獨(dú)立學(xué)院土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)思考

文/冉然 武漢科技大學(xué)城市學(xué)院 湖北武漢 430083

結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案當(dāng)中的重要基礎(chǔ)課程，主要介紹平面桿系結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律，外部因素（荷載與非荷載）作用下的內(nèi)力與位移計(jì)算及結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的原理與計(jì)算方法，需要學(xué)生具備一定的邏輯思維能力與空間想象能力。而面對(duì)如今社會(huì)發(fā)展的新形勢(shì)，全面發(fā)展的應(yīng)用型人才逐漸成為各類院校的培養(yǎng)目標(biāo)。這樣的背景下，如何順應(yīng)時(shí)代發(fā)展與社會(huì)需要，提升學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量成為獨(dú)立學(xué)院教師在結(jié)構(gòu)力學(xué)授課過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。筆者結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、聯(lián)系實(shí)踐教學(xué)三方面探討提升教學(xué)效果的方法與途徑。

1、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，做到因材施教

1.1 選擇難度適當(dāng)?shù)慕滩?/h3>

“工欲善其事，必先利其器”，教師手中的“利器”應(yīng)當(dāng)是一本適合學(xué)生課下預(yù)習(xí)、老師課堂講授的教材。尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)這樣一門(mén)邏輯性與空間感較強(qiáng)的課程，選取的教材與參考書(shū)要具備基本概念簡(jiǎn)明扼要，理論推導(dǎo)條理清晰，配套例題難度適當(dāng)，課后練習(xí)解答詳細(xì)的優(yōu)點(diǎn)，任課教師需精心挑選，也可以在積累一定教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候自主編寫(xiě)適合自身教學(xué)環(huán)境的教材。

1.2 設(shè)置契合學(xué)生的教案

教師的備課教案應(yīng)針對(duì)學(xué)生知識(shí)水平而定，嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)大綱，區(qū)分重難點(diǎn)[1]。例如結(jié)構(gòu)力學(xué)課程當(dāng)中，幾何組成分析是全書(shū)的基礎(chǔ)，和靜定結(jié)構(gòu)的判定、超靜定次數(shù)的確定密切相關(guān)，需要準(zhǔn)備適量經(jīng)典的例題給與講解。同時(shí)該部分內(nèi)容作為整個(gè)課程的開(kāi)篇，通過(guò)授課時(shí)與后續(xù)部分關(guān)聯(lián)也能在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。此外，教案設(shè)置還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，多設(shè)置實(shí)踐案例教學(xué)。如在講解結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化時(shí)，以單層工業(yè)廠房為例列舉屋架、排架柱和吊車梁的實(shí)例圖，通過(guò)和計(jì)算簡(jiǎn)圖的比較，加深學(xué)生對(duì)桿件、結(jié)點(diǎn)和支座簡(jiǎn)化的理解，為培養(yǎng)學(xué)生工程直覺(jué)[2]和今后工作現(xiàn)場(chǎng)處理實(shí)際問(wèn)題打下基礎(chǔ)。

1.3 講授有針對(duì)性的內(nèi)容

結(jié)構(gòu)力學(xué)是在學(xué)生已經(jīng)修完高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等工科類基礎(chǔ)課程后開(kāi)設(shè)的，教學(xué)內(nèi)容中會(huì)有部分和理論力學(xué)與材料力學(xué)重復(fù)[3]，例如求解靜定桁架的結(jié)點(diǎn)法、截面法，繪制平面靜定梁的內(nèi)力圖等。針對(duì)這些內(nèi)容，教師講授時(shí)可不再過(guò)多重復(fù)講解，而盡量從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度為學(xué)生啟發(fā)新的解題思路。對(duì)施工管理方向與房建、路橋設(shè)計(jì)方向的不同學(xué)生，應(yīng)有針對(duì)性的選擇教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)。施工管理方向?qū)W生需要更多地建立對(duì)結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)知和理解，掌握結(jié)構(gòu)體系設(shè)置的安全性分析。設(shè)計(jì)方向的學(xué)生則應(yīng)在結(jié)構(gòu)的選型、受力分析、內(nèi)力計(jì)算上多下功夫。注意學(xué)生專業(yè)的細(xì)化，并根據(jù)實(shí)際情況教學(xué)，這樣能讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)以致用的意義，增進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2、豐富授課手段，活躍教學(xué)課堂

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)曾做過(guò)關(guān)于不同授課方式下結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)效果的調(diào)查研究，對(duì)于傳統(tǒng)授課、多媒體教學(xué)及兩者結(jié)合的三種授課方式進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，98.81%的學(xué)生認(rèn)為多媒體與板書(shū)結(jié)合的教學(xué)方式更容易接受，教學(xué)效果更好[4]。教師傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)有著推導(dǎo)公式詳細(xì)，便于學(xué)生記筆記的優(yōu)點(diǎn)，但講授進(jìn)度與圖形表達(dá)容易受限，尤其是遇到結(jié)構(gòu)力學(xué)中桿件變形及虛位移問(wèn)題時(shí)，如果學(xué)生空間聯(lián)系能力不足，知識(shí)便難以接受。多媒體PPT教學(xué)則表達(dá)具體，圖文并茂，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但講解典型例題時(shí)往往存在幻燈片停留時(shí)間較短，解釋不夠細(xì)致的問(wèn)題，造成學(xué)生理解不夠透徹[5]。因此，兩種方法相結(jié)合，適量詳細(xì)的板書(shū)和生動(dòng)形象的PPT講稿既可以避免學(xué)生聽(tīng)課疲勞，又提高了老師教學(xué)的趣味性與靈活性。

此外，在2017年的中國(guó)國(guó)際遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育大會(huì)上，一種結(jié)合線上線下、師生互動(dòng)的“混合式”教學(xué)模式引起了參會(huì)人員的關(guān)注與探討。臺(tái)下的同學(xué)邊聽(tīng)講邊用手機(jī)發(fā)送彈幕，講臺(tái)上的老師在授課的同時(shí)還就彈幕問(wèn)題答疑解惑，這樣的課堂教學(xué)生動(dòng)活潑，氣氛較以往輕松許多。信息科技高速發(fā)展的今天，學(xué)生獲取知識(shí)的渠道越來(lái)越多元化，而且如今的在線教育同樣在大力沖擊著高校的大學(xué)講堂，這就要求老師不僅要具有備課、講課的傳統(tǒng)技能，還應(yīng)提高自身的信息技術(shù)運(yùn)用能力、臨場(chǎng)組織與應(yīng)變能力。當(dāng)然，“混合式”教學(xué)模式的推廣與應(yīng)用還應(yīng)結(jié)合學(xué)校與學(xué)生的實(shí)際情況，就獨(dú)立學(xué)院而言，在課后習(xí)題講解、考前答疑等方面結(jié)合線下教學(xué)，能夠起到及時(shí)高效、有針對(duì)性、避免重復(fù)講解的效果，還可以實(shí)時(shí)傳遞課件以及相關(guān)電子資料。

3、注重實(shí)踐教學(xué)，提升學(xué)生興趣

結(jié)構(gòu)力學(xué)作為理論主干課程，必須緊密結(jié)合實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)才能被熟練運(yùn)用和掌握。如何結(jié)合將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，形成獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)特色，這一問(wèn)題值得深思。

首先是結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課與理論課的接軌，學(xué)生可利用實(shí)驗(yàn)器材自行設(shè)計(jì)平面桿系結(jié)構(gòu)，通過(guò)不斷的加載、調(diào)試，結(jié)合理論分析，去判定自己設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是幾何可變還是幾何不變，能承受多大的外力荷載，能否比較和衍生出進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。探索這些實(shí)際遇到的問(wèn)題，對(duì)于我們的學(xué)生來(lái)說(shuō)比書(shū)本上的知識(shí)要更具有吸引力。其次，教師應(yīng)安排適量課時(shí)教授工程電算方法，主要是結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器和PKPM、Midas等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件[6，7]。求解器不僅可以起到驗(yàn)證手工計(jì)算結(jié)果的作用，還可以計(jì)算和繪制復(fù)雜荷載作用下（如線性分布荷載）的結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和影響線。在計(jì)算機(jī)科學(xué)日益發(fā)展的今天，高校中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的教學(xué)也早已普及。理應(yīng)將結(jié)構(gòu)力學(xué)的實(shí)踐教學(xué)融入到專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，在理解計(jì)算原理和計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，求解器和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的引入，既加快了運(yùn)算速度，又能和手算結(jié)果相比對(duì)，往往起到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。此外，應(yīng)多鼓勵(lì)學(xué)生走出校園，參加校外實(shí)踐活動(dòng)。以組織優(yōu)秀學(xué)生參加省級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽為例，先通過(guò)組建校內(nèi)參賽小組并分配指導(dǎo)老師，完成設(shè)計(jì)作品進(jìn)行校內(nèi)初賽，選出優(yōu)秀作品參加省級(jí)比賽。小組組員涵蓋各年級(jí)學(xué)生，起到傳幫帶的作用。結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)到競(jìng)賽的整個(gè)過(guò)程，足以充分鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)明創(chuàng)新和動(dòng)手實(shí)踐的能力，促進(jìn)學(xué)生理論知識(shí)與社會(huì)實(shí)踐的深度結(jié)合，加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解。學(xué)院的鼓勵(lì)與老師的支持會(huì)令學(xué)生在更大更廣闊的舞臺(tái)上揮灑汗水，筑夢(mèng)青春。

結(jié)論：

獨(dú)立學(xué)院的力學(xué)類課程授課難度通常較大，其中又以結(jié)構(gòu)力學(xué)為甚。授課教師理應(yīng)勤于思考，以授課學(xué)生為出發(fā)點(diǎn)，因材施教，運(yùn)用多種教學(xué)手段活躍課堂。更要注重理論聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)識(shí)到啟發(fā)式的教學(xué)實(shí)踐與工匠精神的培養(yǎng)同書(shū)本知識(shí)一樣重要。任重而道遠(yuǎn)，還需要教師們的不斷探索與努力。