面向工程的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)模式研究★

趙延林 高紅梅 李長風(fēng) 韓 雪 張春玉

(黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022)

0 引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。一方面它以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，另一方面，它又是鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等后續(xù)專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)，而且在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的過程中也要反復(fù)用到結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識［1，2］。因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)在整個專業(yè)體系中處于承上啟下的核心地位。

以經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)為核心，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為宗旨，突出學(xué)生的工程實踐能力，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及能力培養(yǎng)等多方面，對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程進行了新一輪的規(guī)劃設(shè)計，形成了面向工程的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新的教學(xué)模式，提高了土木工程專業(yè)學(xué)生面向工程實際的力學(xué)分析與計算能力，縮短了學(xué)生的就業(yè)適應(yīng)期，強化了學(xué)生的市場競爭力。

1 課程建設(shè)目標

在原有人才培養(yǎng)模式下，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的建設(shè)工作主要集中在課程的教學(xué)階段，沒有實現(xiàn)力學(xué)課程的縱深化與全程化建設(shè)，教學(xué)中存在著“重理論、輕實踐”的通病。依據(jù)國家和黑龍江省的《中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》，按照教學(xué)服務(wù)型功能定位和應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標定位，課程建設(shè)要把服務(wù)專業(yè)作為建設(shè)的指導(dǎo)原則，專業(yè)基礎(chǔ)課要結(jié)合專業(yè)，注重職業(yè)能力。要實現(xiàn)由教材體系向以專業(yè)為核心的能力體系轉(zhuǎn)變，由以傳授知識為主線和單一的課堂教學(xué)為主向以培養(yǎng)能力為主線，理論與實踐、課內(nèi)與課外培養(yǎng)一體化轉(zhuǎn)化。

為此，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)的基本目標是形成適合于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新型教學(xué)模式，其具體建設(shè)目標包括:

1)依據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標及市場需求，調(diào)整結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在基本理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，加強學(xué)生工程實用計算方法的教學(xué)與指導(dǎo)工作，形成面向工程的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容體系。

2)結(jié)合課堂教學(xué)，依托實物教學(xué)與多媒體教學(xué)，把實際工程搬進課堂，實現(xiàn)課堂實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)，進一步完善結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)方法與教學(xué)手段。

3)通過對力學(xué)求解器的教學(xué)，使學(xué)生有效掌握一種或多種電算計算方法，提高其工程電算化能力。

4)理論與實用分開，改革課程的考核辦法。將原有的一次性考核改為多層次、多方面的綜合性考核，注重學(xué)生解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。

2 具體建設(shè)措施

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)定位于在掌握基本力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，學(xué)會處理工程實際問題的分析和計算方法。具體在本課程內(nèi)容上，就是掌握靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移計算方法，掌握用力法、位移法計算超靜定結(jié)構(gòu)的基本原理，熟練掌握一種實用的工程手算方法(漸進法)，能使用計算機進行結(jié)構(gòu)計算，能對結(jié)構(gòu)的受力進行初步的定性分析［2，3］。

因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)該圍繞以下幾個方面加以優(yōu)化。

1)將理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本內(nèi)容貫通起來，刪去一些理論性較強而對培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力作用不大的內(nèi)容。

2)對于經(jīng)典內(nèi)容，著重于介紹基本概念、基本原理與基本方法;在基本計算方法方面，注重加強工程實用計算方法的訓(xùn)練。

3)對于簡單結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生能進行手算，這有利于學(xué)生對基本概念、基本原理與基本方法的理解和掌握;對于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生能運用學(xué)過的基本原理和方法對其進行定性分析，然后應(yīng)用現(xiàn)代計算機技術(shù)對其進行內(nèi)力及變形計算。

4)突出電算能力的培養(yǎng)。現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展方向是在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)上，以電算取代手算，因此，計算機技術(shù)在力學(xué)分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用已成為一種必然的趨勢。在教學(xué)中，我們注重引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)電算求解器、pkpm結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件等電算手段進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。

5)突出工程應(yīng)用。把實際工程分析與理論聯(lián)系在一起，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的學(xué)習(xí)熱情，也有利于訓(xùn)練他們的創(chuàng)造性思維能力。

2.2 優(yōu)化教學(xué)方法

結(jié)構(gòu)力學(xué)有較強的理論性和實踐性，是一門難學(xué)的課程，學(xué)生常有“理論易懂，題目難解”的反映［4，5］。這可以說是本課程的難點問題。為了解決這個問題，改進教學(xué)方法，突出重點環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，以達到最優(yōu)化的教學(xué)效果。

1)強調(diào)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在數(shù)學(xué)—力學(xué)—結(jié)構(gòu)工程課程體系中的橋梁地位和關(guān)鍵作用，使學(xué)生認識到學(xué)習(xí)本課程的重要性，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性和積極性。

2)注重課堂教學(xué)內(nèi)容的邏輯性和科學(xué)性，教學(xué)內(nèi)容以基本概念、基本原理和基本方法為主，突出重點，分散難點，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。

3)能堅持理論聯(lián)系實際，教學(xué)方法適宜、先進、靈活，注意培養(yǎng)學(xué)生的能力和學(xué)習(xí)方法。我們采用的主要教學(xué)方法包括啟發(fā)式教學(xué)、提問式教學(xué)、討論式教學(xué)與案例式教學(xué)，收到了良好的教學(xué)效果。如啟發(fā)式教學(xué)方法在繼承和發(fā)揚傳統(tǒng)的教學(xué)法的同時，有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，促進學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的潛能。

4)加強習(xí)題課的綜合訓(xùn)練。通過較簡單的基本題型的講解，幫助學(xué)生深化理解基本概念、基本原理與基本方法。選擇一些具有代表性的、學(xué)生易出錯的習(xí)題，分析錯因，討論解題思路、方法和原理，具體求解過程留給學(xué)生，使學(xué)生逐步掌握解題的基本方法，進一步深化學(xué)生對基本概念、基本原理與基本方法的理解。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，我們只應(yīng)用學(xué)過的基本原理、基本方法來引導(dǎo)學(xué)生進行定性分析，使學(xué)生只掌握復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析方法，不要求學(xué)生進行手算，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)電算求解器進行相應(yīng)的計算，這樣，使學(xué)生既掌握了結(jié)構(gòu)力學(xué)的經(jīng)典分析方法，又提高了其電算能力。

5)培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)方法。積極幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)方法，具備以下幾方面的能力。

a.分析能力:在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中要培養(yǎng)多方面的分析能力。例如:選擇結(jié)構(gòu)計算簡圖的能力，進行力系平衡分析和變形幾何分析的能力，選擇計算方法的能力等。

b.計算能力:培養(yǎng)學(xué)生具有對各種結(jié)構(gòu)進行計算或確定計算步驟的能力，具有對計算結(jié)果進行定量校核或定性判斷的能力，初步具有使用結(jié)構(gòu)計算程序的能力。

c.自學(xué)能力:消化已學(xué)的知識、攝取新的知識。

d.表達能力:既要有形式上的整潔，更要有內(nèi)容上的清晰;作題要步驟分明、思路清楚，圖形簡明、數(shù)據(jù)準確。

2.3 優(yōu)化教學(xué)手段

改進教學(xué)手段是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是課程建設(shè)基本內(nèi)容之一，目的是采用現(xiàn)代科技，使課程達到最佳的教學(xué)效果。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)手段。

1)傳統(tǒng)的教學(xué)手段。

對于教學(xué)內(nèi)容中的重點和難點問題，如基本原理和基本方法的推導(dǎo)等，采用板書方式，引導(dǎo)學(xué)生思考，參與具體推導(dǎo)過程，加深理解。

2)多媒體課件演示。

多媒體課件可以展示傳統(tǒng)課堂教學(xué)所無法表達的內(nèi)容，可以把實際工程搬到課堂上，真正做到理論與實際相結(jié)合，充分提高學(xué)生分析實際問題、解決實際問題的能力［4，5］。

3)動態(tài)模擬演示。

各種結(jié)構(gòu)的荷載傳遞路線、各種結(jié)構(gòu)的受力變形、動態(tài)響應(yīng)等內(nèi)容，用傳統(tǒng)的教學(xué)手段較難表述清楚。用動態(tài)模擬表達，生動、直觀、易于理解，可以獲得其他方法無法取得的效果，大大節(jié)約授課學(xué)時。

4)自學(xué)和討論。

對于非重點、難點和描述性等內(nèi)容，要求學(xué)生通過閱讀教材、做思考題和習(xí)題來完成。自學(xué)效果通過討論、提問、批改作業(yè)等方式予以檢查。

5)網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)。

通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以為學(xué)生提供各種學(xué)習(xí)參考資料，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了方便條件;同時，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以實時實現(xiàn)教師與學(xué)生的交流互動，及時幫助學(xué)生解決在學(xué)習(xí)中所遇到的困難。

2.4 改革考核方法

為適應(yīng)新的教學(xué)模式的要求，我們對傳統(tǒng)的考試方法進行了改革，本著“重平實、重應(yīng)用”的原則，將原有的一次性考核改為多層次、多方面的考核，具體內(nèi)容包括:

1)加強日常教學(xué)管理，對學(xué)生的課堂出勤率、回答問題情況及作業(yè)完成情況進行考核。

2)對學(xué)生進行階段性知識掌握情況考核，對每章內(nèi)容進行小測驗，考核與反饋學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況，從而為下一步的教學(xué)工作奠定基礎(chǔ)。

3)注重學(xué)生實用能力的培養(yǎng)，對部分工程實用性較強的內(nèi)容，采取布置大作業(yè)的形式進行考核。

4)期末考試只對基本理論部分進行考核。

3 課程建設(shè)效果

結(jié)合我校土木工程專業(yè)2007級～2010級結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)，經(jīng)過四年的實踐與探索，目前已基本形成了一套較成熟的面向工程的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新型教學(xué)模式。該教學(xué)模式不僅使學(xué)生具備了較扎實的基礎(chǔ)力學(xué)知識，而且提高了學(xué)生的結(jié)構(gòu)分析能力、工程適用手算能力與電算能力。其教學(xué)效果主要表現(xiàn)為:

1)在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中，三表生考試一次及格率達90%，二表生考試一次及格率達97%;

2)在高層建筑結(jié)構(gòu)等課程設(shè)計中，87%的學(xué)生能夠較靈活地應(yīng)用工程實用手算法對工程結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力分析與計算;

3)在畢業(yè)設(shè)計中，85%的學(xué)生能夠較靈活地應(yīng)用工程實用手算法對工程結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力分析與計算，75%的學(xué)生能夠利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與計算;

4)學(xué)生對課程評價滿意率達100%，課程組教師的教學(xué)效果優(yōu)良率達100%;

5)有20%的學(xué)生能夠在課題組教師的指導(dǎo)下參加科技創(chuàng)新活動，每年大學(xué)生科研立項近20余項，并有多名學(xué)生在省結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽中獲獎。

4 結(jié)語

面向工程的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新型教學(xué)模式，體現(xiàn)了以專業(yè)為核心，以知識為基礎(chǔ)，以能力為主線，以項目為載體，以“用”導(dǎo)“學(xué)”，以“用”促“學(xué)”的基本原則，突出了學(xué)生解決工程實際問題能力的培養(yǎng)，有效解決土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中存在的“重理論、輕實踐”的通病，真正實現(xiàn)新形勢下結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“厚實基礎(chǔ)、服務(wù)專業(yè)、強化應(yīng)用”的培養(yǎng)目標。

［1］蔡東升，劉榮桂.土木工程大類專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)探討［J］.高等建筑教育，2012，21(4):62-65.

［2］周 臻，陸金鈺，尹凌峰，等.面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革與實踐［J］.高等建筑教育，2012，21(4):74-77.

［3］何春林，龔成中.教學(xué)型本科結(jié)構(gòu)力學(xué)課程體系設(shè)置探討［J］.高等建筑教育，2008，17(5):58-60.

［4］李國華，羅 健.結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法研究［J］.高等建筑教育，2012，26(1):81-83.

［5］耿淑偉.結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)探討［J］.高等建筑教育，2013，22(1):79-81.

［6］袁 健，丁 科.結(jié)合專業(yè)課程知識的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方式探討［J］.高等建筑教育，2011，20(2):56-58.