授; 高紅梅(1978- )，女，碩士，副教授

G642.0

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