關于《結構力學》課程的教學改革與實踐

劉俊華 劉鳳利

摘 要：以目前土木工程專業 “結構力學”課程教學現狀及專業發展需要等方面的實際情況為背景，從教學內容、教學手段、教學方法以及考核方式方面探討了提高教學效果，培養學生學習興趣、動手能力、創新能力等素質的有效方法，探討了“結構力學”教學改革的方向。

關鍵詞：結構力學 教學內容 教學方法 考核方式 改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

《結構力學》是土木工程專業方向開設的一門重要的專業基礎核心課，其教學目的在于使學生主要掌握結構的簡化、幾何組成、強度、剛度和穩定性分析方法，了解各類結構構件的受力特點，并獲得結構力學分析方面的基本技能，為工程設計、施工和管理等工作提供必需的結構力學基本知識，同時為后續課程如《鋼筋混凝土結構設計原理》、《鋼結構》、《建筑施工》和《基礎工程》等專業課的學習及課程設計、畢業設計等實踐環節提供必要的結構力學基本知識。因此“結構力學”在土木工程專業培養計劃中占有重要地位。隨著科學技術的發展，對土木類人才的要求越來越高。傳統“結構力學”課程面臨著：教學學時減少，擴招后的生源素質又有所下降[1]；學生對學習該課程不夠重視，學習興趣不高；學生在工程實踐中提出力學問題及應用結構力學知識分析，解決問題的能力和素質明顯不足。本文針對這些現狀，根據十幾年的改革實踐，從以下幾個方面探討“結構力學”的教學改革。

1.教學內容改革

1.1 刪除與其他課程重復交叉的內容

隨著一些新型學科的發展和土木工程專業發展的需要，本科生的開設的課程越來越多，“結構力學”的教學學時在減少。建議在“理論力學”和“材料力學”中學過的內容，如：靜定梁的內力計算等內容，在“結構力學”沒有必要再講授或只需簡單帶過；矩陣位移法內容將在后續課程有限單元法中有詳細的介紹，在少課時的情況下這一章的內容可刪除不講[1]。同時，為了適應新形勢下專業人才培養的要求，可增加一些新的內容，比如結構穩定計算這一章，在“結構力學”少學時的課程設置中是不作為必講內容的，但是結構穩定計算是結構分析中非常重要的部分，也是一些院校考研必考的一章，因此可應作為重點講授內容。

1.2完善教學體系

很多工程技術人員和初學者，對一個具體的結構進行分析時，往往無從著手。其原因，一是理論聯系實際較少，二是結構力學體系或內容還不夠完善或教材內容的側重點布局不到位，比如在對一個具體的結構進行分析，首先要把結構簡化成計算簡圖，但它們往往簡化不到位，因此，建議把“結構的計算簡圖”作為一章教學，并加入各種結構形式的案例，經近三年的教學實踐取得了良好的教學效果。簡化出結構簡圖后，應進入結構幾何組成分析階段，這時學習者往往無從著手，原因是在幾何組成學習部分的體系中，教材中給出了三個“幾何組成規律”[2]后，就要求他們直接運用這三個幾何組成規律來分析結構的幾何組成，而沒有給出利用幾何組成規律來分析結構幾何組成的步驟和統一的方法。因此，建議補充上。

1.3 拓展教學內容

土木工程培養的是復合型人才，要求學生知識面廣，眼界開闊，能跟上學科技術的發展，因此，在不斷更新教學基本內容的同時，還要延伸教學基本內容來開闊學生的視野。比如在“對稱結構的計算”教學過程中，結合科研成果，簡要地介紹了“相似對稱性在相似對稱結構分析中的應用”[3]等內容；在力矩分配法的教學過程中，介紹了比傳統的方法簡便、收斂速度更快的力矩分配法[4]，不僅擴大了知識面，還提高了同學們的學習興趣，取得了良好的教學效果。

1.4增加實踐環節量

“結構力學”這門課程主要是理論學習，但可以通過增加實踐環節來讓學生很好地理解掌握比較抽象、難懂和難掌握知識點的。比如通過結構設計并開放實驗的方式，讓學生分組創作房屋和橋梁模型等。要求作出計算簡圖，分析出幾何組成，計算出結構的強度、剛度和穩定性，做出結構模型，試驗出結構模型的強度、剛度和穩定性等，對比分析試驗與理論的差異并通過討論提出優化方法，教師對每組做詳細的點評。這樣的實踐環節，既使學生深刻地認識到了實際結構的受力和變形與理論計算的差異，又培養了學生的創新、分析與解決問題和團隊協作等能力，取得了良好的教學效果。

2.教學手段改革

2.1發揮好多媒體與傳統板書的優勢

由于多媒體教學方便、直觀、生動、信息量大等優點，對于內容抽象、需要大量繪圖或書寫的知識點，多媒體的運用可彌補傳統板書的不足。比如在研究結構的穩定時，隨著荷載的增加，結構由較小變形到較大的變形，直到失穩這一過程，傳統板書是不能像多媒體做出來的動畫一樣，直觀、生動、形象地模擬并展現出這一失穩過程的；在介紹結構類型時，傳統板書需要畫出各種類型的結構，占用了較多的課堂時間，而多媒體課件就能節省出這一部分課堂時間。由于人類認知規律的關系，在講授邏輯性較強的推理部分時，而往往板書效果較好，教師的板書過程，加深了學生的印象，書寫過程給予了學生充分的思考時間。實踐效果較好。

2.2發揮網絡教學的優勢

網絡教學已經成為現代教學不可缺少的平臺，教師可以將每個知識點，每一次課的課前和課后的必讀和選讀資料，以及課堂準備討論的問題等掛在上面，指導學生預習、復習和自學，從而提高課堂利用率，豐富學生的力學知識，滿足自學能力強的學生的求知欲。網絡是一個交流的平臺，在上面建立一個師生問題交流中心，讓學生都參與進來，通過交流、討論，解決疑難、加深理解、升華知識。取得了良好的教學效果。

3.教學方法改革

3.1引導式教學，培養學生創新能力

目前，結構力學“以教師為中心”單向灌輸，即填鴨式的傳統教學方法的教師不在少數，這種教學方式不能調動學生的學習積極性，更不利于學生發現問題、分析問題、解決問題能力的培養，尤其扼殺了學生的創造性思維能力的養成。“引導式教學法”[5]是指教師改變傳統的教學方法，運用各種恰當的教學手段，以實現教師主導、學生為主體目的的教學模式。也是基于日常生活或常見工程問題以學生為中心的教育方式。引導式教學法強調以問題解決為中心，強調社會性及交流合作的作用，使學習者在互相交流的過程中發展能力和協作技巧，培養有效地解決問題的技能以及自主學習和終身學習的能力。比如學習“靜定平面剛架”，教師通過精心的教學設計，在上課之前將靜定平面剛架的預習資料和相關參考資料、討論的問題和內容通過網絡教學平臺告訴學生，讓各個學生小組在課前預習、討論等以達到自學一些簡單的概念、理論和方法的目的，為課堂的引導式教學掃清障礙；課堂上根據不同教學內容設置不同的工程問題，來激發學生的求知欲望和學習興趣，進而引發學生的積極思維，把整個身心都投入到教學過程中來，如學習懸臂剛架，問題一“懸臂剛架和懸臂梁外形上的異同點？”，問題二“懸臂剛架和懸臂梁內力計算的異同點，剛架剛結點的內力計算要點及注意事項？”；問題三“懸臂剛架可看作是懸臂梁怎么變化過來的”，問題四“懸臂剛架與簡支剛架、門式剛架和三角剛架在外形、外力和內力計算方面的異同點”，通過這樣一步一步的遞進式的問題進行引導；此時，教師把發現問題、思維空間留給學生，充分發揮學生在學習中的主動性，讓學生圍繞探究目標進行觀察、試探、驗證等一系列活動，讓學生在思維和操作中產生靈感，體驗發現和探索的樂趣，然后，學生小組內和小組間相互交流，對探究的結論進行歸納總結，從而使預設的問題得以解決。

4.考核方式改革

結構力學是一門應用型課程，其知識涉及大量的工程實踐，一次用試卷來表達的期末考試成績不能客觀地反映學生的學習能力、實踐能力和創新能力等。建議采用平時成績、筆試和機試相結合的考核方式。平時成績，主要結合考查學生發現問題能力、分析問題能力、解決問題能力、協作能力和創新能力以及平常表現等，包括回答提問、小組討論、小組間交流、小組里起的作用、平時作業、出勤等分值之和，平時成績占綜合成績的35%。筆試主要用于考查學生對基本概念、基本理論、基本方法的掌握程度，題型為填空題、判斷題、簡答題、作圖題和計算題，成績占總成績的50%；機試在機房電腦上完成，主要考查學生運用“結構力學求解器”分析復雜結構方法的掌握情況，每位學生從機試題庫中隨機抽取3道題，答題完成后計算機自動算這部分成績，并占綜合成績的15%。總之，將期末一次性閉卷考試與機試、課堂的回答問題、討論、平時作業等多種考核方式結合起來，教學實踐表明很好地彌補了單一閉卷考試的不足。

5.結束語

優化“結構力學”教學內容，完善教學體系，拓展教學內容，增加實踐環節量；改進教學手段，發揮多媒體與傳統板書的優勢，發揮網絡教學的優勢；改革教學方法，采用引導式教學，同時改進考核方法。教學實踐表明，這些舉措提高了“結構力學”教學效果，培養和提高了學生的動手能力和創新能力等綜合素質。

參考文獻：

[1] 潘文軍，韋志伍. 大眾化教育下《結構力學》教學改革的思考[J]. 中國科技信息，2011（15）：185-186.

[2] 龍馭球，包世華. 結構力學教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 劉俊華，劉鳳利. 相似對稱性在相似對稱結構分析中的應用[J].開封大學學報，2007（1）：87-91.

[4] 魏小文，宋力. 力矩分配法在對稱結構中的應用[J].力學與實踐，2005（27）：54-56.

[5] 賀 穎，石聰聰等. 引導式教學結合多媒體技術在細胞生物學實驗教學中的應用[J]. 吉林省教育學院學報，2012（7）：49-50.

基金項目：河南大學第十三批校級教學改革重點資助項目（HDXJJG2013-21）