探究對口土木工程教學 彰顯結構力學課程魅力★

楊 青 楊國兵

(1.滁州學院地理信息與旅游學院，安徽 滁州 239000； 2.安徽滁州技師學院，安徽 滁州 239000)

1 概述

應用型本科對口招生是我國現階段高等職業教育“立交橋”的一個通道，招生對象已擴展到中職畢業生和具有相應技能的農民工[1]，這項舉措著實使廣大中職生甚至失業人員圓了一個本科夢。滁州學院對口土木工程本科招生始于2014年，從目前專業課教學的課堂交流來看，某些方面并不亞于普本班級，對口班課堂氣氛活躍，互動性好，學生敢于發表自己的感受，緣于他們大多已有一定的專業基礎知識或實踐經歷，且學生倍感珍惜來之不易的學習機會。因此，針對對口班的教學理應區別于普本班。

結構力學課程是土木工程專業的核心課程，在應用型本科教學培養計劃中同樣占據凸顯地位，尤其針對對口土木工程專業要淡化晦澀難懂的抽象理論，根據其學時安排偏少(總計32課時)實際，教師要引導帶入學生“身臨其境”，激發其探究專業問題的興致，夯實專業基礎,服務后續專業課乃至畢業后的職業生涯。

2 引入工程實物，分析問題實質

面對對口班學生力學基礎薄弱的現實，且結構力學少學時的教學安排，授課教師課程內容必須做較大的整合。在盡可能保證學科的完整性和邏輯性的前提下，有所側重和突出。教學中教師理應課前“備學生”，因對口班有一定結構基礎。

如在講到結構的計算簡圖時，不妨帶領學生觀察教室頂部的樓面梁，發動學生嘗試畫出其計算簡圖。拋出如下問題:樓面梁的跨數是多少，計算長度是多少，與墻或柱的支座是什么約束，梁上不同區域承受的荷載是線荷載還是集中荷載，教室外走廊(假設是外走廊)下的梁的截面尺寸與教室內梁的截面有什么不同，該教室梁上的計算荷載[2]包括哪些部分，怎么取值，計算荷載的范圍如何劃分，學生在感性的基礎上“陷入沉思”，原來這些多是以后結構設計的前提呀。后續要求構件控制截面的內力，再進一步進行結構設計[3](截面尺寸的確定、混凝土強度的選擇與配筋量的計算)等等。這種教學互動極大地豐富了書本如何選取結構的計算簡圖的相關理論。

在講到桁架結構和拱結構時，要求學生注意觀察各地高鐵站站臺的頂棚是什么結構，各地加油站站臺頂棚又是什么結構，再觀察各地工業園區、經濟開發區的大型單層廠房的屋架是什么結構，大中城市的大跨度的橋梁是什么結構，與實心截面梁相比有什么優點，拱結構中的矢高與拱腳的水平推力有什么關系，實際工程中有哪些應用，桁架的零桿有什么作用，拱與桁架聯合應用在什么地方出現過等等，我們結構力學的學習必須讓學生從身邊實物中加以觀測，從大方向上給予合理解釋，并激發鼓勵他們的探究興趣。

再如講到位移法求解內力時，根據超靜定梁“載常數”表，單跨兩端固端受均布荷載時，固端彎矩絕對值為qL2/12，跨中彎矩為qL2/24，這時，要求學生與相同跨度的受相同均布荷載的簡支梁的跨中彎矩進行比較，簡支梁的跨中彎矩為qL2/8，這兩種不同形式的梁的內力分布有什么意義。不難發現，單跨超靜定跨中的彎矩只是簡支梁的1/3，而超靜定固端承擔了簡支梁跨中彎矩的2/3。這就大大減輕了梁跨中的負擔，使超靜定的梁的截面尺寸趨于合理(當然兩端支座處加大了內力，但總體截面設計受力合理)，學生通過比較，加深了相同跨度的框架梁與簡支梁在受相同均布荷載作用下的內力分布特點，印象非常深刻，為今后理解兩種構件的施工配筋圖或鋼筋隱蔽工程的驗收埋下了伏筆。

3 探究教法，彰顯課程內涵魅力

當下，不論中等或高等職業教育，手機充斥課堂早已不是什么新聞，是什么造就這一時代“特征”，雖不是課任教師能夠解釋了的，但是，與專業課或骨干課程的接觸實踐的程度，體現課程的內涵魅力不無聯系。職業教育課堂師生的互動被不少教學研究者提到臺面上來。因此，探討結構力學的教學方法在不斷進行嘗試，那種不顧學生反應的教法無疑加重了課堂的“持機率”。

如結構力學課程中靜定結構位移的計算，往往不被學生理解，對剛度沒有感性認識，課任教師不妨列舉一例：一矩形截面懸挑梁長度為L，抗彎剛度為EI，其上分別作用三種向下荷載：1)均布荷載q；2)端部集中荷載qL；3)中部集中荷載qL；試問，該懸臂梁端部向下的位移分別是多少，哪種情況發生的位移最大，情況1)2)3)關系如何，另假設該懸臂梁的截面面積保持不變，試問，當截面高寬比分別是1∶1，2∶1，3∶1情況下，懸臂梁端部的向下位移之間的關系又如何(仍可以以前述教室樓面梁外走道下的懸臂梁為例)使學生情趣大增，埋頭開始演算。

通過緊張的圖乘法[4]，相互比照結論，爭論，最后形成以下共識：對于懸臂梁構件，同樣數量的荷載，作用在自由端的，截面高寬比為1∶1的情況向下的位移最為不利，1)2)3)情況下，結構自由端向下的位移比分別是6∶16∶5；同一種情況下的構件截面面積一定，高寬比分別是1∶1，2∶1，3∶1；結構自由端向下的位移比分別是1∶1/4∶1/9。這一比較，說明了抗彎剛度的價值與意義，說明了增加截面高度遠比增加截面寬度對構件的抗彎剛度“貢獻”大。

帶有探究好奇的心理，班級的所有的學生同時應用結構力學圖乘法的實用公式，進行計算靜定結構的位移的演算，進一步用探究法或身邊實物的情景法進行互動，同時也積累了專業知識，大家用“親身經歷”得出的結論遠比課任教師“口干舌燥的講演”來得“透徹”。像這樣，課任教師總計劃著把身邊的結構作為“案例”進行剖析，發動學生的能動作用，相信結構力學再不會嚼而無味。

4 與其他核心課程的融合

運用結構力學知識理解工程圖集問題，是土木工程專業學生必備的素質，課任教師要挖掘材料給予舉例說明。如不同抗震等級的框架結構的梁柱，為什么規定鋼筋的接頭位置就在此處和相應的接頭率，箍筋的加密長度區域、位置等等。當然構件的承載力計算會涉及其他專業課程，如混凝土結構原理；混凝土結構設計；鋼結構設計；砌體結構設計等等，但作為靜定結構的平衡方程，將會是結構設計中承載力計算公式建立的前提。簡單力法或力矩分配法的運用將是簡單框架結構、剛架結構、多跨連續梁控制截面內力計算的重要方法，結合各種構件指出其彎矩、剪力、軸力、扭矩和位移控制截面，給后續專業課鋪墊基礎，這方面的案例往往會引發學生濃厚的興趣。

5 結語

對口學生的結構力學的教學方法探討，是課任教師必須面對的現實問題，抓住其“陽光”的一面，利用其特長，因材施教，因勢利導，充分挖掘課程的“現實性”并廣泛“發動群眾”，則結構力學獨有的魅力將會“別具一格”。