結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革與探討

蔣驊

【摘 要】本文闡述了筆者在獨立院校的課程教學(xué)中所觀察到的一系列問題，通過對比國內(nèi)外高校的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革現(xiàn)狀，并且結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生能力、轉(zhuǎn)變教學(xué)模式等方面提出了幾點建議，采用優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、合理利用教學(xué)資源，加強實踐教學(xué)等措施，來達到提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣和加深對該門課程的理性認識。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方式；教學(xué)優(yōu)化

【Abstract】The treatise expound some problems which exits in structural mechanics course.By comparing the status of structural mechanics teaching reform at home and abroad，and combine with the learning characteristics of students，analyzing the teaching content and teaching method in connection with these problems.In order to improve the interest in structural mechanics of students and deepen the rational understanding of this course，this paper make a suggestion from different aspects to optimize teaching，by way of optimizing teaching content，taking advantage of education resources and strengthening practical teaching.

【Key words】Structure mechanics；Teaching methods；Optimizing teaching

1 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的目標(biāo)

目前，許多的二、三類本科院校正在過渡為應(yīng)用型本科，將培養(yǎng)重點放在教育出具有實踐操作能力的應(yīng)用型人才。因此要達到該目標(biāo)的重要舉措之一就是進行專業(yè)實踐教學(xué)的改革。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對土建類人才的要求越來越高。隨著我國城鎮(zhèn)化進程的飛速發(fā)展，無論房屋還是橋梁的結(jié)構(gòu)形式都日趨復(fù)雜，計算機輔助設(shè)計與有限元分析已成為工程實踐中必不可少的應(yīng)用手段。在以往的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，過度強調(diào)學(xué)生計算能力的培養(yǎng)方式已不能滿足用人單位的需求。特別對于獨立院校的學(xué)生，畢業(yè)后進入生產(chǎn)一線的比重很大，部分學(xué)生認為結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)無益于今后的工作，導(dǎo)致對著門課程興趣不大、輕視了對結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)，致使學(xué)生缺乏在解決實際工程中相關(guān)結(jié)構(gòu)問題的能力。因此，在許多以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的獨立院校中，如何將以理論授課為核心的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程與實踐結(jié)合起來，探索一條符合時代需求的教學(xué)實踐化改革道路，已成為我們必須要思考的問題。

2 結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的問題

目前在許多院校中，學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)不夠重視，同時教學(xué)也存在著一些不足和欠缺，造成了結(jié)構(gòu)力學(xué)成為土木工程專業(yè)最難學(xué)的基礎(chǔ)課之一，主要體現(xiàn)在以下方面：

2.1 教學(xué)模式單一與創(chuàng)新意識脫節(jié)

結(jié)構(gòu)力學(xué)基本教學(xué)模式都是以板書和教科書結(jié)合為主要授課方式，并采取口授形式進行教學(xué)。教學(xué)課堂枯燥單調(diào)，表述形式太過于抽象，公式推導(dǎo)繁瑣、機械工作化較多，教學(xué)效率低下[1]。可以適當(dāng)增加多媒體或軟件教學(xué)可大大提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和開拓創(chuàng)新思維能力。

2.2 內(nèi)容抽象、復(fù)雜

結(jié)構(gòu)力學(xué)研究計算的是結(jié)構(gòu)在各種效應(yīng)作用下的響應(yīng)，包括內(nèi)力的計算及位移的計算。由于內(nèi)力看不見，摸不著，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中缺乏感性的認識，學(xué)生很容易將內(nèi)力等概念混淆，造成對知識點的模糊。

2.3 缺乏教學(xué)實踐環(huán)節(jié)

由于結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論性非常強，為加強學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解，教學(xué)過程以理論講解作為重點，實踐環(huán)節(jié)缺失。學(xué)生在完成結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)后，縱使掌握了對靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方法，也不知如何在工程實踐中應(yīng)用。

3 結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革探討

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)習(xí)興趣

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，具有內(nèi)容較多，理論性強，概念較為抽象，解決問題的思路多樣化等特點。這就造成學(xué)生在接觸到這門課程時容易產(chǎn)生畏難情緒，再者由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有明確的目的性，“怎樣去學(xué)習(xí)”、“知識點該如何運用”、“如何分析力學(xué)模型”等問題普遍存在。根據(jù)這一情況，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教授過程中，可以將實際工程案例引入到教學(xué)中來，授課教師可以對課堂上講授的每一個章節(jié)、每一個知識點都能夠找出相對應(yīng)的工程應(yīng)用案例，針對實際工程案例，授課教師應(yīng)著重講述本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與實際案例之間的緊密聯(lián)系，例如在講授受彎構(gòu)件時，如何將建筑中的梁、荷載、支座簡化為力學(xué)模型來進行受力分析，利于學(xué)生在思考問題時可以結(jié)合實際，將抽象的概念具象化。通過這種方式，潛移默化地讓學(xué)生意識到結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)對解決工程實際內(nèi)容起著至關(guān)重要的作用。

3.2 培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維，提升優(yōu)化結(jié)構(gòu)的能力

隨著建筑材料的復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜化，實際工程中，能通過人們手算的例子變得少之又少，取而代之的是高性能計算機的廣泛應(yīng)用，然而結(jié)構(gòu)設(shè)計中，并不是一味的強調(diào)運算的準確性與高效性，更多強調(diào)如何將復(fù)雜的問題簡單化，如何在眾多結(jié)構(gòu)中選出最合理的結(jié)構(gòu)，這才是工程人員的價值所在。在實際工程中，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)與力學(xué)概念分析，確保在施工過程中不出現(xiàn)安全事故，保證施工順利有效進行[2]。因此，除了在課堂上培養(yǎng)學(xué)生解題的相關(guān)思路，還要增強他們在生活中的力學(xué)思維，即構(gòu)建“力學(xué)模型”的思維。“力學(xué)模型”是連接理論知識與實際問題的紐帶，將課堂的知識帶到課外實際運用中，才是教學(xué)的目的。因此，教師在教學(xué)中除了傳授基本概念和解題方法，還應(yīng)該把教學(xué)重點放在如何構(gòu)建力學(xué)模型上，將復(fù)雜的工程問題精簡為力學(xué)模型進行分析，從構(gòu)件尺寸的特點、材料的特點，約束的特點，荷載形式的特點等方面，逐步引導(dǎo)學(xué)生把實際問題轉(zhuǎn)化為習(xí)題中常見的模型，最后向?qū)W生們提出問題，如對于要在不改變材料的前提下提高構(gòu)件的強度可以從哪些方面著手？怎么樣將結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化？這些都需要通過學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中獲得的專業(yè)知識經(jīng)過計算解決，久而久之便使他們養(yǎng)成了抽象概括的能力，加強了對結(jié)構(gòu)力學(xué)知識的應(yīng)用。

3.3 加強實踐教學(xué)，提升實驗效果

結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生接觸到的都是平面問題，面對死板的內(nèi)容，較多的提高的是學(xué)生的解題能力。可是在工程中設(shè)計人員所要設(shè)計的是三維的實體模型，這就要求學(xué)生能從課堂中的二維結(jié)構(gòu)過渡到實際工程中的三維建筑，從紙面上的計算應(yīng)用到設(shè)計中去，所以針對結(jié)構(gòu)力學(xué)這類內(nèi)容抽象，理論性較強的學(xué)科，在培養(yǎng)基本知識的靈活應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還需要有對應(yīng)的實驗安排，深化學(xué)生對結(jié)構(gòu)組成的認識[3]。同時，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以與結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽及計算機仿真模擬大賽有機的結(jié)合在一起。任課老師在教授完課程內(nèi)容以后，可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽的比賽模式出題。考慮到學(xué)生們的完成能力，讓學(xué)生分組合作自行設(shè)計，確定結(jié)構(gòu)形式，運用有限元軟件計算結(jié)構(gòu)的承載能力，實現(xiàn)將實際問題放到電腦里處理；同時任課教師根據(jù)同學(xué)們設(shè)計的模型樣式以及運行結(jié)果與同學(xué)們討論，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，選定最優(yōu)的幾種方案，再以紙、木、竹為材料進行實體模型制作，并通過加載儀器進行加載。校核學(xué)生自己動手做出的結(jié)構(gòu)是否滿足要求，實現(xiàn)將電腦或手工計算的結(jié)果落實到應(yīng)用中去。

4 結(jié)語

通過對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程進行上述內(nèi)容的改革與實踐，開闊了教師的視野，拓展了教師的思維，使教師在教授課程中不僅僅局限于書本，而是引用工程實例，真正做到從實際中來，進書本中學(xué)，再到實際中去的螺旋式上升的教育理念。在進行結(jié)構(gòu)力學(xué)理論授課的同時，增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽與虛擬軟件模擬仿真的有機融合，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。以上是筆者根據(jù)在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的一些問題，提出了對課程教學(xué)改革的一些膚淺的看法，希望能對結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程教學(xué)質(zhì)量的提高有所幫助。

【參考文獻】

[1]耿翠珍.《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)改革初探[J].浙江樹人大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，3：44-48.

[2]程健，尹曉文，榮華.《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)改革與探索[J].吉林教育，2013（25）：49.

[3]李慧英.高職《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)改革的研究與實踐[J].職業(yè)時空，2009，7：62-63.

[責(zé)任編輯：田吉捷]