建筑力學(xué)課程教學(xué)改革探索

劉艷君

（林州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 林州 456550）

建筑是人類文明進步的見證者與同行者，它是規(guī)模較大的實體并折射出人類特定時期、特定地域的文化底蘊；因此，結(jié)構(gòu)在保證建筑安全的前提下，也要扮演對建筑美學(xué)的貢獻者。雕塑可以隨心所欲地實現(xiàn)作者的理想造型，而建筑只能表達與其所承受力的大小和力的作用原理相適應(yīng)的造型?？梢?，力與建筑造型之間存在相互依存的關(guān)系。建筑力學(xué)課程承載著建筑師與結(jié)構(gòu)師溝通的橋梁和紐帶，其使命是必須保證在既安全又經(jīng)濟的原則下為結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)與計算方法。

一、建筑力學(xué)課程的定位

（一）建筑力學(xué)課程與其他學(xué)科的關(guān)系

工程學(xué)科的學(xué)科體系包含基礎(chǔ)科學(xué)、分析理論與方法、工程設(shè)計實施原理與技術(shù)三大部分。[1]建筑力學(xué)課程是連接基礎(chǔ)科學(xué)（物理、數(shù)學(xué)、經(jīng)典力學(xué)和化學(xué)）和工程設(shè)計實施原理與技術(shù)的橋梁。[2]鑒于該學(xué)科承上啟下的作用，學(xué)生需先學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)，增強知識儲備，能夠了解重要公式的推導(dǎo)過程。建筑力學(xué)課程作為分析理論與方法部分的一員，為后續(xù)開設(shè)的《建筑結(jié)構(gòu)》《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》《土木工程施工》及《鋼結(jié)構(gòu)》等課程打下堅實基礎(chǔ)。

（二）建筑力學(xué)課程的知識框架

建筑力學(xué)課程是建筑工程技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，由靜力學(xué)、材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)組成，以合理地解決結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的安全性與經(jīng)濟性之間的矛盾為目的，培養(yǎng)學(xué)生力學(xué)建模、工程問題定量計算與定性分析等綜合素質(zhì)，知識體系繁雜，學(xué)生接受困難。思維導(dǎo)圖具有突出重點、聯(lián)想豐富、清晰明白及形象直觀的特點，將思維導(dǎo)圖應(yīng)用在建筑力學(xué)的課程教學(xué)中，學(xué)生可以在龐大的知識群中整體把握重難點，建立清晰的邏輯思維，提高學(xué)習(xí)的主觀能動性與積極性。[3]

二、建筑力學(xué)教學(xué)中存在的問題

（一）學(xué)生層面問題

建筑工程技術(shù)專業(yè)的招生對象是高中畢業(yè)考生和中等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)考生，他們具有以下特點[4]：文科生占比較大；絕大多數(shù)學(xué)生物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，而這正是學(xué)習(xí)建筑力學(xué)課程的基礎(chǔ)科學(xué)；學(xué)生水平參差不齊，接受新知能力不同；進入大學(xué)之后，學(xué)生處于放松狀態(tài)，學(xué)習(xí)緊迫感降低，對大學(xué)的任務(wù)沒有清晰認識，大學(xué)生活毫無規(guī)劃或主要精力不是學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)熱情下降，對枯燥乏味的科目更是沒有學(xué)習(xí)興趣。

（二）教材層面問題

1.重點不突出

從建筑力學(xué)基本框架思維導(dǎo)圖可以看出，建筑力學(xué)課程具有知識點密集、涉及范圍廣、跨度大的特點。部分教材對各知識點無一遺漏，全部闡述，內(nèi)容沒有經(jīng)過精挑細選、突出重難點。很多教材花大量篇幅講解超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算，所選用的例題一味追求難、繁，沒有工程實例與之對應(yīng)，對實際應(yīng)用沒有指導(dǎo)意義，淺顯易懂的知識點過于頻繁重復(fù)等。

2.內(nèi)容相互獨立

絕大多數(shù)教材僅僅是在土木工程專業(yè)的理論力學(xué)、材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)教材的基礎(chǔ)上加以刪減、精簡得來的濃縮本[5]，三大力學(xué)拼湊在一起，知識點相互割裂，體現(xiàn)不出關(guān)聯(lián)。易混淆知識點缺乏總結(jié)和對比，例如，在材料力學(xué)部分靜定梁與靜定拱之間的異同點，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中幾何可變體系與幾何不變體系的異同點。

3.內(nèi)容與后續(xù)課程脫節(jié)

例如，簡支梁的內(nèi)力計算不強調(diào)簡支梁的簡化條件及內(nèi)力計算目的，學(xué)生只會機械地根據(jù)固化步驟求解，不思考該知識點從何而來，應(yīng)用到哪去。久而久之產(chǎn)生“為什么學(xué)習(xí)建筑力學(xué)，以后有什么用”的疑惑。

4.內(nèi)容與工作崗位的需求脫節(jié)

高職建筑工程技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標要求學(xué)生掌握本專業(yè)必備的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，具有建筑施工企業(yè)生產(chǎn)一線施工員、資料員、質(zhì)量員、安全員等崗位能力和專業(yè)技能，并能在相關(guān)崗位從事技術(shù)及管理工作的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才[6-7]，課程中存在不少理論性較強且屬于培養(yǎng)工程設(shè)計人員才需要設(shè)置的內(nèi)容。

（三）教師層面問題

除正常的教學(xué)工作之外，教師尚需從事行政、科研工作，鉆研教材、備課的精力有限。此外，建筑力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容之多與授課學(xué)時之少矛盾突出。面對這種情況，教師略顯力不從心。對教學(xué)內(nèi)容沒有進行整合和修訂，教學(xué)設(shè)計不夠精致，只能照本宣科，毫無創(chuàng)新。

三、教學(xué)改革措施

教師是教學(xué)環(huán)節(jié)的靈魂，負責(zé)引導(dǎo)學(xué)生、甄選教材及教學(xué)設(shè)計。學(xué)生參與教學(xué)、教材質(zhì)量和教學(xué)設(shè)計相互制約，直接影響教學(xué)效果，需要教師付出大量的心血探索。

（一）分析學(xué)情，親近學(xué)生

建筑工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生年紀小、心智不成熟、判斷力低、自制力差，應(yīng)采取有效措施引導(dǎo)學(xué)生。教師的角色是教書育人，但大部分教師忽略了育人的作用，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，師生互動不頻繁，教師與學(xué)生之間感情淡薄，不利于教師帶動學(xué)生。為了方便教學(xué)，教師應(yīng)了解學(xué)生心理活動、日常想法、掌握動態(tài)，拉近與學(xué)生的距離。我校采取了“一帶十”模式，由一名教師負責(zé)十名學(xué)生，更有針對性、成效性地與學(xué)生交流，通過實驗，取得顯著效果。

（二）明確教學(xué)目標，實現(xiàn)因材施教

根據(jù)行業(yè)的要求、職業(yè)崗位的需求、能力分析及高職教育的特點，制定本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，確定培養(yǎng)規(guī)格，明確知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)標準。合理取舍教材內(nèi)容、合并關(guān)聯(lián)知識，引用工程案例來講解基礎(chǔ)理論和公式計算，推薦課外輔助學(xué)習(xí)網(wǎng)址與書籍。對于建筑工程技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，走上工作崗位后，腳手架的施工方案編制，對接焊縫、角焊縫的應(yīng)力計算，螺栓的受力分析和計算，土壓力的分析計算都是必備技能，需著重介紹。[8]根據(jù)教學(xué)目標，確定教學(xué)重，根據(jù)教材與學(xué)情確定難點。

（三）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采取多元化手段教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、掌握力學(xué)基本概念及主要的計算方法為基礎(chǔ)，以強化力學(xué)與其他學(xué)科的聯(lián)系為重點，增加課堂趣味性、實踐性。

1.趣味性教學(xué)

講解緒論部分時，先講述祖先的原始生活時期，圓木橋的靈感來自被風(fēng)刮倒的樹木橫在小溪流上。把想要跨越一段距離，便在兩個支點之間放置的粗棒狀物體稱為梁，把梁搭建在一定高度上，則需要借助于柱子，選用的梁和柱只有具備一定的承載力，才能保證正常通行。講解多跨靜定梁時，可以結(jié)合“人背行李騎驢”的寓言故事使學(xué)生更加輕松地理解基礎(chǔ)部分與附屬部分的傳力途徑。

2.聯(lián)系工程實踐

建筑力學(xué)來源于工程實際，服務(wù)于建筑工程結(jié)構(gòu)。講解時應(yīng)向工程案例靠攏，搭建建筑力學(xué)與其他科目的聯(lián)系，使學(xué)生體會到建筑力學(xué)與我們的生活息息相關(guān)，無處不在。在講解幾何組成分析知識點時，以由多根桿件連接、用來支撐腳手架自重和施工中的荷載的腳手架為例。利用二元體規(guī)則、兩剛片規(guī)則、三剛片規(guī)則判斷腳手架是否為幾何不變體系及多余約束的數(shù)目。[9]

3.科學(xué)嚴謹教學(xué)

建筑力學(xué)關(guān)系到構(gòu)件、結(jié)構(gòu)和工程的安全問題。為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹、一絲不茍的精神，學(xué)生課堂練習(xí)或課后寫作業(yè)，都要強調(diào)仔細地進行分析和運算。教師上課準備的PPT也要準確無誤。比如，計算靜定結(jié)構(gòu)的彎矩值時，如果外力有均布荷載，則繪制彎矩圖比較麻煩，可以借助Matlab軟件精準作圖[10]，利用“數(shù)據(jù)游標”命令查看桿件任意截面的彎矩值大小，確定桿件的最危險截面。

4.借助實驗、仿真模擬軟件教學(xué)

（1）實驗教學(xué)

材料力學(xué)主要研究軸向拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切與彎曲變形，桿件的應(yīng)力、應(yīng)變等強度理論。該部分冗繁的理論公式推導(dǎo)抽象難懂且易混淆，學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，工程經(jīng)驗匱乏，對四種基本變形沒有感性認識。為使學(xué)生掌握建筑力學(xué)實驗的內(nèi)容和方法，鞏固和加深建筑力學(xué)的理論知識，提高實驗水平，培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力和理論聯(lián)系實際、實事求是的作風(fēng)，在實驗室每小組需要獨立完成四種變形實驗并上交實驗報告。

（2）仿真模擬軟件教學(xué)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各種仿真模擬軟件多不勝數(shù)，功能強大。材料力學(xué)中桁架的內(nèi)力及位移計算和結(jié)構(gòu)力學(xué)中超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算難度系數(shù)高，講授知識費時且效果甚微，對學(xué)生以后工作幫助不大；因此，可借助ANSYS、ABAQUS、力學(xué)求解器等對典型建筑結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬，以圖形、圖表或動畫的形式直觀、形象地呈現(xiàn)建筑構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)的受力、變形[11-12]，以此激發(fā)學(xué)生求知欲，提高教學(xué)效果。

四、結(jié)語

建筑力學(xué)課程是建筑工程技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，為砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計問題提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法，具有較強的實踐性、應(yīng)用性。綜合分析建筑力學(xué)課程在學(xué)生、教材和教師三個層面存在的問題，主要采取以下措施進行教學(xué)改革：分析學(xué)情，親近學(xué)生。學(xué)生是教學(xué)活動的主體，亦師亦友對感化學(xué)生也是有幫助的；明確教學(xué)目標、實現(xiàn)因材施教。對于高職院校的學(xué)生來講，工作需要什么學(xué)校就教什么，可以實現(xiàn)實用性教學(xué)，使學(xué)生畢業(yè)后更快地適應(yīng)工作崗位；優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、采取多元化教學(xué)。教學(xué)形式多樣化可避免課堂枯燥乏味，借助仿真模擬軟件教學(xué)弱化知識難度，使學(xué)生掌握力學(xué)基本概念和主要計算方法，提高工程實踐能力。