結構力學課程創新教學模式探索

張 波

（陜西理工學院 土木工程與建筑系，陜西 漢中 723001）

結構力學課程創新教學模式探索

張 波

（陜西理工學院 土木工程與建筑系，陜西 漢中 723001）

本文在傳統教學模式的基礎上從教學內容、教學方法、教學手段三方面進行創新教學模式探索，培養學生的學習興趣和學習能力，加強學生創新能力的培養，達到改善教學效果的目的。

結構力學；創新能力；教學模式

結構力學是土木工程及相關專業的一門重要專業基礎課，它既是前續材料力學課程的深化和延伸,又是后續專業課程如混凝土、鋼結構和多高層結構設計等課程的基礎，它內容豐富，系統性強，在整個專業中占有重要地位。在以往教學中，學生普遍反映課程內容較多而且抽象，系統性不強，解題時方法靈活，不容易掌握，理解困難。這些問題致使在傳統教學中出現“教與學”的分離，對提高學生的能力有一定的困難，對學生的培養目標也沒有得以具體的體現。因此，本文結合教材的編寫和教學經驗，對《結構力學》課程的創新教學進行了一些改革探索。

1 教學內容的創新教學探索

（1）傳統教學內容的整合

結構力學課程內容較多，主要分成基本和選學兩大部分。基礎部分稱傳統結構力學或經典結構力學，其主要內容有：結構體系的幾何構成分析；靜定結構(梁、桁架、剛架)的內力計算和位移計算；超靜定結構的力法、位移法、漸進法；結構動力計算(單自由度和多自由度體系的自由振動和受迫振動)[1-2]。基礎部分是結構力學課程新體系的基礎，著重培養學生運用力學概念去分析和計算桿系結構的能力。對這部分內容我們應當加強課堂教學，但我們也發現前后課程有重復的內容，這種情況我們可以簡單講述或略去不講，精簡結構力學的教學內容，這也和壓縮課時相適應。如：結構的彎矩圖的繪制在材料力學中講的內容不少，則在結構力學中只著重強調疊加法繪制彎矩圖時需要注意的一些問題，而對其基本繪制方法簡單闡述。

其次，我們應當根據不同的專業來進行選學內容的教學。選學部分也是對基礎部分的深化和具體應用，在某些情況下顯得更加重要，因為有很多內容是后續課程的重要基礎。只不過由于課時有限，不可能與基礎部分同等對待。例如，對于橋梁工程方向，無鉸拱的內力計算方法就是一個重要內容，因為在后面的橋梁工程課程中，拱橋的計算就很多的遇到這類問題，但是這部分內容對于建筑工程方向來說，其重要性就沒有那么重要。又如針對橋梁方向開設的結構力學，就必須突出影響線的意義及工程應用，而針對房屋建筑工程開設的，就必須突出多次超靜定框架體系的求解方法，可以有計劃的介紹無剪力分配法。再如結構的極限荷載，其塑性鉸的概念對于后續鋼筋混凝土課程中梁板結構的塑性極限設計理論有重要意義，因此對于建筑工程方向的學生來說，這也是一個重要內容。這樣，通過對教學內容的遴選和取舍，在有限的學時里，可以讓教師把課講完、講透徹，利于學生領會和掌握。

（2）加強實驗教學環節

實驗教學的目的除配合理論教學外主要是培養學生動手能力，又助于學生加深已建立理論的認識和概念的理解。但實驗主要安排在材料力學課程里面，而且內容不多，幾乎沒有學校開設《結構力學實驗》這門課程，忽視了這門實踐性很強的專業技術基礎課程。其實它與《結構力學》課程同樣重要，離開了它就不可能完全把《結構力學》這門學科學好，所以建議開設。如開設靜力學實驗：結構的幾何組成規律實驗、桁架零桿的檢測實驗、結構在靜力作用下的內力實驗，動力學實驗如：自由振動主要參數（自振頻率、振動過程各種幅值）、結構振動的響應實驗等。

（3）設置綜合性大作業

結構力學應注意和工程實際相結合, 設置綜合性大作業可以縮小與工程實際結構之間距離。如對建筑工程專業，應結合畢業設計布置一個《多層多跨剛架內力和位移的計算》的大作業, 讓學生從簡化計算簡圖、計算梁柱的線剛度、荷載值包括活載和恒載開始，計算出剛架的內力和位移, 最后對結果進行整理，并完成計算書的書寫, 這樣也是畢業設計前期工作的一部分內容。通過這個作業, 不僅能使學生對前面所學知識進行一次綜合性運用, 也使他們的計算能力、書寫表達能力、計算方法的選擇能力由原來的習題演算上升到實際工程的設計計算上，為學好后續專業課打好基礎。

2 教學方法的創新教學探索

(1) 培養學生學習興趣

興趣是最好的老師，是促進人們學習、掌握知識和技能、提高思維水平的動力之一，在課堂上，教師要把課程的趣味性有意識的闡述和利用，去激發、調動學生的學習興趣。當學生對學科有興趣時，總是不畏困難，百折不撓，主動學習，而且學有成效。

每門課程也都有自己的趣味性，《結構力學》的趣味性在于它研究對象的多樣性、研究內容的系統性、研究方法的邏輯性、解題思路的靈活性以及貼近工程的實踐性。例如在上第一節緒論課時教師要巧妙地設計教案，結合圖片讓學生明確結構力學在本專業中的位置和在工程結構計算中的作用，激勵學生的學習欲望， 即培養學生的學習動力。又例如在解題時，引導學生多種解題思路，開闊學生思路，培養學生興趣，這樣學生覺得有意思了，愿意主動去學，而不覺得《結構力學》枯燥無味。

(2) 改變傳統教學方法

采用師生互動的雙邊教學法，以學生為主體，教師啟發學生的發散思維，及時掌握學生的信息，充分調動學生的積極性和主觀能動性，從而活躍課堂氣氛，有利于改變學生被動聽講的消極性，發揮其學習的主觀能動性，使學生通過自己的積極思考領會所學知識, 在參與中完成學習任務。變“填鴨式”教學為“啟發式”、“討論式”、“滲透式”教學。另外,為了增強學生的興趣，教師結合教學內容及時將最新的科研成果、市場對人才知識結構的需求情況介紹給學生，讓學生認識到學習此課程的重要性。

在上習題課時，不能把習題課看做是老師單純的講解習題，或者是學生單純的在課堂上做題目，筆者認為習題課應該是以“討論”為中心來組織教學，我們注重討論解題思路、方法和原理，花費時間過多的具體解題過程可以留給學生，我們也可以稱之為“習題討論課”，使學生逐步掌握解題的基本方法，當然課后一定要留習題讓學生自己做題實踐，因為做題實踐是學習力學最好的有效方法。

3 教學手段的創新教學探索

（1）多媒體課件的有效利用

隨著計算機在教學中的普遍運用, 多媒體教學成為一種重要的教學手段[3]。這種高效的教學手段使教材有實踐性、趣味性，在有限的時間、有限的空間內容納大量信息，傳輸更多、更新的知識給學生，既能有效解決教學內容多、授課時數少的矛盾，又能提高教學效果、調動學生學習的積極性，使講課變得既輕松又賞心悅目，更能理解抽象的力學原理和概念。如我們可以利用多媒體課件把受力圖、內力圖、應力分布圖、變形圖、破壞規律圖，以有聲有色、清晰、生動、形象的方式來準確的表達。對于動力學部分的教學，難以將復雜的運動形態和抽象的原理用一種動態的、直觀的形式表現出來，造成學生在理解、接受方面的困難。我們可以通過Flash、Powerpoint等軟件中的動畫功能，結構的動力響應過程可以直觀、有序地呈現出來。又如我們在講授矩陣位移法時，考慮到以往黑板式教學的弊端和本章的特點, 采用多媒體教學，將復雜繁瑣的矩陣書寫換成屏幕上的動態顯示，既節省書寫時間，又能讓學生更好的掌握。

但多媒體教學不能完全取代教師的講解，對一些重點、難點的問題要注意采用多媒體教學與黑板板書為主的傳統教學手段相結合的方法, 使教師與多媒體的優勢同時充分發揮出來, 把多媒體輔助教學與傳統教學完美地結合在一起。

(2) 增加計算機輔助教學

功能強大的分析軟件（如Ansys、Matlab等）已是結構工程師解決問題的有力工具，學生可以根據自己的實際情況選擇部分分析軟件，通過軟件驗證自己完成習題的正確性；同時其計算結果可以通過圖形、動畫的形式表現出來，既可加深對知識的理解，又可以使學生間接地掌握這些專業軟件的功能。例如，在講到“結構動力計算”一章中，很多學生對“頻率”和“振型”的概念及其應用了解不夠。為此，我們制作了四層框架結構在不同頻率下的自由振動的動畫，演示了各種頻率及相應振型下的結構振動過程，使學生對結構的動力特性有了直觀的了解。

4 結束語

以上是筆者在結構力學課程教學中，從教學內容、教學方法、教學手段三方面進行創新教學探索的一些體會。總的來說，改革要從轉變教學觀念、改進教學方法人手,在傳統教學模式的基礎上融入新的思想和方法。結構力學的教學改革是一個不斷實踐探索的過程，既要有教師的主導作用，更要體現學生的主體作用。只有教師和學生雙方都積極行動起來，才能創造一個活躍的課堂氣氛，才能收到好的教學效果。

[1]包世華主編.結構力學(第三版)[M].武漢:武漢理工大學出版社，2007.

[2]左曉寶. 結構力學課程教學方法與實踐[J].理工高教研究，2008 (5)：140～142 .

[3]樊友景，李會知.現代化教學方法在結構力學教學中的應用[J].力學與實踐，2002 (2)：65～66.

(責任編校：何俊華)

O369

A

1673-2219（2010）12-0104-02

2010－09－17

張波（1976－），男，陜西涇陽人，碩士研究生，講師，從事土木工程教學與科研工作。