結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)促理論的教學(xué)方法探索與實(shí)踐

曲激婷 陳廷國(guó) 黃麗華

摘要：總結(jié)了目前結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，介紹大連理工大學(xué)在結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面開(kāi)展的系列工作，并在此基礎(chǔ)上探討了將結(jié)構(gòu)力學(xué)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，有利于應(yīng)用型人才和精英人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；精英人才

中圖分類號(hào)：O342 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）43-0146-02

一、引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木、水利、港工、海洋、交通、土木工程管理等專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，授課主要采用課堂理論教學(xué)模式，并未如材料力學(xué)課程一樣設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。該課程理論學(xué)習(xí)有一定難度，且工程實(shí)際中的結(jié)構(gòu)看起來(lái)往往和結(jié)構(gòu)力學(xué)中的簡(jiǎn)化計(jì)算模型相去甚遠(yuǎn)，難免會(huì)造成學(xué)生工程認(rèn)識(shí)與理論認(rèn)知的脫節(jié)，對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣度不高，授課內(nèi)容難以消化，從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)有畏難情緒。雖然如今科學(xué)計(jì)算已經(jīng)與理論分析和實(shí)驗(yàn)技術(shù)相并列，成為第三種科學(xué)方法，但力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)無(wú)論是作為認(rèn)識(shí)和檢驗(yàn)真理的最終標(biāo)準(zhǔn)，還是作為直接解決實(shí)際工程中的力學(xué)問(wèn)題的重要手段，仍然有著不可替代的地位。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

目前，國(guó)外高校仍然側(cè)重結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論的講授及學(xué)生手算能力的培養(yǎng)，尚未開(kāi)展結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究。國(guó)內(nèi)關(guān)于結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的研究還較少，有6所高校開(kāi)展了結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)建設(shè)。武漢大學(xué)出版了《結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材[1]，設(shè)計(jì)共29個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)供學(xué)生自選。哈爾濱工業(yè)大學(xué)成立實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程平臺(tái)建設(shè)，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主、課堂教學(xué)為輔[2]。沈陽(yáng)建筑大學(xué)結(jié)合該校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，積極籌備開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)課[3]。合肥工業(yè)大學(xué)在汲取其他高校在結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程方面的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其自身的基礎(chǔ)也在積極探索實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)[4]。揚(yáng)州大學(xué)[5]對(duì)土木工程專業(yè)進(jìn)行了課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，建立了土木工程專業(yè)本科系列開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，將材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、土力學(xué)和混凝土等課程的實(shí)驗(yàn)整合為土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。

大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部結(jié)構(gòu)力學(xué)團(tuán)隊(duì)與煙臺(tái)大學(xué)、煙臺(tái)新天地實(shí)驗(yàn)技術(shù)有限公司共同研制了一種結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)平臺(tái)，并于2016年授權(quán)發(fā)明專利（如圖1所示），該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（如圖2）集成了結(jié)構(gòu)力學(xué)模型、加載裝置、測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)一體化。平臺(tái)為四立柱門式框架自反力結(jié)構(gòu)，上下橫梁采用H型鋼梁。上下橫梁、立柱均安裝直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌隱藏在型鋼內(nèi)部，導(dǎo)軌上安裝可移動(dòng)的小車，小車上可安裝支座、加載油缸等?？蓪?duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ投帱c(diǎn)施加豎向荷載、水平荷載及結(jié)點(diǎn)彎矩；也可用于空間結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多方向拉壓力加載，能系統(tǒng)完成結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論的相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，且開(kāi)展一些綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)幾年的探索，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)完善了十四個(gè)實(shí)驗(yàn)題目及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，帶頭人陳廷國(guó)教授已于2016年秋季首次開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)選修課，共計(jì)20學(xué)時(shí)，有25名學(xué)生選修了課程，由考試成績(jī)分析可知，選修了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)生成績(jī)普遍較好。

不同于單獨(dú)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)選修課，大連理工大學(xué)旨在設(shè)計(jì)更適于與結(jié)構(gòu)力學(xué)理論教學(xué)相輔相成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好的理解重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，陳廷國(guó)教授主編的結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教材已完成編寫(xiě)，很快將與讀者見(jiàn)面。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐

大連理工大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)為不同的結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)不同的表現(xiàn)方法，結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)手段，利用不同的平臺(tái)為學(xué)生們提供多層次的實(shí)驗(yàn)，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，具體實(shí)踐包括如下內(nèi)容：（1）課堂實(shí)物演示：根據(jù)研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，便于在課堂為學(xué)生們演示以及實(shí)際操作；（2）實(shí)驗(yàn)視頻：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及腳本，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)視頻的拍攝與后期制作，根據(jù)學(xué)時(shí)安排和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將實(shí)驗(yàn)視頻加入課程PPT，部分視頻可上傳至課程學(xué)習(xí)APP及結(jié)構(gòu)力學(xué)課程網(wǎng)站，方便學(xué)生課后學(xué)習(xí)；（3）自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)授課內(nèi)容，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图胺桨?，通過(guò)親自實(shí)驗(yàn)體會(huì)力學(xué)原理，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，此外，也有助于不斷擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)資料庫(kù)。

四、結(jié)語(yǔ)

為達(dá)到高等教育面向高素質(zhì)、精英人才的培養(yǎng)目標(biāo)，深入“理論聯(lián)系實(shí)踐”的教學(xué)理念、教學(xué)思想和教學(xué)方法的改革，提出對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程開(kāi)展理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)探索。通過(guò)參加與否結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生成績(jī)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以加深學(xué)生對(duì)基本理論和基本概念的理解，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生成績(jī)平均分更高，學(xué)生由過(guò)去的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，而且可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)體和群體的創(chuàng)造性，有利于應(yīng)用型人才和精英人才的培養(yǎng)。

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Abstract：This paper summarizes the current situation of structural mechanics experiment teaching，dalian university of technology in structural mechanics experimental teaching in carrying out a series of work，and on this basis discusses the combining structural mechanics theory teaching and experiment teaching mode，is beneficial to the development of the applied talents and elite talent.

Key words：structural mechanics；experimental teaching；elite