新工科背景下基于專業認證標準的結構力學教學改革研究

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.05.111

摘 要 以新工科建設為背景，從力學教學現狀分析教學

改革的意義，總結基于專業認證標準的課程教學改革方式，力爭培養具有扎實力學基礎的工程人才。

關鍵詞 工程教育；教學改革；專業認證；結構力學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）05-0111-03

0 引言

結構力學是土建類專業的一門專業基礎課程，是基礎課和專業課之間的橋梁。面向工程教育專業認證的結構力學改革主要是適應工程認證的要求，教學內容應當充分與工程實踐相結合，必須重視理論聯系實際，增加相關教學內容以增強結構力學課程理論與實踐相結合的作用[1]。改變授課環境，摒棄舊的觀念，讓學生從書本的環境轉到由實際工程引入的案例，將實際工程模型化；改變授課思路，推陳出新，使學生了解結構力學的知識體系及求解過程中不同的假設和理論，旨在提高學生的工程素養，提高其解決工程實際問題的動手能力。

1 結構力學教學現狀及存在問題分析

結構力學作為大土木學科的重要理論支撐，對培養合格的土木人才具有舉足輕重的作用，在整個專業培養計劃中占據重要地位。學生要想將整個專業的課程學好，必須學好結構力學，這就對教師教學提出更高的要求。筆者綜合多年教學實踐，列出以下幾個問題。

1.1 專業課時大幅縮減

為使工程教育與國際接軌，滿足工程教育專業認證的要求，各專業課時大幅縮減，結構力學也不例外。為了保證教學效果，如何在限定的課時下，使學生獲得最大的信息量并消化理解，成為教師面臨的最主要也是最有挑戰性的問題。雖然力學理論不會被淘汰，但是教學理念會，教師需要找到更好的方法教會學生，將新教學理念帶到教學活動中，改變傳統的以講授為主的課堂教學，提高教學水平，引導學生積極主動學習，使學生輕松地學到知識，將知識轉化為技能，應用到生活生產中[2]。

1.2 三大基礎力學課存在交叉和重復，缺乏必要的融合和貫通

如材料力學中梁的內力分析部分和結構力學就出現知識重復，結構力學的桁架部分也在理論力學中講過，內容得不到很好的整合，也沒有做好銜接，使得知識點繁雜，內容零亂，學生學起來一頭霧水。因此，優化課程體系實現教學內容的改革勢在必行。

1.3 忽略了結構力學與其他課程的關系

結構力學學習的目的是研究桿系結構在各種效應下的受力和傳力規律，分析不同結構形式的受力特點和工程應用，根據不同效應的特點對結構體系進行優化及如何應對這些效應，主要包括結構內力計算及位移計算。這些力學知識點與后續的鋼筋混凝土結構設計原理、建筑結構抗震設計等緊密相連，但在如今的教學中忽略了它與其他課程的關系。結構力學學習的好壞直接影響這些課程的學習效果，要讓學生明白學這些是為哪些課程的哪些知識做服務，只有知曉了各門課程之間的關系，他們才能更好地理解和掌握這些知識。以簡單的梁式構件簡支梁為例，如圖1所示。

計算此梁在均布荷載下的任意截面彎矩值及剪力值，得到跨中彎矩值最大為M=1/8·ql2，剪力在跨長范圍內均為12 kN。得到結果后可聯系后續的鋼筋混凝土知識，講解單雙筋矩形截面梁的受彎承載力計算及配筋、箍筋在鋼筋混凝土梁結構中的作用等理論知識。而在多跨梁的計算中，如圖2、圖3所示，在計算彎矩圖時，可發現在支座B處出現負彎矩，那么在實際工程中出現負彎矩的情況該如何應對？進而引出鋼筋混凝土結構中對支座截面處配筋的具體要求。

出現這些問題的原因主要是學生對整個結構力學的了解不夠全面、客觀。結構力學作為一門專業基礎課，理論嚴密、結構完整、邏輯性強，但又是土木工程相關課程的基礎，長期實踐證明，掌握扎實的結構力學知識有利于對后續課程的掌握和理解。它與鋼結構、鋼筋混凝土結構、多高層建筑結構抗震等密不可分，在進行結構位移計算時，可將抗震結構的部分前沿內容引入。最后綜合學過的各種類型結構的受力特點，讓學生自己發掘結構布置和選型與受力特點的關系，由此可提高學生學習的興趣和目的性，進而在結構力學的學習上更加積極主動，而不是被動地接受知識。

1.4 學生在結構力學的學習中存在脫節現象

就整個結構力學的教學實踐來看，結構力學的整體教學和工程實踐的匹配性較差。多數學生在掌握了理論計算的同時，不能將實際工程中遇到的問題與課程理論聯系在一起，理論和實踐出現“兩張皮”現象。尤其在對已畢業學生調研后發現，學生對結構力學理論知識的掌握僅限于會解題，而不會將工程實際還原到力學模型。因此，結構力學的教學必須重視理論聯系實踐，結構力學的教學也離不開工程實際[3]。

1.5 考試的形式太單一

大多數高校對結構力學的考核僅依靠一張試卷，而且以傳統題目為主。學生為了考試合格，通常死記硬背解題步驟，這在很大程度上限制了學生的發散思維和創新能力。

2 改進結構力學課堂教學的措施

2.1 優化教學內容

結合培養方案修訂的現狀，在理論課時壓縮的大背景下，教師需要提煉教學重點，精簡教學內容，刪除與其他理論課程重復的內容，課堂講授的內容應該有所側重[4]。尤其在材料力學中已經詳細講述過的靜定梁的內力分析，此部分內容是整個力學理論的基礎，因此，要在教學大綱的制定上和材料力學教學大綱相貫通，讓學生了解此部分的重要性，這樣在結構力學中只需簡單帶過。有些結構力學部分的選學內容對后續課程影響很大[5]，比如影響線的意義和工程中的應用是道路與橋梁工程的重要內容，因此，要結合道路與橋梁工程教學大綱的要求來調整影響線部分的教學深度。

2.2 注重結合工程實際，適當增加工程案例及最新

的科技成果，提升學生的實踐應用能力

為了培養能夠適應企業或者行業需要的人才，就應該結合社會實踐或者工程大背景培養人才，體現其在實踐中的應用能力[6]。而力學理論來源于工程實踐，最終也將服務于工程，因此，結合工程案例的教學可以收到很好的效果。如緒論部分對幾種支座形式以及簡化圖形作了介紹，如圖4所示。針對每一種支座形式，可以讓學生去具體結構（橋梁、廠房等）中實地觀察，增設案例部分的講述，讓學生了解其具體的構造和受力特點以及簡化圖的由來，在理解掌握基本概念和基本理論的前提下，培養學生工程實踐能力，會使學生更容易理解和接受抽象概念。

2.3 充分發揮現代教學手段的優勢

結構力學教學內容所包括的各種結構形式，如靜定梁、靜定多跨梁、剛架、桁架等都可以在實際工程中找到原型，這時可以利用多媒體教學生動、直觀的優勢向學生展示各種結構形式，使學生能對各種結構形式及其特點有更直觀感性的認識，激發學習興趣。另外，網絡教學平臺是現代教學手段中比較常用的，可以將相關的材料上傳，供學生業余時間學習；還可學習其他院校本門課程的教學視

頻，豐富他們的學習途徑。

2.4 改變原有教學思路，提高學生課堂參與度

結構力學是一門理論性很強的課程，解題方法不唯一，教師應改變傳統的填鴨式教學，以學生“學”為中心進行改革，以學生為中心的教學即教會學生如何學、學什么、怎么學；提高學生在課堂的參與度，用啟發式教學、課堂互動教學、討論類教學來引導學生學習，使學生參與接受知識和創造新知識的過程，能夠讓學生掌握一種思維方式，變原有的被動學習為主動自主學習，真正體現教育最本質的內涵[7]。

2.5 將力學課程與專業課程相結合教學

建立以專業認證為導向的教學大綱、教學思路、教學方法及教學設計等，討論力學課程與其他后續專業課程的融合點，提出新的力學教學模式，開展基于專業課的力學課程教學，在教學中完善相關的工程案例，在教學過程中有針對性地根據力學章節分析典型案例以及工程背景，更多地結合后續專業課程中的工程案例[8]。

2.6 優化考核方式

將工程實例引入試卷中，讓學生將所學知識連貫起來，引導學生對工程問題進行思考；增設開放式等非標準答案試題，讓學生自己查閱資料、翻閱文獻，提出自己的見解；還可增加試卷形式以外的考核，如開設簡單的結構設計競賽等。

3 結論

課程教學改革是使教學適應時代的必要途徑，隨著時代的迅速發展，改革是大勢所趨。教師要與時俱進，肩負起培養適應時代需要的高水平學生的責任。結構力學是土木工程專業的專業基礎課，為后續的專業課提供基本的力學原理，為日后的工程建設和結構設計提供內力分析方法與理論依據，是力學基本理論過渡到工程實際的重要橋梁。結構力學理論知識不難做題難，上課易懂下課不會，再加上題目靈活多變，因此，要熟練掌握結構力學知識并不容易。在結構力學教學改革中要注重講授知識的系統性，使學生掌握正確的學習方法，將理論知識與實際問題結合，通過采用多種手段教學結合專業課程案例講授，既使學生充分認識到力學課程的重要性，又調動學生的積極性，將枯燥的理論知識變成有趣的實際問題，提高學生的工程創新意識，為其后續相關課程的學習以及成長為一個優秀的土木工程師打下堅實的基礎。

參考文獻

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[8] 魏永鍵.以專業課為導向的力學課程教學模式改革

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*項目來源：2020—2021年度河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下智能建造實驗班/專業課程體系建設研究”（2020GJJG565）；2020—2021年度河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“以成效為本的地方高校教學運行模式的創新研究和實踐”（2020GJJG153）；河北科技大學理工學院2019年度教育教學研究項目“新工科背景下基于專業認證標準的《結構力學》教學改革研究”（2019Y06）；2019年河北省省級研究生示范課程“高等混凝土結構理論”（KCJSX2019076）。

作者：康麗華，河北科技大學，講師，研究方向為結構工程；劉衛然，河北科技大學，副教授，研究方向為結構工程；秦樂樂，河北科技大學，副教授，碩士生導師，研究方向為人工智能及人才培養戰略（050000）。