結構力學實驗促理論的教學方法探索與實踐

曲激婷 陳廷國 黃麗華

摘要：總結了目前結構力學實驗教學的現狀，介紹大連理工大學在結構力學實驗教學方面開展的系列工作，并在此基礎上探討了將結構力學理論教學與實驗相結合的教學模式，有利于應用型人才和精英人才的培養。

關鍵詞：結構力學；實驗教學；精英人才

中圖分類號：O342 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）43-0146-02

一、引言

結構力學是土木、水利、港工、海洋、交通、土木工程管理等專業的一門必修專業基礎課程，授課主要采用課堂理論教學模式，并未如材料力學課程一樣設置實驗教學內容。該課程理論學習有一定難度，且工程實際中的結構看起來往往和結構力學中的簡化計算模型相去甚遠，難免會造成學生工程認識與理論認知的脫節，對課程的學習興趣度不高，授課內容難以消化，從而導致學生對學習結構力學有畏難情緒。雖然如今科學計算已經與理論分析和實驗技術相并列，成為第三種科學方法，但力學實驗技術無論是作為認識和檢驗真理的最終標準，還是作為直接解決實際工程中的力學問題的重要手段，仍然有著不可替代的地位。

二、結構力學實驗教學的國內外現狀

目前，國外高校仍然側重結構力學基本理論的講授及學生手算能力的培養，尚未開展結構力學相關實驗的研究。國內關于結構力學實驗課程建設的研究還較少，有6所高校開展了結構力學實驗的相關建設。武漢大學出版了《結構力學實驗》教材[1]，設計共29個基礎實驗供學生自選。哈爾濱工業大學成立實驗結構力學教學研究團隊，開展實驗結構力學課程平臺建設，以實驗教學為主、課堂教學為輔[2]。沈陽建筑大學結合該校結構力學課程的教學特點和實驗室現有條件搭建了實驗平臺，積極籌備開設結構力學實驗課[3]。合肥工業大學在汲取其他高校在結構力學實驗課程方面的經驗的基礎上，結合其自身的基礎也在積極探索實驗結構力學的教學[4]。揚州大學[5]對土木工程專業進行了課程實驗的教學改革，建立了土木工程專業本科系列開放性實驗教學平臺，將材料力學、結構力學、土木工程材料、土力學和混凝土等課程的實驗整合為土木工程專業基礎實驗課程。

大連理工大學建設工程學部結構力學團隊與煙臺大學、煙臺新天地實驗技術有限公司共同研制了一種結構力學教學平臺，并于2016年授權發明專利（如圖1所示），該實驗平臺（如圖2）集成了結構力學模型、加載裝置、測量裝置，實現一體化。平臺為四立柱門式框架自反力結構，上下橫梁采用H型鋼梁。上下橫梁、立柱均安裝直線導軌，導軌隱藏在型鋼內部，導軌上安裝可移動的小車，小車上可安裝支座、加載油缸等。可對實驗模型多點施加豎向荷載、水平荷載及結點彎矩；也可用于空間結構模型實驗，實現多點、多方向拉壓力加載，能系統完成結構力學基本理論的相關驗證實驗，且開展一些綜合性設計性實驗。經過幾年的探索，團隊已經開發完善了十四個實驗題目及相應的實驗報告，帶頭人陳廷國教授已于2016年秋季首次開始了實驗結構力學選修課，共計20學時，有25名學生選修了課程，由考試成績分析可知，選修了實驗結構力學課程的學生成績普遍較好。

不同于單獨設置的實驗結構力學選修課，大連理工大學旨在設計更適于與結構力學理論教學相輔相成的實驗內容，幫助學生更好的理解重點和難點知識點，陳廷國教授主編的結構力學實驗教材已完成編寫，很快將與讀者見面。

三、結構力學實驗與理論相結合的教學實踐

大連理工大學結構力學課程教學為不同的結構力學實驗內容設計不同的表現方法，結合現代教育技術手段，利用不同的平臺為學生們提供多層次的實驗，以提高教學質量和學生們的學習興趣，具體實踐包括如下內容：（1）課堂實物演示：根據研究內容設計實驗裝置，便于在課堂為學生們演示以及實際操作；（2）實驗視頻：設計實驗內容及腳本，進行實驗視頻的拍攝與后期制作，根據學時安排和實驗內容將實驗視頻加入課程PPT，部分視頻可上傳至課程學習APP及結構力學課程網站，方便學生課后學習；（3）自主創新實驗：鼓勵學生根據授課內容，自行設計實驗模型及方案，通過親自實驗體會力學原理，提高學生的創新能力和分析問題、解決問題的能力，此外，也有助于不斷擴充實驗結構力學資料庫。

四、結語

為達到高等教育面向高素質、精英人才的培養目標，深入“理論聯系實踐”的教學理念、教學思想和教學方法的改革，提出對結構力學課程開展理論與實踐相結合的教學探索。通過參加與否結構力學實驗課的學生成績的對比發現，結構力學實驗教學不僅可以加深學生對基本理論和基本概念的理解，參與實驗的學生成績平均分更高，學生由過去的被動學習轉變為主動學習，而且可以提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，充分發揮學生個體和群體的創造性，有利于應用型人才和精英人才的培養。

參考文獻：

[1]劉禮華，歐珠光.結構力學實驗[M].武漢：武漢大學出版社，2006.

[2]陳再現，王煥定.實驗結構力學教學改革初探[J].力學與實踐，2015，37（5）：647-651.

[3]孫威，劉永軍，倪偉寧.高校開設結構力學實驗課的探索與實踐[J].長春教育學院學報，2013，29（21）：79-80.

[4]朱亞林，李端洲.關于《結構力學》實驗課程建設的探討[J].科技資訊，2014，（29）：147-148.

[5]孫旭峰，陶陽.土木工程專業結構力學課程實驗教學實踐探討[J].高等建筑教育，2013，22（5）：133-136.

Abstract：This paper summarizes the current situation of structural mechanics experiment teaching，dalian university of technology in structural mechanics experimental teaching in carrying out a series of work，and on this basis discusses the combining structural mechanics theory teaching and experiment teaching mode，is beneficial to the development of the applied talents and elite talent.

Key words：structural mechanics；experimental teaching；elite