結構力學課堂教學方法的探討

摘要：本文依據結構力學的學科特點，結合學生在課堂的表現，對結構力學課堂教學方法進行了探討，提出在教學中要注重教學內容與學生專業的融合、理論與工程實際的融合、新知識點與基礎理論的融合、多媒體與傳統板書的融合，利用“四個融合”達到激發學生學習興趣，提高學習質量的目的。

關鍵詞：結構力學；教學方法；四個融合

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-120X（2016）23-0059-02 收稿日期：2016-05-30

基金項目：2015安徽省質量工程項目“工程力學特色專業”（2015tszy010）；2015安徽省質量工程項目“名師工作室”（2015msgzs136）。

作者簡介：趙麗霞（1980—），吉林磐石人，講師，碩士研究生，主要研究方向：動態斷裂力學。

結構力學是研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構優化的學科。結構力學研究的內容包括結構的組成規則、結構在各種效應作用下的響應。這些效應包括外力、溫度效應、施工誤差、支座變形等；響應主要是內力（軸力、剪力、彎矩、扭矩）的計算、位移（線位移、角位移）的計算，以及結構在動力荷載作用下的動力響應（自振周期、振型）的計算。結構力學是土木工程及相關專業的一門重要專業基礎課，它既是前續材料力學課程的深化和延伸，又是后續專業課程的基礎，因此在整個課程中占有重要地位。

一、注重教學內容與學生專業的融合

結構力學研究內容繁多，可分為基本內容和選學內容兩大部分，基本內容包括體系的幾何組成分析、靜定結構的內力和位移計算、靜定結構的影響線、力法、位移法、力矩分配法、矩陣位移法等；而選學內容則包括結構動力計算、無剪力分配法、剪力分配法、連續梁的內力包絡圖、超靜定結構影響線和結構的極限荷載等。基本內容是課上必講、學生必學的，因為這部分內容不僅可以使學生獨立解決一些實際工程問題，也是后續選學部分的基礎。但因為學生專業方向不同，對知識的側重點也不同，即使是對基本內容也會有掌握程度上的差異。例如，在研究“靜定結構內力計算”時，一般我們會講解梁、剛架、拱、桁架和組合結構這幾種結構形式，對于橋梁工程方向，拱的內力計算是一個重要內容，它是橋梁工程中拱橋的設計和計算的基礎；但對于建筑工程方向來說，就沒有如此重要，只需簡要介紹；對于房屋建筑工程方向，就必須重點介紹桁架和組合結構的內力及位移計算。選學內容的設置就更要結合學生專業的需求，同時還要適應社會的發展。例如隨著經濟建設的飛速發展，雨后春筍般地出現了各種形式的大跨度、高柔性結構，使風載荷對結構的強度和穩定性產生了舉足輕重的影響；最近的幾十年，全球處于地震高發期，為減少或避免地震對工程結構物的破壞，對一些重點建設項目必須進行抗震設計；航空航天事業飛速發展，這都導致人們對結構動力計算的要求愈來愈高，因此在結構力學中，應該將結構動力學部分也作為重點內容。

二、注重理論與工程實際的融合

課堂教學不要一味講理論，必須依據“實踐—理論—實踐”的原則，即從學生們感興趣的工程事故引出本次要講的知識點，在理論講解結束后再去分析事故原因及解決方法。比如我們在結構力學里講到《影響線》這一章時，可以先向學生介紹一些在移動荷載作用下的結構，提出這樣的結構在載荷達到多大、作用在哪個位置時最易發生破壞，激發起學生興趣后引入影響線概念及相關理論，然后用這些理論去解決開始提出的工程問題。在研究超靜定問題時，也可以列舉一些常用的桁架結構，并增加桿件使得各桿內力無法用平衡方程求解。引出問題后，介紹超靜定問題的求解方法，從而推廣到其他超靜定結構。這些工程實例的分析，不僅可以讓學生們清晰地認識到結構力學的重要性，也可以提高他們學習的積極性，從而達到更好的教學效果。

三、注重新知識點與基礎理論的融合

結構力學是以理論力學和材料力學為基礎的學科，因此其中既有與這兩門基礎學科重合的內容，又有在此基礎上發展的新知識點。在授課過程中，要將這些內容的聯系及區別講清楚，同時將重點放在新內容上。比如靜定結構內力圖的繪制，在材料力學中就介紹過列內力方程再作圖和利用載荷集度、剪力、彎矩間的微分關系作圖兩種方法。此處就可以簡單回顧一下，把更多時間放在分段疊加法上，這部分是在結構力學中出現的，是以材料力學作內力圖的方法為基礎的。這種方法可以更快速地出結果，要求學生熟練掌握。但要強調的是，結構力學中彎矩圖畫在桿件受拉的一側，而材料力學中畫在受壓的一側，要讓學生記住這樣的區別。又如，在講靜定桁架這種結構時，其內力計算的三種方法（結點法、截面法和結點法與截面法的聯合應用）我們已經在理論力學中學習過了，所以理論部分不需再重復，但在具體算法上，結構力學提出了按各桿長度的比例關系求解未知量的方法，起到了簡化計算的效果，還是必須講的。同時桁架的組成、分類和不同類型桁架內力的計算方法和技巧，在結構力學中可以作為重點內容。還有《靜定結構位移計算》這一章，也是與材料力學能量法重合度較高的內容，但材料力學中只介紹了荷載作用下結構位移的計算，所以結構力學中我們就可以將重點放在支座移動和溫度改變使結構產生位移的計算上，這樣學生就不會因為熟悉而輕視這部分內容的學習。

四、注重多媒體與傳統板書的融合

隨著計算機技術的發展，多媒體這種現代教學手段越來越普遍，使得很多教師一味追求高科技，利用多媒體教學。不可否認，這種教學手段有它的優點，如用豐富的表現力增加學生對力學課程的興趣；用巨大的信息量提高教學效率；用生動的表述和模擬功能增強師生間的互動； 用存儲和演示功能節省教學資源等。但它的缺點也慢慢顯露了出來，如過分追求課件外觀反而分散學生注意力； 過大的信息量不能與學生建構相協調； 容易削弱學生的自主思考能力； 容易扼殺學生的創新能力等，這些無疑將影響課堂教學效果。

傳統教學以板書為主，其優點在于授課速度慢，教師思維連貫，便于學生理解和接受。同時和學生在課堂上的交流使得教師可以調整授課進度及課堂教學內容。這種教學方法對于教師本身也是歷練，有助于提高力學水平和職業素養。客觀地講，傳統教學也有明顯的缺點存在，如容易造成枯燥無味、課堂知識量少、內容空洞等。

針對兩種教學手段的優缺點，我們可以根據結構力學的特點將兩者很好地融合起來，發揮各自的優點，為提高教學質量服務。比如一些圖表、工程實例可充分發揮多媒體的優勢，直觀形象地放映給學生，這樣不僅節省時間，而且可以活躍課堂氣氛。結構力學中公式的推導和例題的講解需要保持思維的連貫性，要讓學生跟上老師的思路，理解推導和解題的進程，那就可以利用板書，真正做到讓學生參與進來。

總之，結構力學的教學要真正做到教學內容與學生專業的融合、理論與工程實際的融合、新知識點與基礎理論的融合、多媒體與傳統板書的融合，這樣才有可能取得更好的教學效果。

參考文獻：

何逢康.結構力學.廣州：華南理工大學出版社，1996.

王 鐸.理論力學.北京：高等教育出版社，2002.

李國華，羅 健，董 軍，等.結構力學教學方法研究.高等建筑教育，2012，（1）.