土木工程專業結構力學教學改革的研究

摘要：結構力學是土木工程專業的重要專業基礎課，為后續課程提供必需的基礎知識和計算方法，在整個教學體系中處于承上啟下的核心地位，隨著高等教育改革的不斷深入，根據課程的特點和教學中存在的問題，對課程的教學內容、方式、手段都做了相應地改革，取得了明顯的效果。

關鍵詞：結構力學；土木工程專業；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）31-0053-02

結構力學與混凝土結構原理一起被譽為該專業的“基本功”、“看家本領”，所以，結構力學課程的教學質量對于培養基礎扎實、高素質、實踐能力強的土木工程師起著舉足輕重的作用。雖然在結構力學的課程建設和教學上投入了很多精力，但近年來教學效果一直不夠理想，學生考試不及格率居高不下，對后續課程及畢業設計等環節產生了嚴重影響。針對這樣的現狀，非常有必要進行該課程的改革和建設，使學生真正掌握結構力學的內容。

一、課程教學改革的方法

1.教學內容調整與更新。根據全國教學指導委員會對結構力學課程的教學內容設置，制定了適合我校的該課程教學大綱，從2009級本科生開始分成3個模塊教學，1、2模塊為專業必修模塊，第3模塊為專業選修模塊。（1）依據大綱教學，調整、挖掘教材內容，教學以工程實例為背景。如，緒論章節概括性強，涵蓋了幾乎所有建筑類型介紹，以及涉及到計算模型的選取，支座，結點，桿系的簡化，荷載分類等。我們在講解時，首先保證重點突出，增加本課程知識體系構成圖解，使學生全面了解本課程的內容及各個內容的銜接、層次關系，其次，對主要內容配備了大量的實際工程圖例，直接與各章節內容聯系起來，使學生全面了解整個課程體系，為學好本課程奠定基礎。（2）摒棄陳舊內容，以基本概念、基本理論、基本方法為主線，構建清晰的學習思路。例如，幾何構造分析章節中的“計算自由度”概念，它的作用只是給出了問題的必要條件，當它滿足時，仍然需要“法則”來進行幾何組成分析。我們舍棄了該概念的講解，直接引導學生運用法則進行基本的幾何構造分析，同時，對復雜結構的幾何構造分析指出了分析方法的理論依據與例題分析，學生可根據興趣自己研究，加深學習。（3）增加趣味性內容，提高學生學習興趣，變“枯燥”學習為“happy”學習。如，幾何構造分析章節中，“長、短、曲，變化無窮的鏈桿”、“地基也能當鏈桿”、“變形金剛”等趣味內容；位移計算章節中，“翹翹板”內容，極限荷載章節中，“忽隱忽現的塑性鉸”等內容，教材中沒有，緊密結合概念增添這些內容極大地提高了學生對概念、原理及方法的理解與掌握和學習情趣。（4）結合實際，灌輸“定性結構力學”思想，改變依據步驟的計算為結合概念的分析。多年的教學經驗告訴我們，學生按照計算步驟來解決問題，有的是機械式的，即使結果正確，但對結構整體受力特點不明確。例如，給定結構，明確的荷載，那么，結構中各構件的受力情況（拉、壓、彎、扭）應該有概念上的判斷。經常有學生的計算結果與概念上的判斷不符，但卻發現不了。出現了“我考得不錯，都做了”，學生發現不了自己的錯誤，結果是成績很差。再如，對施工現場出現的某些不合理結構構件時，能用結構力學的概念，定性分析，糾正錯誤。

2.教學方法的改革。探索先進有效的教學方法與教學手段，研究教與學的相互關系，貫徹“教學以教師為主導”、“學習以學生為中心”的主導思想對提高教學質量有至關重要的作用。在圍繞培養學生的分析能力、計算能力、判斷能力、繼續學習能力方面，我們有重點地在緒論章節中培養學生“分析能力”，如，如何選取計算模型；在力法、位移法、彎矩分配法等章節中培養學生的基本計算能力，掌握結構力學的經典內容，也是核心、基本功內容；在矩陣位移法章節中培養學生的基本電算能力，給學生計算軟件，學生自己選題，計算多跨多層框架結構，并要求分析計算結果以驗證基本概念；通過趣味題目、典型問題提高學生的判斷能力、定性分析能力。例如，判斷計算結果的正確性，結果與概念是否吻合等，使學生在概念、理論與計算三者關系上有升華。課堂教學上做到精講多練，啟發式、討論式教學，注重概念、理論、能力的協調講授。（1）以基本概念、基本理論、基本方法為主線，結合工程實際，增強概念性，增加趣味性。（2）課堂教師精講，學生多練習，配合答疑、質疑、作業講評。（3）以課堂互動為主要的與學生溝通的途徑，以工程實例引導、啟發學生自主思考，構建力學模型，并選擇恰當方法進行計算。（4）在課堂嘗試“學生授課”方式，督促、引導學生的學習積極性。部分章節、習題課等內容讓學生講課。（5）“課堂討論”方式教學。結合工程實際，學生分組討論，出小組成果，然后教師講評。（6）課程組內教師定期“說課”，不斷改進教學。（7）總結工程實例，提煉力學結論，促進理論學習。超靜定部分的內容與實際工程聯系密切。上課時，先發動學生收集和思考超靜定結構在荷載、地基沉陷和溫度變化等因素作用時的特征。然后，回到超靜定結構的力學講解上，這樣，可以引發學生的好奇心。動力學這一章內容比較抽象。上課時，先發動學生收集實際中有關動力學的例子，根據事實和經驗初步總結出一些定性的東西。然后再講解嚴密的推導過程，得到準確的結論。學生帶著對這些結論的期望聽課，效果比較好。（8）將課程內容向專業課程適當引申，體現知識的系統性和落腳點。將超靜定結構的位移計算向結構設計中剛度驗算方面引申；將動力學的一些結論向地震作用簡化計算方法和混凝土結構抗震縫的設置方面引申；將溫度變化的計算向結構設計中的溫度縫設置方面引申等。這有利于培養學生知識的連貫性和系統性。（9）采取多種方法密切課程理論知識與實際工程等的關系。組織并指導學生的課程興趣小組，充分調動學生積極性，參與科研和創新活動。積極組織并開展校結構設計競賽，積極組織參加省結構設計競賽，增加了學生對結構力學課程作用的認識，提高了學生的學習積極性，取得了良好效果，學生參與人數逐年上升，作品質量越來越高，在省結構設計競賽中的成績也越來越好。

3.豐富多媒體教學資源，重視課件建設。開展多媒體教學以來，課程組潛心多媒體課件，完成課程全部的PowerPoint。在教學過程中，將PowerPoint和板書有機結合，提高了學生的感性認識，極大地加強了學生的學習興趣和主動性，獲得了很好的教學效果。為適應目前高校向大眾化、素質化教育方向發展，教學課件須進一步充實改進，課件內容要進一步更新，及時進行補充和裁減，不斷提高教學課件的質量。在課程組的教研活動中，加強課程組教師間教學課件的交流活動，使課程組教師人人掌握多媒體的使用和編輯方法，多媒體講課率達到100%。

4.課堂教學和課外研學有機結合，提高學生的知識應用能力和創新能力。廣泛開展第二課堂活動，學院近幾年舉辦了5屆結構設計競賽以及參加全省結構設計競賽等，結構設計大賽極大提高了學生對受力概念上的理解。課堂中，我們以學生的參賽作品為例題，先從概念上判斷其作品的結構合理性，分析結構中哪些部位容易出現問題，再配合比賽錄像驗證判斷的結果。這種方法非常有效，學生的興趣高漲，為今后出色地工作奠定了堅實的基礎。這些活動不僅可以增強學生的理論知識應用能力，而且可以激發學生的學習興趣。課程組十分注重指導學生將結構力學知識應用于結構設計大賽，提高他們的工程素質和實踐能力，加強結構力學課程的教學效果。

本課程的教學改革效果非常明顯，提高了學生的積極性。學生結構力學的整體水平得到了很大提高，主要表現在平均成績，及格率上，前幾年不及格率普遍較高，有些甚至達到40%，2012年的考試中，不及格率都在15%左右。當然課程改革是一項長期工作，必須長期不懈，持之以恒，同時課程改革是一項系統工程，需適時調整，在教學改革上繼續努力，確保改革的科學性和實用性，為培養面向新世紀科學技術發展和技術人才做出貢獻。

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基金項目：2011年濟南大學百門課程改革項目

作者簡介：李永莉（1975-），女，講師，從事結構力學等課程教學與研究。