基于實驗的建筑力學(xué)教學(xué)改革

+鐘愛軍+張聞

摘要：隨著建筑工程技術(shù)的發(fā)展，對一線工程技術(shù)人才也要求具備一定的理論基礎(chǔ)。建筑力學(xué)是建筑工程技術(shù)專業(yè)的一門重要理論基礎(chǔ)課，擔(dān)負著傳授學(xué)生力學(xué)基本理論知識的任務(wù)。但當(dāng)前的建筑力學(xué)的教學(xué)效果并不盡如人意，經(jīng)過分析，我們提出基于實驗的建筑力學(xué)教學(xué)方法，變抽象為可視，以提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：建筑力學(xué)；實驗教學(xué)方法；可視

隨著建筑工程技術(shù)的發(fā)展，對一線工程技術(shù)人才的要求越來越高，不僅要掌握實際操作，還需具備扎實的理論基礎(chǔ)。建筑力學(xué)是建筑工程技術(shù)專業(yè)的一門重要理論基礎(chǔ)課，擔(dān)負著培養(yǎng)學(xué)生分析力學(xué)問題的基本技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)課程奠定基礎(chǔ)的作用?？梢哉f建筑力學(xué)的學(xué)習(xí)效果決定了專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果，同時對學(xué)生以后的學(xué)習(xí)進修也會產(chǎn)生很大的影響。

1《建筑力學(xué)》課程現(xiàn)狀

《建筑力學(xué)》包括三個部分：理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)，材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)部分與理論力學(xué)部分在知識體系和研究方法上既有聯(lián)系又有所不同：理論力學(xué)研究剛體，理論基礎(chǔ)是牛頓三定律，主要研究對象的平衡和運動問題；材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)研究變形體，理論基礎(chǔ)是本構(gòu)關(guān)系、強度理論和虛功原理等，主要分析研究對象的內(nèi)力、變形、強度、剛度和穩(wěn)定性等，其中材料力學(xué)側(cè)重構(gòu)件的分析，結(jié)構(gòu)力學(xué)側(cè)重桿系結(jié)構(gòu)的分析。

1.1教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)行建筑力學(xué)教學(xué)內(nèi)容存在下列缺陷：

（1）課程基本概念多、內(nèi)容抽象、理論性、系統(tǒng)性、邏輯性、實踐性強，而且要求學(xué)生有較好的高等數(shù)學(xué)和物理的基礎(chǔ)，再加上教師在教學(xué)過程中對這門課程的教學(xué)工作沒有良好的教學(xué)方法，導(dǎo)致學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥。（2）教材片面強調(diào)知識體系的完整和嚴謹，公式和計算原理從基本假定出發(fā)嚴密的推導(dǎo)得出全部結(jié)論，邏輯上無可厚非，但給初學(xué)者理解和掌握基本概念和計算原理都帶來了很大的困難；另外教材很少聯(lián)系實際結(jié)構(gòu)，從抽象中來到抽象中去，致使學(xué)生無法聯(lián)系實踐。

1.2教學(xué)方法

現(xiàn)行建筑力學(xué)教學(xué)方法多按部就班，缺乏靈活、通俗的闡述，偏重于公式的推導(dǎo)，忽略基本概念和實際應(yīng)用，長期以來，教師滿足于單純的傳授知識，對力學(xué)規(guī)律的感性認識總結(jié)較少，重視定量分析，忽視定性分析；過分強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的計算能力，忽視聯(lián)系實際，挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。長期的教學(xué)實踐證明現(xiàn)行的建筑力學(xué)教學(xué)方法存在缺陷，急需加以改進。

2基于實驗的《建筑力學(xué)》教學(xué)改革

《建筑力學(xué)》課程內(nèi)容比較抽象，教師難教學(xué)生難學(xué)，解決問題的關(guān)鍵是如何把抽象的知識模型化與可視化。為此，我們嘗試改變教學(xué)方法，將教學(xué)內(nèi)容建立在實驗基礎(chǔ)之上，通過力學(xué)模型制作和實驗演示，使學(xué)生能抓住力學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)，對基本概念和計算原理能有感性的認識，不必拘泥于熟悉計算過程，從而擺脫數(shù)學(xué)計算的困難，將繁瑣的計算留給計算機。建筑力學(xué)實驗不僅是對力學(xué)原理的驗證，同時還是理論聯(lián)系實踐的橋梁。做到力學(xué)知識從實踐中來到實踐中去，還力學(xué)一個親切的真實面目，最終的目標(biāo)是學(xué)生要掌握清晰的概念和計算原理。

我們將建筑力學(xué)實驗分為演示實驗和探究實驗兩大類：演示實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生透徹理解基本概念和研究方法，對課程中的各種力學(xué)規(guī)律和計算方法有感性而本質(zhì)的認識。探究實驗以教師引導(dǎo)為輔，學(xué)生設(shè)計實驗為主，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，激發(fā)他們在實踐中提出力學(xué)問題，創(chuàng)造性的模型化力學(xué)問題，以培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。

2.1演示性實驗

2.1.1基本概念實驗。建筑力學(xué)的各個部分均有大量的基本概念，有些比較難以理解，現(xiàn)舉例說明概念實驗：（1）理論力學(xué)部分的力偶概念。建立一個如汽車方向盤懸掛實驗裝置，在水平面內(nèi)施加力偶，讓學(xué)生感受力偶的效應(yīng)，再讓學(xué)生感受任意力與力偶是無法平衡的，建立力與力偶是兩個不同物理量的概念。在平面內(nèi)的不同位置加平衡力偶，從而認識力偶在平面里可以任意移動的特性。（2）材料力學(xué)部分的應(yīng)力和應(yīng)變概念。制作橡膠材料梁，在梁表面打上方格，施加拉力，讓學(xué)生觀察方格變形，引出拉應(yīng)變概念；施加剪力，讓學(xué)生觀察方格變形，引出剪應(yīng)變概念；制作一個橡膠單元體，施加拉力、壓力、剪力，讓橡膠單元體產(chǎn)生拉、壓應(yīng)變與剪應(yīng)變，由果索因，引導(dǎo)學(xué)生認識拉、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力。（3）結(jié)構(gòu)力學(xué)部分的力臂的概念。制作了一個能測量轉(zhuǎn)動角度和施加彎矩的實驗裝置，讓學(xué)生親身感受梁端轉(zhuǎn)動時所需要施加的作用以及它們之間的關(guān)系。

2.1.2計算方法實驗。建筑力學(xué)中材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)部分的計算方法有些計算假定難以理解，有些計算過程比較復(fù)雜，現(xiàn)舉例說明。

（1）構(gòu)件實驗。該類實驗主要解決材料力學(xué)部分的教學(xué)，選用橡膠材料制作實驗對象，包括：拉壓構(gòu)件，受純彎構(gòu)件，彎剪構(gòu)件，受扭構(gòu)件等。如受彎構(gòu)件，在構(gòu)件表面打上方格，在實驗過程中讓學(xué)生去體驗平截面假定，中和軸的意義，應(yīng)變和應(yīng)力的線性性。

（2）結(jié)構(gòu)實驗。該類實驗主要解決結(jié)構(gòu)力學(xué)部分的教學(xué)，讓計算方法和計算過程在實驗過程中表現(xiàn)出來，具體包括：力法，位移法，彎矩分配法等。如彎矩分配法，節(jié)點彎矩的每一次釋放和分配可以通過模型節(jié)點的放松來模擬，這樣可以讓學(xué)生對彎矩分配法的本質(zhì)和計算過程有清晰的認識。

2.2 探究性實驗

探究實驗要求學(xué)生緊密聯(lián)系實踐進行探究性學(xué)習(xí)，在生活中多注意身邊的力學(xué)現(xiàn)象，積極思考如何把實際問題轉(zhuǎn)化成分析模型；在計算復(fù)雜問題上鼓勵學(xué)生制作實驗?zāi)Ｐ腿シ治鰡栴}，然后用計算軟件去檢驗；探究實驗將有利于學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如用橡膠材料制作屋架，并在屋架上打滿方格，施加荷載，通過觀察方格的變形情況來了解屋架在該荷載作用下的力學(xué)規(guī)律。

3結(jié)語

建筑力學(xué)課程教學(xué)改革要著眼于教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變，本文提出基于實驗的教學(xué)方法，有效的回避了現(xiàn)行教學(xué)方法中存在的困難，將抽象的內(nèi)容具體化，有利于學(xué)生掌握基本概念與基本方法的本質(zhì)，而且將實驗引入課程有利于增加課程的趣味性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，其本身也是一種教學(xué)手段的革新。但這種新的教學(xué)模式要產(chǎn)生最佳的教學(xué)效果，還需要教師們不斷地探索和實踐最恰當(dāng)反映力學(xué)本質(zhì)的一系列實驗。

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