土木工程應用型少學時結構力學課程內容整合及教學反思★

楊 青 楊國兵

(1.滁州學院土木與建筑工程學院，安徽 滁州 239000； 2.安徽滁州技師學院，安徽 滁州 239000)

1 概述

結構力學是一門傳統(tǒng)專業(yè)基礎課，歷來已久，堪稱土木工程類專業(yè)課程的“中流砥柱”，其傳授的知識點不僅需要理論力學、材料力學和高等數(shù)學做鋪墊，而且為理解和掌握后續(xù)專業(yè)課如鋼結構設計、混凝土結構設計及結構抗震等課程搭建了力學模型與橋梁，在土木類畢業(yè)生今后的職業(yè)崗位群中，作為工程技術人員分析和處理各種結構問題和施工方案應必備的專業(yè)素養(yǎng)之一。當下課程改革，應用型土木工程結構力學課時數(shù)由原來的90縮減為56，削減量達1/3以上[1]，通常被稱之為“少學時”。我們認為此舉并不是削弱了該課程在專業(yè)改革中的地位與作用，而是根據(jù)應用技術型培養(yǎng)目標對教學內容的整合與教學方式改進提出了更高要求。陽令明等[2]探討了翻轉課堂在結構力學課程教學的適應性，構建了教學應用模型；王振波等[3]提出對課程內容進行模塊劃分，對學生分層次組織進行教學，同時強調結構力學課程改革“重訓練、強應用”的多種教學方法；賈穗子等[4]建立了結構力學課程與結構試驗的結合，用“帶斜肋加強型結點”模型模擬鋼管混凝土框架剛結點，而直板結點、槽鋼結點及角鋼結點都無法保證剛結點的屬性，讓學生參與老師科研課題進行探討，從而構建將計算簡圖中的剛結點轉化為實際應用中，實現(xiàn)模型應用的飛躍；馬艷梅[5]探討了如何利用時下慕課、雨課堂、超星學習等網(wǎng)絡手段，進行結構力學教學方式的改革；王磊等[6]討論了通過簡易材料制作的結構力學模型在課堂進行演示，讓學生直觀感受一些較為抽象難以接受或理解的概念，效果明顯；這些學者都對結構力學的教學做出了有益且有力的探索。對于學時受到特定限制時的應用型結構力學教學應對措施，目前探討的尚很難見到，筆者擬探討在“少學時”控制下，對應用型土木類專業(yè)結構力學課程進行有效的教與學的問題，為教學改革提供參考。

2 選好教材

選擇區(qū)別于學術研究型大學的應用型本科結構力學教材，具有針對應用型人才的培養(yǎng)目標這一鮮明特色，此類教材一改理論艱深、內容繁雜、形式古板、偏重公式推導之貌而凸顯應用特色，學生易于接受，實用性強，可完成工程師基本訓練，適合培養(yǎng)較強實踐能力的高級專門人才，見表1。選好教材，僅為專業(yè)學習提供范本，但此類教材要求的學時數(shù)仍遠超出少學時，如何在規(guī)定學時內完成合理的教學任務，為后續(xù)專業(yè)課提供進一步研究的基礎，值得仔細斟酌。

表1 部分應用型土木工程結構力學本科教材一覽表

3 教學內容的整合

手算繪制簡單靜定與超靜定結構的內力圖是結構力學的根基，必須要求學生熟練掌握。在靜定結構這部分，考慮材料力學也有涉及，我們把疊加法及控制截面法作內力圖作為新的抓手，課堂精講，課下組織采用力學競賽以求達到熟練掌握。靜定結構位移計算一方面是理解力法典型方程意義的基礎，另一方面也是結構剛度校核的手段，更是服務于超靜定結構位移計算與結構軟件(如SM Solver和ANSYS)應用的前提。圖乘法是解算靜定結構位移的有力工具。力法基本結構的選取，技巧性強，可以發(fā)動學生課后思考，實施課堂競賽法。位移法典型方程的建立與方程系數(shù)的計算對于應用型學生是教學難點，特別是單跨超靜定梁的形常數(shù)與載常數(shù)概念的來歷與運用，學生往往不能吃透，這部分內容作為解算超靜定結構的核心，教學當給予時間保障，否則學生定會產(chǎn)生迷茫。漸近法中的剪力分配法，對水平作用下框架結構手算內力十分合適，對學生畢業(yè)設計必不可少，理當加強。影響線部分概念可以與之前內力圖對比給予處理，因為學時原因，可予略講。矩陣位移法；結構的動力分析；結構的穩(wěn)定分析；結構的極限分析內容，一般來說，因為少學時原因，可予忽略，對于部分有提升要求的學生，通過開展力學講座形式，給予兼顧(不占用學時)，具體課時安排見表2。

4 教學方式反思

毋庸諱言，基礎比較薄弱的學生學習結構力學課程往往信心不足，因此激發(fā)學生興趣，讓學生感受到本課程與混凝土結構設計、砌體結構、鋼結構、建筑施工技術等其他專業(yè)課的清晰的內在脈絡關系，必然會引起學生關注進而產(chǎn)生壓力與動力。如果學院沒有實施該課程與后續(xù)專業(yè)課的利害關系及其在畢業(yè)結構設計中的無可替代作用的后果體現(xiàn)，學生定然因畏懼而懈怠，那樣即使學時再多也無益于教。讓學生自覺“走出課堂”，融入“施工場地”，不失為一適應應用型培養(yǎng)目標的可行方案，應用型培養(yǎng)的人才不是培養(yǎng)研究性學者，而是“知其所以然”的技術型工程師。因此，應用型結構力學教師同時應擔負核心專業(yè)基礎課架設核心專業(yè)課橋梁的策劃師，善于利用當今慕課、雨課堂、超星學習等網(wǎng)絡手段，對學科發(fā)展前沿典型工程結構實物，和現(xiàn)代城市高速發(fā)展涌現(xiàn)的各種結構形狀加以分析，積極開展結構力學課程學習通教學資源平臺為課程服務，實施周邊工程案例的力學分析(如2018年1月4日合肥公交站臺因暴雪而坍塌事故，2019年10月12日無錫高架橋側翻工程事故，2020年3月7日福建泉州酒店整體倒塌事故)。關注時事，關注身邊的結構力學，興趣加專注，化解“少學時”之不足。

表2 少學時課程學時數(shù)安排表

5 教學考核的改進及效果

期中期末考試只是考察學生學業(yè)成績的手段之一,加強過程考核的評價方法成為共識。為此，我們鼓勵參與國家級、省級、市級(校級)力學建模大賽的學生，獲取優(yōu)秀以上等級可獲取課程學分，對利用課時外積極參與身邊結構類型調查與分析報告，或利用結構軟件進行模擬分析并得出較為有用結論的做法同樣參與課程評分，我們的做法見表3。通過15級、16級、17級教學實踐，學生學習結構力學的激情燃放，活動踴躍參加，如我們多次舉辦力學模型大賽，結構彎矩圖和剪力圖大賽，滁州學院筆者所任教的班級參加全國周培源力學競賽2016年安徽省大學生力學競賽獲三等獎7人，2017年第十一屆全國周培源大學生力學競賽安徽賽區(qū)獲三等獎16人，2019年第十二屆全國周培源大學生力學競賽中獲三等獎2人，安徽省第二屆大學生力學競賽獲三等獎18人，二等獎1人。獲獎率和獲獎層次均在安徽省同類高校前列。

表3 近3年來結構力學課程改革綜合考核成績方案

6 結語

通過對應用型少學時結構力學課程教學探討與實踐，得出教學內容整合的幾點原則：1)兼顧與專業(yè)課的交叉性；2)對畢業(yè)結構設計有利；3)充分理解結構施工圖；4)處理結構問題或理解施工方案；5)利于學習結構軟件。應用型土木工程的結構力學的教學，應在應用型上大膽改革，大膽創(chuàng)新，寓教于究，化繁瑣為簡潔，化抽象為具體，化定理、規(guī)則理論為分析問題的方法與崗位的需求，以實用為原則，唯有以“有用”為原則才能真正接“地氣”，使得“少學時”的改革值得推崇。