結構力學課程教學方法探索

王慧萍 胡曉倫

摘要：結構力學在土木工程專業中占有特別重要的位置，是一門重要的專業基礎課。文章根據自己多年的教學經驗，從幾個方面探討了提高結構力學教學質量，保證教學效果的方法，為結構力學課程教學改革與創新提供參考。

關鍵詞：結構力學；教學方法；學習興趣；定性分析

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）10-0154-02

結構力學課程是土木、交通、水利等專業中一門重要的專業基礎課，它與前續基礎課程如高等數學、理論力學和材料力學等關系緊密，同時又是后續專業課程的核心基礎，作為承接基礎課和專業課的橋梁，在教學計劃體系中起著承上啟下的重要作用，歷來受到各個高等工科學校的重視。結構力學教學效果的好壞不僅直接影響到學生對專業課程的掌握，而且還會影響到學生在實際工程中分析問題和解決問題的能力。因此，如何提高結構力學教學質量，有效保證和相關專業課程的銜接，提高學生運用所學的力學知識，分析解決實際工程問題的能力，是每位結構力學教師必須面對的課題。下面是筆者在結構力學課程教學中的幾點經驗和體會。

一、激發學生學習結構力學的興趣

興趣是推動學生求知的內在力量，孔子曾說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”結構力學是一門非常重要同時又有點枯燥乏味，且相當難學的課程，因此，激發學生學習結構力學的興趣就顯得尤為重要。

1.挖掘結構力學課程的人文知識。結構力學課程涉及力學人物、力學原理發展、工程應用歷史等諸多力學知識，在課堂教學中，可以適當穿插些力學史、力學人物及生平事跡、經典工程實例，有助于豐富課堂知識，拓展學生視野，增強學習興趣，促進大學生人文素質的培養。

2.挖掘結構力學課程內容的趣味性。在教學中有意識地加入相關有趣的內容進行講述，以激發學生的學習興趣。如東南大學單建教授編著的“趣味結構力學”一書起到了很好的引導作用。

3.合理使用現代化教學手段。精心設計多媒體教學課件，通過文字、圖形、圖像、聲音和動畫，將結構力學中的概念、原理和方法形象直觀地表現出來。優質多媒體課件會使課堂教學具有生動性、形象性、趣味性及高效性，達到優化教學效果和寓教于樂的目的。

二、培養結構力學定性分析能力

結構力學從能力培養上可以分為三大部分：經典結構力學、計算結構力學和定性結構力學，也可稱為基礎結構力學、程序結構力學和概念結構力學，其基本含義是一致的。經典結構力學強調的是結構力學基本知識、基本原理和計算方法的掌握，注重的是定量分析的能力；計算結構力學培養的是對結構計算程序的使用和計算能力，注重的是結構電算的能力；而定性結構力學所訓練的是對結構進行正確的力學分析、判斷與估算的能力，如對計算結果進行校核，對內力分布的合理性做出定性判斷等。

目前，結構力學課程的教學重點仍放在第一部分，利用力學基本原理和計算方法對結構進行定量分析。由于該課程內容多，邏輯性強，方法技巧要求高，學生經常熱衷于做各種習題集，力求掌握各種解題技巧和求解方法，而忽視力學基本概念和基本理論的理解和領悟。隨著計算機技術在土木工程領域的廣泛引用，計算結構力學也得到了快速發展，利用計算機軟件對結構進行電算已非常普遍，但同時也帶來一些問題，如何從大量的計算數據中提煉有價值的結果，如何判斷計算結果的好壞，對計算機的依賴過大容易忽視結構分析中基本力學概念的把握。而定性分析能力的培養在教學中還沒有得到足夠的重視，是教學的薄弱環節。從工程應用的角度來看，結構力學價值的體現不僅僅是會解算各種結構力學題目，更重要的是在面對實際工程結構時具備一種良好的力學“感覺”，而這種“感覺”就是我們通常所說的力學素養，真正體現于對結構宏觀上的理解和對其力學本質的把握。能夠對結構的合理形式以及相應的結構變形和內力等具有總體概念和定性分析能力，對工程中計算的數據、發生的現象和出現的問題能夠做出迅速科學的判斷，這就是所謂的概念設計。而定性結構力學的訓練正是造就這種力學“感覺”的一個基本途徑。如勾畫結構的變形圖在結構力學教科書中一般沒有系統的介紹，但正確估計和判斷結構受力后的變形圖，對估算和分析結構的內力與變形有十分重要的意義。快速繪出結構變形圖，可大致估算出結構受力后彎矩和側移的變化規律，從而判斷桿件截面上哪一側受拉，哪一側受壓，也有助于在結構動力學中判斷動力自由度的數目和運動方程的建立，還可用來判斷設計圖紙上的鋼筋布置是否合理。這無論是對于結構定性分析的教學還是對于實際工程估算都有較大的實用價值。

結構力學三個能力的培養是一個有機的整體，結構定性分析的訓練必然是建立在對基本知識掌握的前提上，因此教師在課堂中要花足夠多的時間把基本概念和基本理論講清楚，講透徹，突出重點，講清難點，使學生真正地理解和掌握。只有掌握了力學的基本知識和規律，才能舉一反三，融會貫通，達到活學活用的境地。而定性分析的訓練也會反復地鞏固基本知識，相輔相成。每當遇見一個問題，我們應當培養學生不要急著去用一些公式計算、求解，而是應該先對其進行定性分析，充分把握問題的本質，然后通過定量分析得出準確的結論，驗證定性判斷的正誤。另外，在利用計算機進行電算分析時，定性分析能力也顯得尤為重要，需要對電算結果從定性的角度來判斷其是否正確，從而判斷計算模型正確與否。

三、多種形式的教學方法

目前，結構力學教學主要以教師為中心單向灌輸，屬于填鴨式的傳統教育方法。這種教育方式不能調動學生的積極主動性，更不利于學生發現問題、分析問題和解決問題的能力培養，迫切需要開展和結合多種形式的教學方法。

1.采用啟發式教學。以往的教學模式都是老師講，學生聽，缺乏互動，人的思維過程往往從問題開始，教師通過引導，啟發學生思維，引導學生對知識進行深入的理性的思考，而不是完全被老師牽著鼻子走，束縛在老師提供的固定思維模式之內。“學為主體，教為主導”，使學生的課堂學習由被動變為主動，激發學生的學習興趣和學習主動性。啟發式教學需要教師根據每堂課的知識重點和內在聯系，圍繞結構力學中的關鍵知識點，預先設計好對應的相關問題，在講解的過程中，不斷地通過提問，拋磚引玉，由淺入深，一步步引導學生自己去思考和分析問題。如在課堂上訓練學生草繪靜定剛架的彎矩圖，不是直接把正確答案告訴他，而是針對他的錯誤結果不斷進行提示、啟發，讓他自己發現問題，解決問題。

2.精心組織課堂討論。課堂討論是一種啟發學生積極思維，激發學生主動學習，培養學生獨立思考能力的好形式。課堂討論的選題需精心設計，難度適中，典型性強，如靜定結構和超靜定結構的幾何特點和受力特點有何不同，為什么實際工程中的結構更多選用超靜定結構；又如力法和位移法是求解超靜定結構的基本方法，二者有哪些本質的區別和相互聯系。教師只需在必要時給予點撥，最后在學生群體智慧的基礎上進行歸納總結。老師也可以給學生布置合適的自學內容，通過試講或提出問題的形式展開討論，使學生能夠充分參與進來，激發其求知欲，培養學生發現問題、提出問題和解決問題的能力。

3.理論與實踐的結合。老師講課時，不僅僅局限于課本知識，而要盡可能多地結合生活中常見的結構和實際的工程問題進行講解，如通過介紹李春設計的趙州橋，讓學生了解拱結構的特點，從而引入“合理拱軸線”的概念及其分析、計算方法；對工程中常用的混凝土簡支梁、預應力連續梁、鋼桁橋和拱橋等不同結構形式的受力情況進行對比分析，形象地說明各種結構形式的受力特點；從汽車、火車、行人過橋的力學問題引入移動荷載的概念及影響線的分析方法。也可例舉實際工程中發生的事故案例，如上海蓮花河畔景苑大廈整體倒塌、湖南鳳凰橋在施工中的倒塌以及美國著名塔科馬海峽大橋的風毀事故等。此外，在課堂學習結構力學理論知識的同時，增加一些科研實踐環節，讓學生自己理論聯系實際。如組織學生參加校內外各級結構模型制作和設計大賽，鼓勵學生運用結構力學知識去申請創新性試驗項目，開展結構力學相關知識講座等，從單一的課堂教學為主轉變為多途徑能力培養，實現課內教學與課外培養、理論與實踐的統一和結合，在科研實踐中加深對力學基本知識的理解和運用。

結構力學是土木工程類專業的一門重要的專業基礎課，在教學計劃體系中起著承上啟下的重要作用，筆者從自己多年的教學經驗出發，對結構力學教學方法進行了幾點探索。在今后的工作中，學生可能不會直接應用結構力學知識去解決某個具體問題，但所學到的分析和解決問題的思維方式，卻是他們今后工作所不可缺少的。

參考文獻：

[1]單建.趣味結構力學[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃達海，郭全全.概念結構力學[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[3]朱慈勉，郭志剛，張偉平.概念力學分析中的延拓方法[J].力學與實踐.2011，33（4）：61-62.

[4]袁駟.程序結構力學[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5]繆加玉.結構力學中的若干問題[M].成都：成都科技大學出版社，1993.