結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革與探討

蔣驊

【摘 要】本文闡述了筆者在獨(dú)立院校的課程教學(xué)中所觀察到的一系列問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外高校的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革現(xiàn)狀，并且結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生能力、轉(zhuǎn)變教學(xué)模式等方面提出了幾點(diǎn)建議，采用優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、合理利用教學(xué)資源，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等措施，來(lái)達(dá)到提高學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣和加深對(duì)該門(mén)課程的理性認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方式；教學(xué)優(yōu)化

【Abstract】The treatise expound some problems which exits in structural mechanics course.By comparing the status of structural mechanics teaching reform at home and abroad，and combine with the learning characteristics of students，analyzing the teaching content and teaching method in connection with these problems.In order to improve the interest in structural mechanics of students and deepen the rational understanding of this course，this paper make a suggestion from different aspects to optimize teaching，by way of optimizing teaching content，taking advantage of education resources and strengthening practical teaching.

【Key words】Structure mechanics；Teaching methods；Optimizing teaching

1 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的目標(biāo)

目前，許多的二、三類本科院校正在過(guò)渡為應(yīng)用型本科，將培養(yǎng)重點(diǎn)放在教育出具有實(shí)踐操作能力的應(yīng)用型人才。因此要達(dá)到該目標(biāo)的重要舉措之一就是進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)土建類人才的要求越來(lái)越高。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的飛速發(fā)展，無(wú)論房屋還是橋梁的結(jié)構(gòu)形式都日趨復(fù)雜，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與有限元分析已成為工程實(shí)踐中必不可少的應(yīng)用手段。在以往的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，過(guò)度強(qiáng)調(diào)學(xué)生計(jì)算能力的培養(yǎng)方式已不能滿足用人單位的需求。特別對(duì)于獨(dú)立院校的學(xué)生，畢業(yè)后進(jìn)入生產(chǎn)一線的比重很大，部分學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)無(wú)益于今后的工作，導(dǎo)致對(duì)著門(mén)課程興趣不大、輕視了對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)，致使學(xué)生缺乏在解決實(shí)際工程中相關(guān)結(jié)構(gòu)問(wèn)題的能力。因此，在許多以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的獨(dú)立院校中，如何將以理論授課為核心的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，探索一條符合時(shí)代需求的教學(xué)實(shí)踐化改革道路，已成為我們必須要思考的問(wèn)題。

2 結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

目前在許多院校中，學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)不夠重視，同時(shí)教學(xué)也存在著一些不足和欠缺，造成了結(jié)構(gòu)力學(xué)成為土木工程專業(yè)最難學(xué)的基礎(chǔ)課之一，主要體現(xiàn)在以下方面：

2.1 教學(xué)模式單一與創(chuàng)新意識(shí)脫節(jié)

結(jié)構(gòu)力學(xué)基本教學(xué)模式都是以板書(shū)和教科書(shū)結(jié)合為主要授課方式，并采取口授形式進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)課堂枯燥單調(diào)，表述形式太過(guò)于抽象，公式推導(dǎo)繁瑣、機(jī)械工作化較多，教學(xué)效率低下[1]?？梢赃m當(dāng)增加多媒體或軟件教學(xué)可大大提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和開(kāi)拓創(chuàng)新思維能力。

2.2 內(nèi)容抽象、復(fù)雜

結(jié)構(gòu)力學(xué)研究計(jì)算的是結(jié)構(gòu)在各種效應(yīng)作用下的響應(yīng)，包括內(nèi)力的計(jì)算及位移的計(jì)算。由于內(nèi)力看不見(jiàn)，摸不著，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中缺乏感性的認(rèn)識(shí)，學(xué)生很容易將內(nèi)力等概念混淆，造成對(duì)知識(shí)點(diǎn)的模糊。

2.3 缺乏教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)

由于結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論性非常強(qiáng)，為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，教學(xué)過(guò)程以理論講解作為重點(diǎn)，實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失。學(xué)生在完成結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)后，縱使掌握了對(duì)靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法，也不知如何在工程實(shí)踐中應(yīng)用。

3 結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革探討

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)習(xí)興趣

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，具有內(nèi)容較多，理論性強(qiáng)，概念較為抽象，解決問(wèn)題的思路多樣化等特點(diǎn)。這就造成學(xué)生在接觸到這門(mén)課程時(shí)容易產(chǎn)生畏難情緒，再者由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有明確的目的性，“怎樣去學(xué)習(xí)”、“知識(shí)點(diǎn)該如何運(yùn)用”、“如何分析力學(xué)模型”等問(wèn)題普遍存在。根據(jù)這一情況，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教授過(guò)程中，可以將實(shí)際工程案例引入到教學(xué)中來(lái)，授課教師可以對(duì)課堂上講授的每一個(gè)章節(jié)、每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都能夠找出相對(duì)應(yīng)的工程應(yīng)用案例，針對(duì)實(shí)際工程案例，授課教師應(yīng)著重講述本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際案例之間的緊密聯(lián)系，例如在講授受彎構(gòu)件時(shí)，如何將建筑中的梁、荷載、支座簡(jiǎn)化為力學(xué)模型來(lái)進(jìn)行受力分析，利于學(xué)生在思考問(wèn)題時(shí)可以結(jié)合實(shí)際，將抽象的概念具象化。通過(guò)這種方式，潛移默化地讓學(xué)生意識(shí)到結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)對(duì)解決工程實(shí)際內(nèi)容起著至關(guān)重要的作用。

3.2 培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維，提升優(yōu)化結(jié)構(gòu)的能力

隨著建筑材料的復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜化，實(shí)際工程中，能通過(guò)人們手算的例子變得少之又少，取而代之的是高性能計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，然而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并不是一味的強(qiáng)調(diào)運(yùn)算的準(zhǔn)確性與高效性，更多強(qiáng)調(diào)如何將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，如何在眾多結(jié)構(gòu)中選出最合理的結(jié)構(gòu)，這才是工程人員的價(jià)值所在。在實(shí)際工程中，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與力學(xué)概念分析，確保在施工過(guò)程中不出現(xiàn)安全事故，保證施工順利有效進(jìn)行[2]。因此，除了在課堂上培養(yǎng)學(xué)生解題的相關(guān)思路，還要增強(qiáng)他們?cè)谏钪械牧W(xué)思維，即構(gòu)建“力學(xué)模型”的思維?！傲W(xué)模型”是連接理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的紐帶，將課堂的知識(shí)帶到課外實(shí)際運(yùn)用中，才是教學(xué)的目的。因此，教師在教學(xué)中除了傳授基本概念和解題方法，還應(yīng)該把教學(xué)重點(diǎn)放在如何構(gòu)建力學(xué)模型上，將復(fù)雜的工程問(wèn)題精簡(jiǎn)為力學(xué)模型進(jìn)行分析，從構(gòu)件尺寸的特點(diǎn)、材料的特點(diǎn)，約束的特點(diǎn)，荷載形式的特點(diǎn)等方面，逐步引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為習(xí)題中常見(jiàn)的模型，最后向?qū)W生們提出問(wèn)題，如對(duì)于要在不改變材料的前提下提高構(gòu)件的強(qiáng)度可以從哪些方面著手？怎么樣將結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化？這些都需要通過(guò)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中獲得的專業(yè)知識(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算解決，久而久之便使他們養(yǎng)成了抽象概括的能力，加強(qiáng)了對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。

3.3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)效果

結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生接觸到的都是平面問(wèn)題，面對(duì)死板的內(nèi)容，較多的提高的是學(xué)生的解題能力。可是在工程中設(shè)計(jì)人員所要設(shè)計(jì)的是三維的實(shí)體模型，這就要求學(xué)生能從課堂中的二維結(jié)構(gòu)過(guò)渡到實(shí)際工程中的三維建筑，從紙面上的計(jì)算應(yīng)用到設(shè)計(jì)中去，所以針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)這類內(nèi)容抽象，理論性較強(qiáng)的學(xué)科，在培養(yǎng)基本知識(shí)的靈活應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還需要有對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)安排，深化學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識(shí)[3]。同時(shí)，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽及計(jì)算機(jī)仿真模擬大賽有機(jī)的結(jié)合在一起。任課老師在教授完課程內(nèi)容以后，可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的比賽模式出題?？紤]到學(xué)生們的完成能力，讓學(xué)生分組合作自行設(shè)計(jì)，確定結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)用有限元軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)的承載能力，實(shí)現(xiàn)將實(shí)際問(wèn)題放到電腦里處理；同時(shí)任課教師根據(jù)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的模型樣式以及運(yùn)行結(jié)果與同學(xué)們討論，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，選定最優(yōu)的幾種方案，再以紙、木、竹為材料進(jìn)行實(shí)體模型制作，并通過(guò)加載儀器進(jìn)行加載。校核學(xué)生自己動(dòng)手做出的結(jié)構(gòu)是否滿足要求，實(shí)現(xiàn)將電腦或手工計(jì)算的結(jié)果落實(shí)到應(yīng)用中去。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程進(jìn)行上述內(nèi)容的改革與實(shí)踐，開(kāi)闊了教師的視野，拓展了教師的思維，使教師在教授課程中不僅僅局限于書(shū)本，而是引用工程實(shí)例，真正做到從實(shí)際中來(lái)，進(jìn)書(shū)本中學(xué)，再到實(shí)際中去的螺旋式上升的教育理念。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)理論授課的同時(shí)，增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽與虛擬軟件模擬仿真的有機(jī)融合，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。以上是筆者根據(jù)在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題，提出了對(duì)課程教學(xué)改革的一些膚淺的看法，希望能對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)這門(mén)課程教學(xué)質(zhì)量的提高有所幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]耿翠珍.《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)改革初探[J].浙江樹(shù)人大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，3：44-48.

[2]程健，尹曉文，榮華.《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)改革與探索[J].吉林教育，2013（25）：49.

[3]李慧英.高職《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].職業(yè)時(shí)空，2009，7：62-63.

[責(zé)任編輯：田吉捷]