淺談結構力學課程建設的實踐與體會

[摘 要]文章從土木工程專業力學課程類的設置入手，以結構力學所處的地位為切入點，探討了構建地方高校結構力學課程體系，結構力學課程教學內容的調整與優化，教學手段、教學方法改革的思路與做法，介紹了結構力學課程建設的實踐經驗，提出了提高教學質量的建議與思考。

[關鍵詞]結構力學 課程建設 實踐與體會 教學質量

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）012-0060-02

結構力學是土木工程專業力學系列課程中一門非常重要的專業基礎課，與混凝土結構原理一起被譽為該專業的“基本功”、“看家本領”，因此，結構力學課程的教學質量對于培養基礎扎實、高素質、實踐能力強的土木工程師起著舉足輕重的作用。

一、厚基礎、寬口徑，談土木工程專業力學類課程的設置比重

土木工程專業的力學類課程包括理論力學、材料力學、結構力學和彈性力學。它們在專業培養方案中所占的學分比例體現了該類課程的重要性，也是制訂專業教學計劃、進行教學改革的依據之一。調研結果顯示，國內土木工程專業力學類課程學分占總學分的比例較小，不計“兩課”與英語課等所占學時數，力學課程的學分比例會有所提高，但總的教學時數與國外相比仍然偏低。因此，應注重學生基礎知識的培養，使學生畢業后能夠具有主動獲取專業知識的能力。這就要求教學計劃應體現“教學以教師為主導”、“學習以學生為中心”的指導思想，以體現“基礎扎實”的要求；結合“大類”招生基礎教學平臺，體現“寬口徑、高素質”的要求；設置實踐環節比重大于25%，體現實踐能力強的培養要求。另外，在課程體系上也要對力學課程的內容進行整合優化，突出重點，避免重復，建議力學類學分應占學生畢業總學分的10%～15%。

二、滿足基礎扎實、實踐能力強的條件，談地方高校結構力學課程體系的構建

根據教育部高等學校非力學專業力學基礎課程教學指導委員會對A類（土木工程、水利水電工程等）結構力學教學內容的基本要求，該課程主要是培養學生的分析能力、計算能力、判斷能力與自學能力，課程分為基礎部分與專題部分。基礎部分為60～80個學時，內容包括桿件結構幾何組成分析、靜定結構的受力分析、虛功原理和結構位移計算、影響線、力法、位移法及彎矩分配法；專題部分內容包括結構矩陣分析、結構動力計算、結構穩定性計算及結構極限荷載。為此，從厚基礎土木工程專業的視角，結合地方高校培養目標要求，應考慮其他并行課程的進度與要求，我們整合和重組了課程內容，分成3個模塊教學：第一、第二模塊為專業必修模塊，第三模塊為專業選修模塊。第一模塊內容包括桿件結構幾何組成分析、靜定結構的受力分析、虛功原理和結構位移計算、力法、位移法，彎矩分配法與剪力分配法，為結構力學基本原理部分，共72學時，側重于結構力學的基本概念、基本理論和基本方法；第二模塊內容包括影響線、矩陣位移法、結構動力計算基礎；第三模塊內容包括結構動力計算、結構穩定性計算及結構極限荷載，為結構力學應用與專題部分，共56學時，注重實用計算與應用。上述內容體系是經過多年的實踐及不斷適應與調整而成的，歷年學生考研成績、參加結構設計競賽成績等證明，教學效果明顯。

三、銳意改革，淺談結構力學課程教學內容的調整與優化

重點是進行課程教學內容的調整與優化，修訂結構力學課程教學大綱。根據教學大綱的要求，對課程知識點的掌握程度分三個層次：熟練掌握、掌握及了解。主要調整如下：拓寬緒論章節的內容，注重工程實例，加強學生對該課程的整體認識及課程的重要性認識；刪去第二章中計算自由度的講解，著重講3個判別法則；增加3、4、5章節的課時，重點放在剛架的內力計算方法及技巧上；力法、位移法的課時，強調基本概念、基本原理、基本方法、基本技巧對后續章節的作用；刪掉變截面桿件的結構計算、復雜斜桿的計算；增加動力計算章節的課時，減少影響線章節的課時；淡化迭代法，加強D值法的講解；減少穩定性和極限荷載內容的課時，把主要時間用在提高學生對基本概念、基本原理、基本方法、基本技巧的掌握上；加強矩陣位移法講解，合理安排上機實踐課時，提高學生電算能力。

四、保證教學質量，淺議結構力學教學方法與教學手段的改革

（一）課堂教學做到“互動+三個結合”

探索先進有效的教學方法與教學手段，研究教與學的相互關系，貫徹“教學以教師為主導”、“學習以學生為中心”的指導思想對提高教學質量有至關重要的作用。

在圍繞培養學生的分析能力、計算能力、判斷能力、繼續學習能力方面，我們有重點地在緒論章節中培養學生的“分析能力”。例如，如何選擇計算模型；在力法、位移法、彎矩分配法等章節中培養學生的基本計算能力，掌握結構力學的經典內容，也是核心、基本功內容；在矩陣位移法章節中培養學生的基本電算能力，給學生計算軟件，學生自己選題，計算多跨多層框架結構，并要求分析計算結果以驗證基本概念；通過趣味題目、典型問題提高學生的判斷能力、定性分析能力。

課堂教學上做到精講多練，啟發式、討論式教學，注重概念、理論、能力的協調講授。（1）課堂教學中師生互動。針對所講的內容引導、啟發學生進入新內容的學習，講清問題的來源背景、解決的方法、過程及工程應用等，提高課堂教學效率。（2）課堂教學與相關課程的教學相結合。例如，講影響線章節時與混凝土結構課程相結合、講動力學章節時與建筑結構抗震相結合，讓學生了解專業基礎課與專業課之間的關聯，增強學生專業知識的系統性與趣味性以及對專業的熱愛。（3）課內與課外相結合。通過作業、小測驗，對結構力學課程的基本概念、基本原理、基本方法及基本技巧進行深入掌握，從趣味性例題，對結構的受力機理進行仿真模擬，增強判斷力。在培養學生動手能力上，參加各層次的設計大賽，強化概念，鍛煉實踐能力，激發學生的學習熱情。（4）基本原理與實際應用相結合，在畢業設計中培養學生綜合應用和解決實際問題的能力。

（二）多媒體輔助教學與網上教學資源建設

多媒體教學有它的優勢，但是不能替代傳統模式。其最大缺點是速度快、與學生的理解速度不協調、不能記錄，但其優點也非常明顯：信息量大，動畫、視頻、聲音等生動形象，可使人產生深刻印象。例如，對于比較抽象的瞬鉸、瞬變體系、塑性鉸、振型等概念以直觀的動畫形式制作課件；在矩陣位移法中，矩陣計算多，采用多媒體后大大減少了教師板書的時間，教師把精力投入到講透基本原理和實際應用上，收到了事半功倍的效果，有其獨特的作用。

除了課堂教學形式之外，網絡課堂建設也具有重要的作用與地位。網絡課堂內容一般包括教學大綱、網上答疑、典型習題與例題等方便學生課后學習的資料與內容。以上三方面相互關聯，既體現教師“教”的主導地位，也體現學生“學”的中心地位，取得了良好的教學效果。

五、培養實踐能力與創新精神，廣泛開展第二課堂活動

學生實踐活動是檢驗課堂教學效果的方法之一，也是培養學生動手能力和創新精神的有效途徑。舉辦結構設計大賽是濟南大學每年堅持的活動之一，同時也參加省級以上的結構設計大賽，取得了良好成績。從學生制作的結構模型，可以了解學生對結構構件受力的準確把握程度；通過模型制作，學生能對結構受力作出定性判斷，極大提高了學生對受力概念的理解，制作出結構新穎、受力合理的結構形式，培養了學生的創新精神。課堂中，筆者以學生的參賽作品為例題，先從概念上判斷其作品的結構合理性，分析結構中哪些部位容易出現問題，再對比比賽錄像驗證判斷的結果。這種方法非常有效，學生的熱情高漲，對概念的理解更深刻，為今后出色地工作奠定了堅實的基礎。

六、結束語

培養基礎扎實、高素質、實踐能力強的專業工程技術人才，需要高水平的教師、先進的教學內容、恰當的教學方法與良好的教學手段。筆者在“強化概念、掌握原理、重視實踐、注重應用”的教學理念指導下，致力于結構力學課程建設，取得了良好的教學效果。需要指出的是，教師的科研成果必須融入課程建設中，沒有創新的課程就是沒有靈魂的課程。

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[責任編輯：綠 洲]