以實際工程項目為背景的結構力學教學改革研究

黃瑤 藍麗江

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?在現階段的教育實踐中，為了培養更多能夠適應企業或者是行業需要的人才，高等教育積極進行了教學改革與創新，開始著力強調應用型本科辦學理念的應用。基于應用型本科的辦學理念，在部分專業比如設計、施工、管理等教學實踐中，必須要結合具體的社會實踐或者是工程大背景，這樣，學生所學的內容才會更具針對性，其在實踐中的應用能力體現也會更加的突出。就結構力學教學實踐來看，基于應用型理念進行教學創新，必須要依據實際工程項目展開教學分析與討論，這樣，結構力學的整體教學和工程實踐的匹配性會更加的突出。分析研究以實際工程項目為背景結合虛擬案例的結構力學教學改革，旨在為教育實踐提供幫助與指導。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?實際工程項目;虛擬;結構力學;教學改革

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2021）09-0080-02

對結構力學的具體教學進行分析可知，其是現階段土木工程專業中的一門重要基礎課程，是固體力學的一個分支。從科學地位和價值角度進行分析，結構力學基于理論力學和材料力學等課程之上，在鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構等專業類課程的設計計算實踐中能夠發揮突出的作用，因此說結構力學在土木工程專業中的地位和價值不容小覷。總的來講，強調結構力學的教學，實現結構力學的教學效果提升能夠有效解決工程結構設計實踐中的受力分析問題，這對于學生自身的應用能力提升有顯著的作用。基于結構力學的學科應用特點，以實際工程項目為背景對結構力學的教學改革等做全面的分析，具有突出的現實價值。

一、結構力學教學改革的緊迫性

在當前的教育實踐中之所以要強調結構力學的教學創新與改革，主要是因為結構力學教學改革對于這門學科的教學進步有突出的現實價值。從具體分析來看，結構力學不僅是一門具有悠久歷史的學科，更是一門發展比較迅速且具有突出應用前景的學科[1]。在過去，計算機應用以及有限元分析軟件等方面存在著明顯的限制，所以一些較為復雜的工程會因為技術問題難以付諸實踐。就常規的工程結構設計來看，其多為比較規整的結構，這樣的結構實現了結構計算的極大簡化，而且此類型的結構在定量分析的過程中更利于結構力學方法的使用。從這個角度分析來看，在進行結構力學教學的時候需要對求解方法和技巧予以更多的關注。

就近年來社會大環境的發展來看，新型的工程材料和施工工藝大量出現在工程建設實踐中，這對結構力學提出了更高的要求，同時也為結構力學的研究提供了新內容[2]。就目前的分析來看，工程結構的復雜性在顯著提升，計算機的普及也在持續性推進，加之基于矩陣位移法建立的有限元軟件得到了快速的發展，這使得結構力學在實際分析中有了更加強大的工具，正因為這些工具的使用，計算機在結構定性分析和定量計算的過程中成為不可或缺的一部分。在傳統的教學中使用的計量模型多是經過簡化且假定好的，學生在面對實際工程的時候不知道如何使用。就實踐來看，很多學生在進行建筑施工圖設計的時候會產生奇思妙想，但是在計算的時候會一籌莫展，由此可見，學生所學的實用性比較差。基于這樣的大背景，為了全面提升學生的實際操作能力，必須對現階段的教學模式以及教學方法進行創新與改革，即讓學生在相關工具應用的過程中面對真正的工程，立足于工程實踐掌握技術以及工具的應用，在設計實踐中，其整體設計能力會有效提升。總之，從教學效果提升和學生實際問題解決能力提高的角度進行分析，結構力學教學創新勢在必行。

二、結構力學教學方法的改革

就土木工程這個專業的具體學習來看，學生無論是在專業課程的學習中還是在畢業設計和日后參加工作實踐中都離不開結構力學的相關理論以及分析方法，所以在教育階段必須加強結構力學的學習[3]。從整體教學分析來看，在大環境改變的情況下，傳統的結構力學教學方法和內容已經不能滿足實踐需要，因此，為了進一步培養學生的實際問題分析能力和工具應用能力，需要基于當前大環境，結合工程實踐對結構力學內容的模擬教學方法等進行改革與創新。以下是基于傳統教學方法的教學改革與創新分析。

（一）啟發式教學法

對結構力學教學實踐進行分析，采用啟發式教學法能夠有效消除傳統教學法的弊端。就啟發式教學法的具體應用來看，其首先需要在上課的時候進行問題的提出。比如在學生掌握了單跨靜定梁的反力和內力計算方法后提出問題：如何進行多跨靜定梁的反力和內力計算？基于具體的問題，學生會進行針對性的思考。當學生確定了將多跨靜定梁劃分為單跨靜定梁進行問題解決的基本思路之后，老師繼續提出問題：如何將多跨靜定梁劃分為單跨靜定梁？在此問題的基礎上，學生繼續應用所學知識進行分析，比如利用幾何組成規則進行幾何分析。總而言之，老師利用問題不斷地啟發學生，提醒學生思考的方向，從而讓學生對所學的內容進行串聯和思考，這樣，學生在學習的過程中不僅會表現得更加主動，其對知識的聯系性認知也會更加深刻[4]。總之，在結構力學教學實踐中積極強調啟發式教學法的利用有突出的現實價值。

（二）以工程實例為背景的虛擬案例教學法

在結構力學的教學實踐中，為了使學生對計算機等工具的利用有更加熟練的掌握，從而在實踐中可以有效地使用工具，可以在工程實例的背景下開展虛擬案例教學法。就虛擬案例教學法的具體實施來看，首先是對實際工程當中涉及的結構力學知識進行分析與總結，即以實踐為依托激發學生對具體內容的學習興趣，并培養學生學以致用的能力[5]。比如在教學中，基于某實踐工程，老師以工程中的石板凳為例進行簡支梁計算簡圖以及在自重下的受力情況講解，同時以工程中的活動中心連續梁為立足點引入超靜定的概念，并同時分析多跨超靜定梁的計算簡圖以及受力情況。簡單來講，老師針對工程實踐將項目實施中涉及的力學問題進行統一闡述，然后引導學生進行相關問題的具體分析，比如基于工程實踐讓學生分析荷載簡化、節點簡化以及計算簡圖選擇的重要性，并基于不同的計算模型做對比取舍。同時，基于實踐工程虛擬案例教學，老師引入需要學生重點掌握的概念，并對相關的規則、方法，比如幾何組合分析過程等進行訓練加強，這樣，學生的感官和識圖讀圖能力會有全面的提升。總之，基于虛擬案例進行典型的工程實例呈現，會讓學生的綜合應用能力、創新能力等獲得顯著的增長。

（三）傳統教學和電算并舉

對現階段力學結構分析中的具體工具應用做分析，會發現力學求解器的應用比較普遍[6]。從該工具的具體使用來看，其是一款非常不錯的能夠實現輔助分析的計算軟件，就該軟件在實踐中的利用來看，其求解內容囊括了結構力學中涉及的諸多內容。在結構力學的教學實踐中，老師可以隨時隨地向學生傳遞力學求解器的應用方法，然后再讓學生以實際工程為模擬具體案例構建相應的計算模型，之后進行相關的力學計算與變形分析。基于工具的使用方法掌握，學生在畢業設計或者是以后的結構力學問題分析實踐中，會有更加顯著的實際問題解決能力。簡言之，通過力學求解器的使用方法強調，學習內容和實踐分析的距離明顯拉近，學生整體能力有了顯著提升。

（四）強調自主討論并開展結構競賽實踐活動

在結構力學的教學實踐中，部分內容相對比較基礎，而且理解也更加簡單，其完全可以由學生自學完成[7]。因此在教學中，針對簡單且易掌握的內容，老師可以組織學生進行分組，并通過小組討論的方式完成相關內容的學習。通過這樣的方式可以培養學生的自學和自主討論習慣。在教學實踐中，為了讓學生對具體所學有更加深刻的掌握，使其能夠在應用實踐中準確地利用相應的原理或者是技術，專業內部可以虛擬設置賽題開展結構競賽實踐活動，主要評價學生在結構模型設計實踐中的思考與力學分析。通過這樣的大賽讓學生明確自身所學的不足，這對學生的針對性提高有突出的意義。

三、結構力學考試方式的改變

就當前的結構力學課程具體教學來看，要實現教學創新，不僅僅需要強調方法創新，更要重視考試方式的改變[8]。基于現實分析可知，傳統的教學考核主要強調的是理論，所以學生在學習的時候重理論、輕實踐，但是結構力學教學的最終目的是提升學生的結構受力分析能力，進而加強其實際問題解決能力，所以在考核中必須以解決實際問題為基本導向。基于此，在結構力學的考試方式應用中，可以實施如下方式：（1）傳統考核方式，即利用書面的方式考查學生的理論掌握。（2）虛擬案例分析考核法。所謂的虛擬案例分析考核法指的是在考核的過程中基于工程實例讓學生具體解決相應的問題，比如分析某結構的受力、計算結構受力的情況等等。通過這樣的考核方式加強學生對實踐的認知與掌握。

綜上所述，在結構力學教學實踐中，對教學目標進行分析，并基于教學目標強調教學改革與創新，這對于現階段的結構力學教學實踐效果提升幫助巨大。文章分析研究以實際工程項目為背景結合虛擬案例的結構力學教學改革，旨在為當前的教育實踐提供幫助與指導。

參考文獻：

[1]田芳，魯紅權.以應用設計為導向的結構力學課程教學改革[J].山西建筑，2018（8）：252.

[2]沈曉梅.結構力學課堂教學改革措施研究[J].山西建筑，2019，45（6）：238-240.

[3]王桂英.結構力學教學與實際工程相結合的教學改革與實踐[J].建筑工程技術與設計，2018（31）：3525.

[4]韋斌凝，施冬冬.基于多媒體課堂教與學同步互動的《結構力學》教學改革的研究和實踐[J].教育教學論壇，2019（46）：111-113.

[5]黃川騰，熊飛嶠，蒲爽.基于卓越現場型工程師的《結構力學》教學改革探究[J].高教論壇，2018，228（10）：33-36，40.

[6]李昌良，張亞.基于工程能力提升的力學課程教學研究：以“船舶結構力學”為例[J].科教導刊（中旬刊），2018.

[7]李效民，白峰濤.基于雨課堂的結構力學智慧教學實踐[J].創新教育研究，2020，8（3）：6.

[8]鄧春瑤.金課建設背景下基于OBE理念的混合式教學模式研究：以《工程項目管理》課程為例[J].高教學刊，2020（27）.

編輯 郭小琴

①基金項目：2019年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“虛擬仿真實驗對《結構力學》課程教學改革的應用研究”（2019JGA397）;2019年度校級一流課程建設項目“基于虛擬仿真實驗的《結構力學》翻轉課堂教學方法應用研究”（JG201909）。

作者簡介：黃瑤（1988—），女，瑤族，廣西桂林人，碩士研究生，講師，研究方向：結構工程。

藍麗江（1981—），女，瑤族，廣西河池人，碩士研究生，工程師，研究方向：防災減災工程及防護工程結構。