基于工程案例的結構力學課程教學探索與實踐

【摘要】工程案例教學法直觀生動，內(nèi)涵豐富。文章將工程案例教學法引入結構力學課堂教學實踐中，從工程案例的選擇、講課技巧以及評價機制三個方面展開論述，可以為相關課程的教學提供參考。

【關鍵詞】結構力學 ?工程案例 ?教學

【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）40-0220-02

案例教學（Case Method）是由美國的克里斯托弗·哥倫布·朗代爾（C.C.Langdell）在1870年最先提出，后經(jīng)推廣傳播到世界各地，其代表了未來教育方向的一種成功教育方法。我國引入案例教學始于20世紀80年代。

案例教學，是一種開放式、互動式的新型教學方式。通常，案例教學要經(jīng)過事先周密的策劃和準備，要使用特定的案例并指導學生提前閱讀，要組織學生開展討論或爭論，形成反復的互動與交流，并且，案例教學一般要結合一定理論，通過各種信息、知識、經(jīng)驗、觀點的碰撞來達到啟示理論和啟迪思維的目的。在案例教學中，所使用的案例既不是編出來講道理的故事，也不是寫出來闡明事實的事例，而是為了達成明確的教學目的，基于一定的事實而編寫的故事，它在用于課堂討論和分析之后會使學生有所收獲，從而提高學生分析問題和解決問題的能力。

由于工程案例的直觀性，學生可以從書本上的理論知識中脫離出來，增強學生的感性認識，學生的積極性及興趣都可以得到很大的提高。

結構力學課程是土木工程及其相關專業(yè)領域一門重要的專業(yè)基礎課[1]，對于相關專業(yè)的本科生來說，該課程在所有課程中有著舉足輕重的地位，一方面，學好該門課程可以為后續(xù)的專業(yè)課學習打下基礎，另一方面，隨著考研熱的興起，結構力學也是土木及其相關專業(yè)碩士研究生入學考試的一門必考科目之一。通過學生的反饋情況來看，學生知道該課程的重要性，但又普遍感覺不太好學，有些學生甚至因此喪失信心，進而影響到后續(xù)課程的學習，為了使學生從一開始接觸就喜歡上這門課程，讓結構力學變得簡單易學，筆者在授課過程中將案例教學法引入課堂，學生都普遍感覺到受益匪淺，對結構力學課程的學習興趣也大大提高，起到了非常好的效果。

通過近幾年的實踐，筆者認為，要把工程案例真正完全引入到課堂實踐當中去，需要做到以下幾個方面：

一、工程案例的資料收集

與課堂理論知識相對應的工程案例的收集工作量大，需要教師查閱大量相關資料，更重要的是教師需要一定的判斷經(jīng)驗，能夠對工程案例做出甄別判斷，找出真正適合所講內(nèi)容的工程案例，這樣才能起到真正的效果，否則就會適得其反。筆者在講授結構概念部分時，拿國內(nèi)外的典型實際工程案例如鳥巢、水立方、悉尼歌劇院、哈利法塔等不同結構類型作為對結構概念的講解，在講授固定鉸支座和活動鉸支座約束概念的時候，引入橋梁支座加深學生對支座約束概念的理解，在講解結構的動力計算這一章時，首先給學生觀看了1940年美國塔克瑪大橋風震破壞的視頻資料，雖然涉及到復雜的橋梁動力學的理論知識，但是將其作為結構能真正“動”起來的比較有力的證據(jù)則再合適不過，通過塔克瑪大橋的破壞案例自然地引入到結構動力學學習的必要性，激起學生的求知欲望，起到了良好的課堂效果。又如在講授阻尼對結構振動的影響這一節(jié)時，為了讓學生更直觀的感受阻尼可以減少結構振動反應時，拿倫敦千禧橋作為工程案例講授，通過加設TMD和粘滯阻尼器后這座長達350 m的橋才能正常使用，讓同學們真正了解了阻尼所產(chǎn)生的效果。工程案例的選擇與甄別需要教師做大量的搜集工作，建立結構力學授課工程案例庫，同時還要求任課教師具有較好的專業(yè)素養(yǎng)，能從工程案例中提煉出與課本知識相對應的理論，因為只有選擇有針對性的工程案例進行講授，才能真正起到讓學生能夠理論聯(lián)系實際的作用，起到良好的課堂效果。

表1列出了課堂授課過程中采用的部分工程實例。

二、工程案例的課堂講授技巧

好的工程案例對課堂內(nèi)容起到了相當大的補充作用[3][4]，教師應針對工程案例多采用啟發(fā)式、設問式的授課方式，讓學生積極主動思考問題，讓學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，這樣一方面活躍了課堂氣氛，另一方面也可以提高學生思考問題、解決問題的能力。比如在講解結構自振頻率的內(nèi)容時，從學生熟悉的單擺自振頻率的測定講起，逐步過渡到上課所在教學樓結構的自振頻率如何測定，讓學生自己琢磨方法，然后講解結構自振周期測定的常用方法，讓學生不僅學習了書本知識，還拓寬了視野，增長了知識。又比如在講解超靜定結構時，為了加深對超靜定結構的認識，選擇最為常見的橋梁結構作為工程案例進行教學，讓學生分辨哪些是靜定橋梁哪些是超靜定橋梁，接著設問超靜定橋梁為什么較靜定橋梁普遍采用的原因？最后通過受力分析和變形分析找出超靜定結構的優(yōu)點。通過采用一定的課堂講授技巧，教師可以從一個好的工程案例當中引申出很多課堂外的知識，擴充學生的知識面，當然這需要教師不斷學習并積累課堂經(jīng)驗，對教師本人的素質(zhì)提出了更高的要求。

三、工程案例教學法的評價機制

目前結構力學的評價基本上是以考試做計算習題為主，并且是總成績考核的主要組成部分（期末成績占80%，平時成績占20%），為了凸顯工程案例教學法的實際效果，平時成績中除課堂出勤，作業(yè)等占有一定的比重外，工程案例的課堂討論也有必要作為平時成績的一部分，對于對工程案例積極思考，踴躍發(fā)言的學生應加大平時成績的分數(shù)，改變期末考試結構力學僅做計算習題的模式，可以適當增加與工程案例有關的簡答或計算習題，這些工程案例應該在課堂上有所提及或案例內(nèi)容基本接近，提高學生運用知識解決問題的能力。另外還可以改變目前單一由期末成績和平時成績決定總成績的評價模式，增加實踐評價環(huán)節(jié)，讓學生到現(xiàn)場接觸工程實例，回去制作實物模型或采用軟件進行結構簡化計算等，提高運用軟件解決問題的能力。

四、結語

采用以工程案例為核心的結構力學課程授課方法可以極大提高學生上課的積極性，充分調(diào)動學生學習的主觀能動性，結構力學課程變得不再枯燥，艱深的理論知識與具體的工程案例相結合相得益彰，互為補充，讓學生切實體會到理論聯(lián)系實際的重要性，提高學生思考問題、解決問題的能力，達到了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]龍馭球，結構力學[M]，北京，高等教育出版社，2012

[2]單建，趣味結構力學M]，北京，高等教育出版社，2008

[3]袁駟，一個基礎，兩座大廈-結構力學課程改革的思路與實踐[J]，力學與實踐，1998（4）：56-58

[4]孫慶巍，談結構力學課程教學中的案例式教學[J]，中國科教創(chuàng)新導刊，2010，NO.29

作者簡介：

吳平川（1979年10月-），男，漢族，河北省曲周縣人，河北工程大學土木工程學院副教授，博士研究生學歷，研究方向：結構抗震與振動控制。