結構力學教學中工程實踐能力的培養★

賈 程

(鹽城工學院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

土木工程專業應用型“卓越計劃”的主要培養目標是為社會培養掌握土木工程專業的基本知識和基本理論，獲得土木工程師的基本訓練并具有創新能力，適應我國經濟社會發展需要的實用型工程技術人才。鹽城工學院土木工程專業新的“2.5+1.5”培養模式正是適應這一培養目標而制定的。

在土木工程專業課程設置體系中，結構力學課程具有不容置疑的重要地位，其教學質量直接影響到學生工程實踐能力的培養［1］。在結構力學教學改革中，不僅要注重基本知識和基本理論的掌握，更要注重培養學生的工程實踐能力。本文將從以下幾個方面重點介紹在結構力學教學過程中提高學生分析問題、解決問題的能力，培養其工程實踐能力的措施。

1 強調定性分析

在進行工程設計和處理實際工程問題時，需要設計人員具有對結構合理形式、結構的變形和內力的總體概念和分析能力，還需要具有對工程計算數據、突發現象和問題做出迅速科學判斷的能力，這就是所謂的定性分析。要求在學習結構力學時，不僅僅要掌握結構力學的核心概念和基本方法，更重要的是讓學生能夠正確靈活地應用各種方法，并具有對計算結果進行校核、對內力分布的合理性等做出定性判斷的能力［2］。

教師在講授過程中，要重視引導學生逐步增強定性分析的意識，培養定性分析的習慣。

比如，結構力學中的約束問題。約束包括桿件的連接結點和支座，不同類型的約束有其內力和變形的特點。這些約束構成了結構分析的控制點。以單跨單層剛架為例，按支座以及結點的約束條件，剛架可分為無鉸剛架、兩鉸剛架和三鉸剛架。引導學生思考并得出這三種剛架的區別:無鉸剛架為3次超靜定結構，結構內力小，剛度好，對基礎要求高;三鉸剛架為靜定結構，內力大，剛度差，對地基要求不高;兩鉸剛架介于兩者之間。學生就會有這樣的定性認識:在設計中通過增加約束，可以提高結構的承載力，增強結構的剛度。又如，在教學中訓練學生快速作彎矩圖。學生在訓練時往往覺得無從下手，“快速”兩字更無從談起，這就要求學生“抓住本質，化繁為簡”。這樣，一方面可以提高學生對結構力學的興趣，另一方面可以提高其力學素養，對后期處理工程實際問題有著深遠的意義。

2 實施案例教學

注重在課堂中進行案例展示。教師要針對結構力學的具體內容，收集實踐工程案例，建立并完善工程案例資料庫。課堂上先通過圖片、視頻和動畫等動態元素，創設實際工程情境，讓學生對案例有直觀的了解，找出案例中的關鍵性問題，從而引出本部分教學內容對應的工程任務。

比如，在講解“結構的幾何組成分析”這章內容時，學生對“約束”“自由度”“幾何不變體系”“幾何可變體系”“瞬變體系”等一些概念理解不透，則可以以南京長江二橋等大跨度斜拉橋為例來介紹，還可以利用動畫來演示幾何可變體系的運動現象［3］。又如，在講授三鉸拱的內力計算時，首先給出幾座拱橋的圖片，讓學生思考拱形結構的特點，然后給出一個曲梁的例子，引導學生比較拱與梁有何特點，進一步得出在同樣荷載下，三鉸拱的彎矩比簡支曲梁的彎矩小的結論。再如，在講解超靜定結構時，首先給出國家大劇院和奧運會國家體育場鳥巢的圖片，展現其內部復雜的桿件體系，引導學生思考并討論為什么工程中多選用超靜定結構，再引出超靜定結構的特點，讓學生了解超靜定結構的難點，從而引出超靜定結構的解題思路，讓學生考慮如何將求解復雜的超靜定問題轉化為比較簡單的靜定結構來處理。

通過在課堂上介紹一些國內外的實際工程，把學科前沿的知識傳遞給學生，進行各種形式的討論，豐富學生的知識結構，拓展學生的思維眼界，促使學生對結構力學與工程實際的聯系進行深入思考。實踐證明，這樣的教學方式大大提高了學生的學習主動性，很多學生認真思考，積極求證，甚至課后還與教師交流討論，這種教學效果在傳統教學過程中是比較少見的。

3 重視實踐性教學環節

3.1 鋼桁架實驗

增設結構力學實驗，不僅可以大大激發學生的興趣、主動性和創造精神，還可以培養學生分析能力、動手能力，從而提高其工程實踐能力。根據鹽城工學院土木工程學院實驗室的現有條件，靜定桁架加載實驗是完全可以開展的。學生可以利用簡支鋼桁架靜載實驗裝置進行桁架的應變測試和撓度測試。該裝置中采用箔式電阻應變計測量桿件應變，采用百分表測量下弦桿結點撓度。通過實驗，可以計算出桿件的內力分布和撓度曲線，采用逐級加載的方式，讓學生掌握桿件內力、位移與荷載的關系，并要求學生將實驗結果與理論計算結果進行驗證比較。另外，還可以利用課余時間，進行連續梁、簡單框架等結構力學實驗。這樣，不僅可以用實驗結果驗證理論計算結果，鞏固結構力學知識，還可以培養學生的動手能力和創新意識，培養其工程實踐能力。

3.2 結構力學求解器

結構力學求解器是一種計算機輔助分析計算軟件，其求解內容包括二維平面結構(體系)的幾何組成部分、靜定、超靜定、位移、內力、影響線等問題，全部采用精確解答。在教學中引入結構力學求解器，讓學生將電算結果與手算結果相互驗證，完成電算實驗報告，培養學生使用軟件分析工程實際問題的能力。另外，對數值計算和編程感興趣的學生，教師還可以將源程序給出，鼓勵學生動手改編程序來分析各種典型問題，可以促進學生對所學內容的掌握和理解，訓練使用計算機解決問題的能力，可以大大提高學生利用計算機分析工程實際問題的能力，但此環節有一定的難度，且比較耗時，教師可根據教學情況具體實施。

3.3 結構模型設計與制作

為提高學生對結構力學概念的應用和工程實踐能力，可以在課外教學中進行結構模型設計與制作［4］。構建柔性開放式結構力學研學實踐平臺，針對教學重點，設計一定數量的模擬工程實踐的項目，如懸索橋、減震基礎、桁架等，供學生自主選擇。利用平臺積極開展研學活動，將力學概念與工程實踐緊密聯系。比如，讓學生自己動手設計和制作多層框架房屋模型，并利用實驗室振動臺模擬地震波，讓學生真切感受地震對于結構的破壞作用或者模擬在移動荷載作用下的橋梁結構，讓學生對移動荷載對結構的作用有明確的認識。結構模型設計制作，具有趣味性和概念性，大大地擴展了師生們的視野，豐富了教學生活，讓學生在實踐中快樂的學習，有利于激發學生學習結構力學課程的熱情，激活學生用力學概念進行結構設計的潛質，鍛煉工程思維能力。

4 完善考核體系

傳統的以閉卷考試和平時成績按一定比例確定的最終成績，很難全面反映學生的學習狀況。有些平時學習態度認真，學習效果較好的學生可能會因考試發揮失常得低分，有些學習不認真的學生，有可能投機取巧得高分。所以，結構力學課程要加強平時考核力度，最終評定成績可以考慮期中考試、期末考試、結構力學實驗報告、結構電算報告、平時成績等多個方面。另外，對部分工程實用性較強的內容，可以采取布置項目作業的形式進行考核。

5 開展課外知識講座

邀請教學名師開展“怎樣學好結構力學”的講座，具體到針對結構力學的不同章節的學習方法;邀請課程組教師針對教學過程中學生感興趣的主題，由淺入深、分層次開展系列專題講座。通過知識講座開闊學生的視野，活躍學生的思路，培養學生聯系實際的能力。

6 參加結構力學競賽

結構力學競賽是課堂教學的一種補充方式，有利于激發學生學習課程的興趣和與相關專業課結合的意識［5］。競賽內容往往是課程教學的重點和難點內容，任課教師就必須不斷改進教學方法，相互交流教學經驗，促進教學研究和教材建設方面的提高。另外，競賽還能增進院校之間在課程教學方面的交流，所以，適當開展結構力學競賽活動，對結構力學課程教學和專業課教學具有積極的意義。

以上是針對結構力學教學中工程實踐能力培養的幾點想法。我們將虛心學習和借鑒兄弟學校的教學經驗，推動結構力學課程教學改革，促進我校土木工程專業結構力學教學水平的提高。

［1］朱慈勉，張偉平.結構力學［M］.第2版.北京:高等教育出版社，2009.

［2］崔清洋，張大長，朱 華.結構力學［M］.第2版.武漢:武漢理工大學出版社，2010.

［3］賈 程，陳卉卉.應用型本科結構力學課程教學方法探討［J］.山西建筑，2012，38(13):279-280.

［4］周 臻，陸金鈺，尹凌峰，等.面向卓越土木工程師培養的結構力學教學改革與實踐［J］.高等建筑教育，2012，21(4):74-77.

［5］魏德敏，王 勇.以競賽促進“結構力學”課程教學改革［J］.理工高教研究，2007，26(1):105-106.