地方院校“結構力學”課堂教學改革的實踐與成效

【摘要】結構力學是土木工程專業的一門重要的技術基礎課，其課堂的教學質量，對學生后續專業課程學習和今后工作都有著巨大的影響。筆者從事多年的結構力學教學工作，積累了豐富的教學經驗，取得了一定成果。本文基于多年的教學實踐，探討了在課堂教學上以第一堂課、結合工程和生活案例、教書育人、多種形式的教學共四個方面對“結構力學”教學開展改革的工作。實踐表明，本文所述的改革是卓有成效的。

【關鍵詞】結構力學 課堂教學 實踐 改革 成效

【基金項目】廣東省專業綜合改革試點項目，廣東省應用型人才培養示范專業建設項目，廣東省教學團隊建設項目，佛山科學技術學院2014年優質課程建設項目，佛山科學技術學院2014年創新強校教研項目。

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）02-0222-02

1.概述

結構力學是固體力學的一個分支，主要研究桿系結構在荷載和非荷載因素（如，溫度變化、支座位移等）作用下，所產生的內力、反力和位移的計算方法，結構的合理組成規律、結構動力特性和結構穩定性等力學問題[1]。由于這門課程的理論性、連貫性和技巧性都較強，所以一直以來被土木工程專業學生認為是大學期間最難學的課程之一。可見，加強結構力學課堂教學改革力度[2-5]，在有限的教學學時內，使學生能掌握好結構力學理論并靈活運用，對每一個結構力學任課老師而言，都是一項十分艱巨而又重大的任務。筆者自到大學從教以來，已從事二十多年的結構力學教學工作，經過不斷地探索與實踐，在結構力學課堂教學上取得了一定的經驗，現分享如下，請同行指正。

2.課堂教學改革的實踐

2.1以高質量第一堂課為開端，樹立學生學好結構力學的信心

土木工程專業有三大力學課程。這三門課，特別是結構力學課，對地方院校的學生而言大都學得較為吃力。結構力學課通常是在第4或第5個學期才開，前期在學習先修的理論力學和材料力學課程中，同學都已經領教了力學課程的難度。由于基礎薄弱等原因，部分同學這兩門力學課還掛了科。在還未開始學習結構力學以前，一批學生就已經有了為難情緒，甚至有少數同學有“破罐子破摔”混日子的想法。基于我校以上學生情況，結構力學第一堂課就顯得尤為重要。為此，在第一堂課，我們以明代著名文學家、軍事家、畫家徐渭的一個關于讀書的對聯“好讀書，不好讀書；好讀書，不好讀書”。清華大學龍馭球院士提出的讀書的三個境界“讀厚、讀薄、讀破”作為開場白，通過解讀以上內容，讓學生建立正確的學習態度。然后，我們通過一些土木工程前輩的話語，如“結構力學是土木工程師的看家本領”和我們畢業多年的校友所說的一些語重心長的話語以及“結構工程師取錯一塊磚導致整棟建筑倒塌”等工程事故，讓學生了解結構力學對土木工程專業的重要性，不學好這門課將會對后續專業課的學習和今后從事專業技術工作帶來極大的不利影響，由此引起學生對這門課的足夠的重視。緊接著給大家將講授結構力學學習方法和注意事項，并將結構力學課程的學習方法編成的口訣給大家分享：“學好結力并不難，自信滿滿是當然；上課專心把課聽，獨立做題必能行；艱難險阻無所拒，腦洞大開頓開悟；成功喜悅掛心中，鳳凰涅槃秀前程。”另外，我們還給學生翻譯哈佛大學的圖書館的墻上的一條格言“To sleep at this moment， you will have a dream. But to study at this moment，you will interpret a dream.”，以此打消學生對這門課程的恐懼心理，并樹立學好結構力學的信心。通過學生在后面的結構力學學習情況看，以上幾個措施的實施，效果還是十分顯著的。

2.2以工程和生活為背景，提高學生學習興趣與熱情

針對課程相關知識點，將工程案例和現實生活案例引入課堂，提高了學生學習的積極性，大大提高了課堂教學效率。如在講授靜定梁的過程中，提出一些生活方面的問題，如“大象過橋的策略”、“雙杠立柱位置的確定”和大家所熟知的“一個和尚挑水喝，兩個和尚挑水喝，三個和尚沒水喝”問題，要求學生用結構力學方法解決分析這些問題，讓學生根據該章所學知識對這些問題開展思考，加深對該章知識點的理解和認識。在超靜定結構特性教學中，根據“超靜定結構的內力反力只與各桿剛度的相對值有關”的特性，并結合汶川地震實例，講授房屋建筑抗震設計中為何要求“強柱弱梁，強剪弱彎”的原理。又如，在結構動力學這一章的教學中，結合塔科馬大橋垮塌事故、橋梁結構動載試驗、音爆和蛇形擺等內容，講授結構動力計算的重要性。振型和振型疊加是結構動力學的一個難點，為了讓學生更好的理解這一概念，我們通過一些生活案例進行解釋，如：把脈看病-觀其脈癥，知犯何逆；混血兒——白人與黑人的孩子；顏色的組成——基本色：紅黃藍；語音識別系統——鄉音難改，鄉情難忘；人的兩面性——魔鬼與天使等。

2.3以教書育人為目標，進行為人處事教育

在課程教學過程中，通過一些與結構力學知識點相關名人的故事和名言，進行做事做人的教育。如在講授圖乘法的應用條件時，針對不少同學只關心公式的使用而對公式推導不關心的狀態，給大家講曾參在《大學》所說 “物有本末，事有始終，知所先后，則近道矣” 的道理。又如在講結構彈性穩定后，通過將其與做人做事相聯系，告訴大家對于一個國家、一個社會、一個集體，整體要穩定，局部也要穩定，上層要穩定，下層也要穩定，只有穩定了才能安下心，才能去做好其它事情，覆巢之下無完卵。在整個結構力學的最后一堂課，通過將結構力學中概念串接起來，讓學生對土木人生有所感悟：“要想當成功的土木人，你必須能抗彎、抗剪、抗扭、抗壓、抗拉、抗沖擊、抗失穩、抗疲勞，有強度、有剛度、有柔度、有撓度、有自由度，有彈性、有塑性，會不變、常變及瞬變，會擺布軟件，會“好讀書、好讀書”，經得起自由振動、受迫振動和共振，你還必須靜定乃至超靜定”，這段人生感悟被同學在整個土木工程專業的微信中傳播，甚至傳到了外校。

2.4以多種形式的教學為輔助，活躍課堂氣氛

課堂上，為提高學生興趣，加深印象和理解，在一些較難的知識點，將口訣、謎語、唐詩、小故事、成語、忠告等引入課堂。如在機動分析的總結時，結合前面所講例題的思路給出了如下口訣：“機動分析，簡化為先；去二元體，刪繁就簡；偷梁換柱，豁然開朗；移花接木，水落石出；三根支桿，地基靠邊；空中樓閣，它很任性；支桿超三，腳踏實地；以地為剛，順藤摸瓜；啥變體系，依規而定。”又如，在講結構穩定問題時，通過獅身人面獸斯芬克斯提出的謎語“早上四條腿，中午兩條腿，晚上三條腿”的謎底，深化大家對穩定概念的理解。通過成語“庖丁解牛”的思想，講解做復雜結構影響線的思路。讓大家掌握在結構較復雜時，做影響線應如何下手，按照什么思路分析。在講解超靜定結構計算方法總結時，強調力法和位移法的求解思路都是“過渡法”，此處引入唐詩“新嫁娘詞”：“三日入廚下，洗手做羹湯，未諳姑食性，先遣小姑償”，告知大家其中也含有過渡的思想。在講魁北克大橋坍塌事故與工程師之戒的內容后，以口訣的形式給大家提出了忠告：“世界那么大，很想去看看；魁北克大橋，千萬別漏掉；工程師之戒，佩戴在手上；事故很慘痛，教訓記心中；結構工程師，專業很重要；結力學得好，基礎打牢靠；設計與施工，需精益求精；適可來創新，切勿亂冒進。”由此提醒著大家今后走向工作崗位后，所需肩負的責任，永遠不要忘記歷史慘痛的教訓和恥辱，要時刻牢記工程建筑合理設計的重要性和嚴肅性。以上這些方式的實踐，使學生除了獲得“魚”外，也得到了“漁”的方法。

3.課堂教學改革的成效

我校結構力學教師由于在課堂教學改革方面做了大量的探索，成效顯著，課程負責人2015年被學校評為首屆課堂教學十佳優秀教師。學校每學期都要求學生對教師的課堂教學打分，結構力學課程年年都獲得了優秀的成績，得到了學生的充分肯定。近兩年，在課程結束后，不少同學給我們提交了學習體會。其中，對結構力學課程課堂教學給出了較高的評價。如，12土木專業的學生說：“人間自有真情在，課程結束有點快。不知不覺一個學期就過去了，還沒來得及好好感受結構力學帶來的激情就要結束了。學這門課真的很過癮，一方面老師上課風趣幽默，雖然內容很難，但到了老師嘴里就變成了淺顯的道理。另一方面，一道題從分析到被解決的過程真的很爽，很有成就感，有一種當偵探破案的感覺”，“說起老師的結構力學授課特點就是明朗概括，總結性強，會側類旁通；課堂上有時會跟我們分享結構力學的趣事或有關建筑結構方面的歷史，增強了課堂趣味，提高了我們學習的興趣。我們得到的不光是知識上的收獲，一些在人生上的感悟、做人的道理同樣讓我更覺得十分珍貴”，“魁北克大橋與工程師之戒這堂課，讓我深深地感受到，作為一個土木人肩上所負的重擔有多么的重要！我們必須學好結構力學，在今后的工作中，要盡到自己應有的職責和義務”、“我覺得結構力學老師上課有時很風趣，循循善誘，使得我們的課堂氣氛十分活躍。但是，陳老師上課有時又很嚴格，這樣使得我們能更加嚴格的要求自己，不會因為老師上課的幽默而松散了。還有就是老師的上課例題很豐富，能夠使我們從不同方面深刻了解到結構力學的知識，把教材變薄了，將精華的東西展現在我們面前。”，“老師的結構力學課講的非常好，是我最滿意的課程。跟其他老師不同，雖然是理科，但有時還會聯系文科類知識講解，比如‘順藤摸瓜、‘庖丁解牛、‘野渡無人舟自橫等，不跑題而且還會加深我們對知識點的了解，這是非常好的，有助于提高我們的學習效率”。13土木的同學在學習體會中寫到：“這學期的結構力學課已經結束，我最大的感受是驚喜加開心。三門力學當中，我上課最認真，完成作業最認真的就是結構力學了。對此，我可以總結為三個原因：第一，第一堂課上老師講的‘好讀書不好讀書；好讀書不好讀書和‘20%-80%規律提醒了我，讓我下定決心要好好學習結構力學；第二，結構力學課當中，老師總結了很多技巧，如，刪繁就簡進行機動分析、以軟繩的變形比擬彎矩圖的形狀、用混血兒理解振型分解法……，這讓我們上起課來感覺比較有趣，理解起來也比較輕松；第三，老師上課講的例題比較典型，總是能在例題里讓我們弄懂重要的知識點”，“陳老師上課嚴謹，對我們細節的東西抓得嚴，授課有條理，有重點，對同學既熱情又嚴格，上課有時非常幽默，有時非常嚴格，有自己的風格，治學嚴謹，平易近人，注重啟發和調動我們的積極性，課堂氣氛活躍，特別是講的那些小故事和名人名言，能在學習課本知識的同時還能放松一下，又能讓我們明白人生的大道理”，“陳老師的課無可厚非是很有質量的，特別是拋磚引玉的課前知識思考討論，一開場就緊緊地抓住每個同學的心，讓人恨不得快點進入學習早點弄懂并掌握這些知識”，“結構力學是一門非常有意思的課程。通過這學期對結構力學的接觸，慢慢地能體會到結構力學的美。生活中很多的問題，很多的現象，都可以用結構力學的知識去解釋。結構力學更是我們土木人的必備知識和必須去認真學好的知識”，“我覺得陳老師的力學課很不錯。陳老師是個很幽默的人，雖然對我們來說是父輩的人，但在上課的時候還是能感受到老師生動風趣的言語，就像是我們的同齡人一樣。陳老師上課很有熱情，也是個很有耐心的人，經常會在講完難點后給我們提問，幫我們解疑。很喜歡陳老師的課，點個贊！”，“結構力學老師是高端教師，深得人心。總體來說，老師表現出比其他老師更加優秀的一面，讓我們在學習的過程中感受到了不一樣的感覺，陳老師不僅僅在課堂傳授知識，還利用力學知識去教導我們做人的道理，這就是不一樣的感受”。

從最近幾年學生的反饋情況看，結構力學課堂教學改革還是有一定成效的。學生對結構力學課堂教學的這些熱情洋溢的評價是對結構力學老師的鞭策，也讓我們更加堅定了把課堂教學改革不斷完善提高的信心。

參考文獻：

[1]李廉錕.結構力學[M].北京：高等教育出版社，2010

[2]李國華，羅健，董軍，戚承志.結構力學教學方法研究[J].高等建筑教育，2012，21（1）：81-83

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[4]賈紅英，劉鳴，王新華.結構力學教學采用誘思探究法的實踐[J].理工高教研究，2008，27（4）：122-123

[5]付佳麗，韓有民.基于“卓越工程師”培養體系下的結構力學教學改革研究[J].科技創新導報，2014，（15）：111，113

作者簡介：

陳玉驥（1962-），男，海南省文昌市人，教授，博士，研究方向：彈塑性理論及應用。