“以學生為中心”的啟發式教學法在結構力學教學中的應用

黃湘湘

摘要：本文以結構分析的能力建設為目標，從豐富課程資源、調整教學計劃、設置小班指導討論課、進行階段測驗和布置課程設計等方面進行結構力學的教學改革，以提高學生分析、創新、解決問題的能力和綜合素質，取得良好的教學效果。

關鍵詞：啟發式教學；結構力學；實踐能力建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）33-0149-02

一、引言

“卓越工程師教育培養計劃”是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，明確提出要“強化培養學生的工程能力和創新能力”。作為土木工程專業的一門非常重要的專業基礎課，結構力學的教學不僅包括知識的傳授，也必須體現“結構分析的能力建設”。“以學生為中心”的啟發式、討論式教學，能調動學生的積極性，激發他們的求知欲，提高分析和自學能力。

二、興趣引導

結構力學課程邏輯性強，解題方法靈活、技巧多，許多學生在學習時普遍感到有難度，所以教師必須幫助學生維持對結構力學的興趣和熱情，不斷克服困難，最終完全掌握課程內容，取得學習的樂趣與成就感。

（一）豐富教學資源，完善課程網站

湖南大學課程中心于2013年啟動建設，每位教師均可依托課程中心平臺建設課程網站，在課程網頁上即時發布課程通知、課程簡介、教師簡介、教學大綱、教學日歷、教學課件、教學重點和難點及其他資源等。學生能夠在開學之前就了解課程相關信息，做到心中有數，也能在課程學習進程中隨時下載輔助資料，熟悉知識點。

（二）首次課的重要性

首次課必須把學生的興趣和積極性完全調動起來。例如，可以介紹相關國家基礎設施建設的最新進展或古今中外的著名土木工程實例等。由于各種因素的影響，少部分學生理論力學或材料力學的學習效果不好，極大地增加學生的畏難和抵制情緒。因此，教師要安撫好這部分學生，告訴他們只要緊跟課堂，不懂就問，下足功夫，完全可以學好結構力學。事實也證明了這一點。另外，要把結構力學在土木工程中的重要地位講透，不僅是在學習階段，在今后的工作中，只要和土木相關，就離不開結構力學。

三、實踐能力強化

結構力學的教學目的是，逐漸培養學生的計算能力（方法思路選擇、手算、機算、評價計算結果）、創新能力（結構形式創新、計算方法創新）及綜合運用結構力學分析、解決實際工程問題的能力。

（一）教學計劃的適當調整

依托結構力學的新教材建設和學生實際學習情況，適當修改各知識點的教學計劃，加強有討論余地、能拓展學生思維的內容的闡述，如彎矩圖的繪制、桁架的計算、結構對稱性的應用和剪力靜定桿的巧用等。

（二）小班討論課的充分利用

目前，“大班授課+小班指導討論課”的教學模式，正在普遍運用在湖南大學結構力學的課程教學中。小班討論課是課堂授課與學生課外復習、自學拓展的橋梁。在小班討論課上，著重進行知識點梳理（包括結構力學與其他課程相關知識的聯系）和專題討論，綜合運用提問、對比、闡述、討論等多種教學手段，讓學生了解原理、方法的內在聯系，引導他們多思考，構建出完整的知識體系。

（三）階段測驗

湖南大學結構力學分兩個學期授課，每學期除期末考試外，另各安排三次階段測驗。階段測驗能增加學生學習的緊迫感，督促他們盡快形成知識體系，提高分析計算的能力，有利于推動教學進程發展。教師在階段測驗命題時，一是注重對必須掌握的基本知識點的考查，為后續教學打好知識基礎；二是注意難度不應過大，讓學生感受成功，樹立信心，激發學習的積極性；三是盡量貼合工程實際問題。測驗結束后及時講解試卷，將考試與課堂教學相互聯系、相互促進，使學生從考試中進一步明確課程的教學重點。

（四）課程設計

結構力學共安排兩次課程設計，布置時間分別是力法教學期間和矩陣位移法教學期間。課程設計要求學生以組為單位（每組2—4人），提交紙質版（電子版打印）設計報告，要求表述完整，排版美觀，每個組員獨立撰寫設計體會。

兩次課程設計的內容是：

1.第一次課程設計。

設計條件：4—6根相同材料的等截面等長桿件，桿長L=4m；荷載由二組沿桿長L均勻分布的荷載q構成，q=6kN/m。

設計目標：盡量追求內力分布均勻，彎矩的絕對值最小。

設計內容：

（1）靜定結構設計。

設計多個靜定結構及二組荷載q的作用位置，進行結構內力分析，根據設計目標選擇本學生小組的最優靜定結構。

（2）一次超靜定結構設計。

各組以各自選出的最優靜定結構設計方案為基礎，根據設計目標，確定多余約束的位置，設計一個在相同荷載作用下的一次超靜定結構。

對于本次設計，教師要提供課程設計的任務書與簡單示例。

2.第二次課程設計。

一個3跨6層的左右對稱框架結構，承受自重荷載作用（荷載左右對稱），用excel（實施力矩二次分配法）和結構力學求解器作為計算工具，畫出其彎矩圖。

對于本次設計，教師補充講解力矩二次分配法、結構力學求解器的基本使用方法和excel簡單用法，提供課程設計任務書、結構力學求解器程序（學生版）與2跨2層框架的excel實施力矩二次分配法的示例。

有關學生反饋，完成第一次課程設計后，學生可以加深對結構中桿件、荷載和約束關系的認識，直觀了解工程實踐中減小構件彎矩的常規方法，如設置中間支撐和剛節點等；完成第二次課程設計后，學生可以比較力矩二次分配法、力矩分配法和精確方法的適用范圍、計算量和計算精度，初次接觸根據結構力學原理使用計算機分析問題的實例，初步掌握用excel輔助工程計算方法和結構力學求解器的使用方法。

在課程設計中，各學生小組必定會遇到各種困難。他們可以隨時求助于教師，但教師應鼓勵學生采用上網查資料、小組討論、小組互助等方式，讓他們先嘗試自己解決問題。許多學生說，通過課程設計，他們不但打通了知識點，形成概念—原理—方法—計算過程—工程實際問題的知識體系，還進一步培養了自學能力、獨立思考能力、交流能力和團隊協作能力，增加對土木工程學習的興趣和信心。

湖南大學結構力學的期末綜合成績，由期末考試、階段測驗、課程設計、日常作業、課堂表現及出勤幾部分組成，加強了平時的考核力度。考慮到課程設計對學生的要求比較高，該項在期末綜合成績中占5%。

四、結語

“以學生為中心”的啟發式教學，不再以單向地灌輸知識為主，而是以學生掌握思路、學到方法和提高能力為主，以課內帶動課外、課外補充課內的方式，增強師生交流，突出教學重點，充分調動學生的學習積極性，將教學內容與工程實際相結合。通過解決工程問題拓寬學生的知識面，增強他們對力學概念和原理的理解、應用，提高分析、創新、解決問題的能力和綜合素質，這是高校培養應用型工程人才的一個有效手段。

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Application of "Student Centered" Heuristic Teaching Method in Structural Mechanics

HUANG Xiang-xiang

（College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha，Hunan 410082，China ）

Abstract：With the goal of ability construction of structural analysis，the teaching reform of structural mechanics is carried out from the following aspects：enriching teaching resources，adjusting the teaching plan，setting up discussion classes，setting up stage tests and arranging course designs，to improve the students' ability of analysis，innovation，problem solving，and the comprehensive quality of students，and favorable teaching effect has been obtained.

Key words：heuristic teaching method；structural mechanics；practical ability building