探究對口土木工程教學(xué) 彰顯結(jié)構(gòu)力學(xué)課程魅力★

楊 青 楊國兵

(1.滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239000； 2.安徽滁州技師學(xué)院，安徽 滁州 239000)

1 概述

應(yīng)用型本科對口招生是我國現(xiàn)階段高等職業(yè)教育“立交橋”的一個通道，招生對象已擴展到中職畢業(yè)生和具有相應(yīng)技能的農(nóng)民工[1]，這項舉措著實使廣大中職生甚至失業(yè)人員圓了一個本科夢。滁州學(xué)院對口土木工程本科招生始于2014年，從目前專業(yè)課教學(xué)的課堂交流來看，某些方面并不亞于普本班級，對口班課堂氣氛活躍，互動性好，學(xué)生敢于發(fā)表自己的感受，緣于他們大多已有一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識或?qū)嵺`經(jīng)歷，且學(xué)生倍感珍惜來之不易的學(xué)習(xí)機會。因此，針對對口班的教學(xué)理應(yīng)區(qū)別于普本班。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專業(yè)的核心課程，在應(yīng)用型本科教學(xué)培養(yǎng)計劃中同樣占據(jù)凸顯地位，尤其針對對口土木工程專業(yè)要淡化晦澀難懂的抽象理論，根據(jù)其學(xué)時安排偏少(總計32課時)實際，教師要引導(dǎo)帶入學(xué)生“身臨其境”，激發(fā)其探究專業(yè)問題的興致，夯實專業(yè)基礎(chǔ),服務(wù)后續(xù)專業(yè)課乃至畢業(yè)后的職業(yè)生涯。

2 引入工程實物，分析問題實質(zhì)

面對對口班學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)實，且結(jié)構(gòu)力學(xué)少學(xué)時的教學(xué)安排，授課教師課程內(nèi)容必須做較大的整合。在盡可能保證學(xué)科的完整性和邏輯性的前提下，有所側(cè)重和突出。教學(xué)中教師理應(yīng)課前“備學(xué)生”，因?qū)诎嘤幸欢ńY(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

如在講到結(jié)構(gòu)的計算簡圖時，不妨帶領(lǐng)學(xué)生觀察教室頂部的樓面梁，發(fā)動學(xué)生嘗試畫出其計算簡圖。拋出如下問題:樓面梁的跨數(shù)是多少，計算長度是多少，與墻或柱的支座是什么約束，梁上不同區(qū)域承受的荷載是線荷載還是集中荷載，教室外走廊(假設(shè)是外走廊)下的梁的截面尺寸與教室內(nèi)梁的截面有什么不同，該教室梁上的計算荷載[2]包括哪些部分，怎么取值，計算荷載的范圍如何劃分，學(xué)生在感性的基礎(chǔ)上“陷入沉思”，原來這些多是以后結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提呀。后續(xù)要求構(gòu)件控制截面的內(nèi)力，再進一步進行結(jié)構(gòu)設(shè)計[3](截面尺寸的確定、混凝土強度的選擇與配筋量的計算)等等。這種教學(xué)互動極大地豐富了書本如何選取結(jié)構(gòu)的計算簡圖的相關(guān)理論。

在講到桁架結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)時，要求學(xué)生注意觀察各地高鐵站站臺的頂棚是什么結(jié)構(gòu)，各地加油站站臺頂棚又是什么結(jié)構(gòu)，再觀察各地工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的大型單層廠房的屋架是什么結(jié)構(gòu)，大中城市的大跨度的橋梁是什么結(jié)構(gòu)，與實心截面梁相比有什么優(yōu)點，拱結(jié)構(gòu)中的矢高與拱腳的水平推力有什么關(guān)系，實際工程中有哪些應(yīng)用，桁架的零桿有什么作用，拱與桁架聯(lián)合應(yīng)用在什么地方出現(xiàn)過等等，我們結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)必須讓學(xué)生從身邊實物中加以觀測，從大方向上給予合理解釋，并激發(fā)鼓勵他們的探究興趣。

再如講到位移法求解內(nèi)力時，根據(jù)超靜定梁“載常數(shù)”表，單跨兩端固端受均布荷載時，固端彎矩絕對值為qL2/12，跨中彎矩為qL2/24，這時，要求學(xué)生與相同跨度的受相同均布荷載的簡支梁的跨中彎矩進行比較，簡支梁的跨中彎矩為qL2/8，這兩種不同形式的梁的內(nèi)力分布有什么意義。不難發(fā)現(xiàn)，單跨超靜定跨中的彎矩只是簡支梁的1/3，而超靜定固端承擔(dān)了簡支梁跨中彎矩的2/3。這就大大減輕了梁跨中的負擔(dān)，使超靜定的梁的截面尺寸趨于合理(當(dāng)然兩端支座處加大了內(nèi)力，但總體截面設(shè)計受力合理)，學(xué)生通過比較，加深了相同跨度的框架梁與簡支梁在受相同均布荷載作用下的內(nèi)力分布特點，印象非常深刻，為今后理解兩種構(gòu)件的施工配筋圖或鋼筋隱蔽工程的驗收埋下了伏筆。

3 探究教法，彰顯課程內(nèi)涵魅力

當(dāng)下，不論中等或高等職業(yè)教育，手機充斥課堂早已不是什么新聞，是什么造就這一時代“特征”，雖不是課任教師能夠解釋了的，但是，與專業(yè)課或骨干課程的接觸實踐的程度，體現(xiàn)課程的內(nèi)涵魅力不無聯(lián)系。職業(yè)教育課堂師生的互動被不少教學(xué)研究者提到臺面上來。因此，探討結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)方法在不斷進行嘗試，那種不顧學(xué)生反應(yīng)的教法無疑加重了課堂的“持機率”。

如結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中靜定結(jié)構(gòu)位移的計算，往往不被學(xué)生理解，對剛度沒有感性認識，課任教師不妨列舉一例：一矩形截面懸挑梁長度為L，抗彎剛度為EI，其上分別作用三種向下荷載：1)均布荷載q；2)端部集中荷載qL；3)中部集中荷載qL；試問，該懸臂梁端部向下的位移分別是多少，哪種情況發(fā)生的位移最大，情況1)2)3)關(guān)系如何，另假設(shè)該懸臂梁的截面面積保持不變，試問，當(dāng)截面高寬比分別是1∶1，2∶1，3∶1情況下，懸臂梁端部的向下位移之間的關(guān)系又如何(仍可以以前述教室樓面梁外走道下的懸臂梁為例)使學(xué)生情趣大增，埋頭開始演算。

通過緊張的圖乘法[4]，相互比照結(jié)論，爭論，最后形成以下共識：對于懸臂梁構(gòu)件，同樣數(shù)量的荷載，作用在自由端的，截面高寬比為1∶1的情況向下的位移最為不利，1)2)3)情況下，結(jié)構(gòu)自由端向下的位移比分別是6∶16∶5；同一種情況下的構(gòu)件截面面積一定，高寬比分別是1∶1，2∶1，3∶1；結(jié)構(gòu)自由端向下的位移比分別是1∶1/4∶1/9。這一比較，說明了抗彎剛度的價值與意義，說明了增加截面高度遠比增加截面寬度對構(gòu)件的抗彎剛度“貢獻”大。

帶有探究好奇的心理，班級的所有的學(xué)生同時應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)圖乘法的實用公式，進行計算靜定結(jié)構(gòu)的位移的演算，進一步用探究法或身邊實物的情景法進行互動，同時也積累了專業(yè)知識，大家用“親身經(jīng)歷”得出的結(jié)論遠比課任教師“口干舌燥的講演”來得“透徹”。像這樣，課任教師總計劃著把身邊的結(jié)構(gòu)作為“案例”進行剖析，發(fā)動學(xué)生的能動作用，相信結(jié)構(gòu)力學(xué)再不會嚼而無味。

4 與其他核心課程的融合

運用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識理解工程圖集問題，是土木工程專業(yè)學(xué)生必備的素質(zhì)，課任教師要挖掘材料給予舉例說明。如不同抗震等級的框架結(jié)構(gòu)的梁柱，為什么規(guī)定鋼筋的接頭位置就在此處和相應(yīng)的接頭率，箍筋的加密長度區(qū)域、位置等等。當(dāng)然構(gòu)件的承載力計算會涉及其他專業(yè)課程，如混凝土結(jié)構(gòu)原理；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計等等，但作為靜定結(jié)構(gòu)的平衡方程，將會是結(jié)構(gòu)設(shè)計中承載力計算公式建立的前提。簡單力法或力矩分配法的運用將是簡單框架結(jié)構(gòu)、剛架結(jié)構(gòu)、多跨連續(xù)梁控制截面內(nèi)力計算的重要方法，結(jié)合各種構(gòu)件指出其彎矩、剪力、軸力、扭矩和位移控制截面，給后續(xù)專業(yè)課鋪墊基礎(chǔ)，這方面的案例往往會引發(fā)學(xué)生濃厚的興趣。

5 結(jié)語

對口學(xué)生的結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)方法探討，是課任教師必須面對的現(xiàn)實問題，抓住其“陽光”的一面，利用其特長，因材施教，因勢利導(dǎo)，充分挖掘課程的“現(xiàn)實性”并廣泛“發(fā)動群眾”，則結(jié)構(gòu)力學(xué)獨有的魅力將會“別具一格”。