結構力學課程教學探究

[摘 要]結構力學是一門重要的專業基礎課。結構力學課程重視和堅持基本知識、基本理論和基本技能（即“三基”）的教學，加強規律總結分析法等其他輔助方法的教學；結合課程的特點合理使用多媒體，采用電算與手算相結合、理論與實際結合的教學手段，取得了良好的教學效果和達到了預期的教學目的。

[關鍵詞]結構力學 “三基” 教學方法 教學手段

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）19-0089-02

結構力學不但是土木工程、機電和水利水電等專業中的一門重要的工程實用型專業基礎課，而且也是研究和發展其他學科的重要工具。結構力學課程教學效果的好壞不僅直接影響到學生對專業知識掌握的程度，而且還會影響到學生基本技能的提高和前途發展，這就要求我們教學人員必須根據結構力學這門課程的特點，堅持和發展科學的教學方法和教學手段，進而提高教學效率，使結構力學課程教學更有效，更高效。

一、堅持科學的教學方法

（一）重視和堅持基本知識、基本理論和基本技能（即“三基”）的教學

“三基”教學法在結構力學課程教學中的科學應用，應當體現出基本知識、基本理論和基本技能三者之間密不可分的關系，“三基”教學的最終目的是培養學生的基本技能，即分析問題和解決問題的能力。但是這些基本技能的培養都是建立在基本知識和基本理論熟練掌握的基礎上的，如果在沒有掌握基本知識和基本理論的前提下，就開始進行基本技能的培養，那簡直就是“無源之水”。眾所周知，基本知識和基本理論的建立是分析問題的基礎，如果基本知識和基本理論掌握得不透徹，理解得不清晰，那么學生在分析問題時只能采用依葫蘆畫瓢式的分析方法，有時甚至連依葫蘆畫瓢式的分析方法也不會，最終導致學生缺乏獨立分析問題和解決問題的能力。同時，如果僅僅為了基本知識和基本理論而學習，那么許多相關的重要基本技能將無法得以培養。

“三基”教學法在結構力學課程教學中的科學應用，可以達到學以致用的目的。這里所說的“學”就是對該課程基本知識和基本理論掌握，“用”就是通過該課程的學習可以使學生分析和解決實際問題的能力得到提高，簡單地說，就是結構力學課程教學中的能力培養。對于結構力學這門課程來講，涉及的重要基本知識和基本理論有：結構幾何組成分析、靜定結構（梁、剛/排架、拱、桁架等）內力分析、靜定結構的位移計算方法和原理、梁影響線的繪制及影響線的應用、超靜定結構的計算方法（力法、位移法、漸進法和結構矩陣分析法等）和原理、結構的動力計算、結構的穩定計算和結構的極限載荷計算等。通過結構力學這門課程的學習必須掌握的基本方法有：結構幾何組成分析基本步驟、靜定結構內力分析基本方法、靜定結構的位移計算基本步驟、梁影響線的繪制方法和力法、位移法、漸進法等超靜定結構的內力分析和位移計算的基本步驟等。通過這些基本方法的掌握和學習可以培養學生的基本技能，即分析問題能力、計算問題能力、自學能力和表達問題能力等。[1] 對于結構力學這門課程，具體地說，分析問題能力指的是對工程實際結構進行綜合全面地分析，依據略去次要因素、能反映結構的真實受力情況和使力學計算得到簡化等原則，經過抽象和簡化的處理，得到其計算簡圖的能力；根據結構力學的各種計算方法特點，對不同的具體問題選擇恰當的計算方法的能力；進行結構計算簡圖的力系平衡分析和變形幾何分析的能力。計算問題能力不僅包括對各種常見結構具備科學合理的計算步驟的能力，以及初步掌握應用計算機進行有限元數值計算的能力，而且還包括對結構的計算結果進行定量和定性校核的能力。自學能力包含學生獨立消化已學知識的能力和攝取其他新知識的能力。表達能力其實就是對以上所有能力的一種綜合體現的能力，對要解決問題的表述，不僅要求其形式上的整潔，內容上的步驟分明和思路清晰，而且要求其對解決的問題表達全面和數據準確。

（二）加強和培養規律總結分析、對比分析和定性分析等其他輔助方法的教學

善于進行規律總結是一種良好的消化知識和鞏固知識的渠道，即將自己的一點一滴的教學或學習心得理順，鞏固認識，使學生學到的內容成為自己真正的東西。在結構力學課程的教學過程中，有規律可循的知識點有許多，比如結構力學在講解到梁任意截面的剪力和彎矩求解的重要知識點時，常用的方法就是采用截面法進行分析，其次就是根據疊加法進行求解，但是這些方法都存在計算量大、不便于記憶、耗時等缺點。倘若我們在教學過程中善于總結，就可以克服以上這些缺點，達到事半功倍的效果，比如把剪力和彎矩的計算規律分別總結如下：①剪力的簡潔計算規律：梁內任意一個截面上剪力（記為Fs），必等于此截面以左（或以右）各橫向外力（不考慮集中力偶）的代數和，這些橫向外力的正或負是根據橫向外力對此截面形心轉動的趨勢進行判斷，即順時針轉動趨勢的外力取正值，反之取負值，寫成代數的形式就是：Fs=Fi；②彎矩的簡潔計算規律：梁內任意一個截面上彎矩（記為M），必等于此截面以左（或以右）所有集中力偶和各外力對此截面形心的力矩的代數和。這些力矩的正或負是根據橫向外力的箭頭指向進行判斷，即橫向外力箭頭指向向上的外力均將引起正值的彎矩，而向下的外力則引起負值的彎矩，對于集中力偶的正或負需要參考外力對此截面形心的力矩正或負來判斷，寫成代數的形式就是：M=Fiai+ Mk。在運用以上規律求解任意截面的剪力和彎矩時，不僅可以使學生便于記憶，而且還可以使他們節省大量時間、避免出錯。由此可見，規律總結分析法的輔助教學是鞏固和加強“三基”教學效果的一個重要途徑。

在結構力學課程中，對比分析和定性分析作為另一類輔助教學的方法，也占有非常重要的地位。其中，對比分析法是提高學生思維能力的一種重要方法，它通過對事物的異同進行比較分析，常常可以獲取解決問題的新思路，引發新的發現。因此，在結構力學教學中采用對比分析法對豐富結構力學教學方法和提高學生的思維能力與創新能力很有幫助。

二、堅持科學的教學手段

（一）合理使用多媒體教學手段

眾所周知，多媒體教學可以使學生在較短時間內獲取更多的知識信息量，同時也可以使教師講授的內容更加形象直觀、生動活潑、妙趣橫生，使學生更容易接受和掌握所學的知識。但是多媒體教學使用不當也會出現一些問題，其中最容易出現的問題是教學中教師容易加快授課的速度、師生互動減少、學生動手能力降低等，使學生對教師講授的知識來不及消化吸收。因此，在保證多媒體制作質量的前提下，合理地運用多媒體教學非常重要。針對結構力學課程來說，合理運用多媒體教學應該是采用多媒體與板書相結合的方式進行教學，這就要求授課教師根據結構力學不同的知識點，合理地分配多媒體使用課時與板書所需課時，使兩者在教學中實現優勢互補，這樣才可以達到較好的教學效果。

（二）電算與手算相結合的教學手段

為了適應現代經濟的發展，教師在結構力學教學中應要求學生不僅掌握分析書中簡單問題的能力，而且更要具備解決和分析實際生活中大型復雜結構問題的能力。對于簡單的結構問題，通過結構力學這門課程的教學，教師可以使學生進行理論分析和計算，但是，對于大型的復雜結構問題，讓學生僅靠手算的方法已經不能適應現代經濟的發展了，因為手算不僅工作量大，而且還容易出現錯誤。隨著現代計算機技術的發展以及多種商業有限元軟件的開發，電算化在結構力學中的計算已經得到普及。因此，在結構力學教學中，教師不僅要加強和培養學生的手算能力，而且還要強化和鍛煉學生的電算能力。只有這樣，才可以使學生適應社會的發展。同時，通過電算與手算相結合的教學手段也可以充分調動學生獲取知識的積極性，提高學生對“三基”的重視。

（三）加強理論與實際相結合的教學手段

依據結構力學這門課程的性質，要求教師在教學中必須采用理論與實際結合的教學手段。教師通過這門課程的教學不僅要教給學生理論知識，更要培養和提高學生分析和解決實際工程問題的能力，即提高學生的基本技能。在實際工程結構分析中，通過基本技能的講授，要使學生懂得和知道結構力學的理論是怎樣服務于工程實際的，可以將實際工程問題抽象化，建立正確的力學分析模型，最終給出結構正確的力學分析結果。所以，只有理論與實際相結合，才能達到學以致用的目的。

三、結束語

結構力學是一門重要的工程實用型專業基礎課，它非常注重培養學生的基本技能。教師應針對這門課程的特點和學生的特點，堅持和發展多種科學、合理的教學方法和教學手段，不斷提高教學效果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 龍馭球，包世華主編.結構力學教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 張速.比較法在結構力學教學中的應用[J].力學與實踐，2001（5）：62-63.

[責任編輯：黃春香]