基于地方本科院校應(yīng)用型“卓越計(jì)劃”的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教改研究

孫 明，周 磊

（湖南科技學(xué)院 土木工程與建設(shè)管理系，湖南 永州 425199）

結(jié)構(gòu)力學(xué)是高等院校土木工程專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，它以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震方面的專業(yè)課程之前必須掌握的基礎(chǔ)課，在教學(xué)中起著溝通理論知識(shí)和工程實(shí)踐的橋梁作用，其教學(xué)質(zhì)量決定了后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)效果，并直接影響學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在各高校紛紛制定“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）的背景下，對(duì)以培養(yǎng)應(yīng)用型卓越土木工程師為主要任務(wù)的地方本科院校土木專業(yè)而言，如何使《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與當(dāng)前“卓越計(jì)劃”的需求，成為土木工程專業(yè)教學(xué)改革的重要研究?jī)?nèi)容。

一、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)中存在的問(wèn)題

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的內(nèi)容可分為兩個(gè)模塊：第一個(gè)模塊為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)部分，主要研究工程結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的變形和應(yīng)力狀態(tài)，以此引申出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原理，是結(jié)構(gòu)力學(xué)其他分支學(xué)科的基礎(chǔ)；第二個(gè)模塊為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)部分，主要研究工程結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力載荷的響應(yīng)和性能[1]。通過(guò)近年來(lái)對(duì)多所地方本科院校教學(xué)反饋意見的總結(jié)和對(duì)學(xué)生考試情況的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前地方院校土木工程結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中普遍存在下列問(wèn)題：

1.理論化教學(xué)與應(yīng)用能力培養(yǎng)割裂。結(jié)構(gòu)力學(xué)作為一門理論性非常強(qiáng)的力學(xué)課程，通常都是將其直接作為一門純理論課程開展教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)過(guò)程以理論講解為重點(diǎn)，實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失。學(xué)生在完成結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)后，縱使掌握了對(duì)靜定結(jié)構(gòu)、超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法，卻不知如何在工程實(shí)踐中應(yīng)用，無(wú)法將理論分析時(shí)簡(jiǎn)化的剛架、桁架等典型結(jié)構(gòu)和實(shí)際建筑聯(lián)系到一起。而且隨著計(jì)算機(jī)性能日益提高，工程結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，電算取代手算成為結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與優(yōu)化的首選。走向工作崗位的土木畢業(yè)生是否已經(jīng)掌握或已經(jīng)具備了迅速掌握結(jié)構(gòu)分析程序的基礎(chǔ)已成為就業(yè)的重要砝碼。但目前在地方本科高校大多將結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)的教學(xué)局限于傳統(tǒng)課堂，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件單獨(dú)開課，兩門課程開課時(shí)間往往相隔一個(gè)學(xué)年，學(xué)生在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)軟件時(shí)往往只著眼于如何使用軟件，而不是為什么要這樣使用軟件，理論與實(shí)踐難以融合到一起。這樣的教學(xué)方式培養(yǎng)的學(xué)生難以畢業(yè)后快速成長(zhǎng)為能夠勝任工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工等多種崗位技術(shù)工作的應(yīng)用型卓越工程師。

2.固定教學(xué)模式與創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的矛盾。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)以板書、教科書為載體，并采取口授方式進(jìn)行教學(xué)，在承載信息的種類和能力上存在著較大的局限性，難以適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的要求。教學(xué)模式枯燥單調(diào)，理論表達(dá)形式抽象，推導(dǎo)公式過(guò)程繁瑣，重復(fù)性、機(jī)械性工作較多，效率低下。盡管隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)方法得到了廣泛的應(yīng)用，可以使抽象枯燥的教學(xué)內(nèi)容可以生動(dòng)形象地表現(xiàn)出來(lái)。但是如果舍棄板書教學(xué)，只采用多媒體，授課時(shí)間教學(xué)信息量大，學(xué)生沒有充分時(shí)間理解授課內(nèi)容，重點(diǎn)難以把握，學(xué)生難以積極參與到教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，這與卓越計(jì)劃重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的要求相矛盾。

3.師資力量與卓越計(jì)劃執(zhí)行的矛盾。除少數(shù)開辦土木工程專業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)的老牌地方高校外，多數(shù)地方高校的土木專業(yè)都只有數(shù)年歷史，都相對(duì)比較薄弱，尤其結(jié)構(gòu)力學(xué)的師資往往都是力學(xué)專業(yè)出身或者從高校土木工程專業(yè)直接研究生畢業(yè)的年輕教師，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。而在教育部構(gòu)建大土木專業(yè)的要求下，結(jié)構(gòu)力學(xué)在土木專業(yè)的授課對(duì)象往往要涵蓋房建、道橋、巖土等多個(gè)方向的學(xué)生，青年教師將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題與“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)在工程現(xiàn)場(chǎng)從事相關(guān)工程技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工作的人才這個(gè)任務(wù)相矛盾。

二、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)改革的思考

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程教學(xué)的目的是培養(yǎng)具備一定結(jié)構(gòu)分析能力、計(jì)算能力、自學(xué)能力和表達(dá)能力，基礎(chǔ)扎實(shí)的工程應(yīng)用人才[2]。因此針對(duì)課程教學(xué)中存在不足進(jìn)行的改革也應(yīng)該圍繞為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)后走向社會(huì)從事專業(yè)技術(shù)工作打下牢固基礎(chǔ)這個(gè)核心任務(wù)，進(jìn)行思考和探索。

1.與“卓越計(jì)劃”匹配的教學(xué)內(nèi)容研究。土木專業(yè)應(yīng)用型“卓越計(jì)劃”的主要培養(yǎng)目標(biāo)是為社會(huì)培養(yǎng)掌握土木工程專業(yè)的基本知識(shí)和基本理論、獲得土木工程師的基本訓(xùn)練并具有創(chuàng)新能力、適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的實(shí)用型工程技術(shù)人才[3]。結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)首先要保證能夠有效地傳授學(xué)生基本知識(shí)、基本理論，并讓學(xué)生得到足夠的基本訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的核心是理論分析背景下的數(shù)值計(jì)算，盡管教材中涉及的計(jì)算方法多樣，但歸根結(jié)底都是圍繞著力的平衡方程、變形的幾何連續(xù)方程、應(yīng)力與變形的物理方程這三類基本方程進(jìn)行分析計(jì)算。所以在教學(xué)中首先要將對(duì)三類基本方程的知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解，確保學(xué)生掌握問(wèn)題的核心。而且由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際工程中已經(jīng)用電算代替了手算，所以作為電算理論基礎(chǔ)的能量原理、結(jié)構(gòu)矩陣分析也是需要加強(qiáng)講授的內(nèi)容。并且必須要考慮到地方院校生源質(zhì)量，和學(xué)生在之前大學(xué)課程中對(duì)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)的掌握程度，對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行深入淺出地解析，讓學(xué)生能夠理解這些知識(shí)點(diǎn)的作用。

2.結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式創(chuàng)新研究。在教育部大土木規(guī)劃和應(yīng)用型“卓越計(jì)劃”背景下，實(shí)踐課程大為增加，而結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)時(shí)則一再壓縮。傳統(tǒng)的板書教學(xué)速度太慢，難以在有限的課題時(shí)間傳授清晰教學(xué)大綱要求的所有知識(shí)，而多媒體教學(xué)則講解速度太快，由于結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算都比較復(fù)雜，學(xué)生需要思考時(shí)間，很容易產(chǎn)生學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度與教學(xué)進(jìn)度脫節(jié)的情況。所以在進(jìn)行授課的時(shí)候，采用多媒體教學(xué)與板書結(jié)合的辦法，對(duì)理論講解使用多媒體，利用圖片，視頻讓學(xué)生對(duì)理論能有一個(gè)直接的認(rèn)識(shí)，在講解習(xí)題的時(shí)候使用板書教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生跟著老師的思維循序漸進(jìn)地分析題目。而且在課堂中還應(yīng)該增進(jìn)與學(xué)生的互動(dòng)，可以采用讓學(xué)生口頭回答問(wèn)題或者上黑板做題的方法，促使學(xué)生積極思考問(wèn)題。

3.結(jié)合實(shí)踐的應(yīng)用型“卓越工程師”結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)踐教學(xué)研究。根據(jù)“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，課程體系和教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該以土木工程行業(yè)對(duì)畢業(yè)生的要求為導(dǎo)向，以強(qiáng)化工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力為核心，將工程教育理念貫穿整個(gè)卓越工程師培養(yǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)，注重學(xué)生工程意識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)解決實(shí)際問(wèn)題和應(yīng)用設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，課程體系與能力訓(xùn)練建設(shè)為教學(xué)改革主線，使學(xué)生獲得較好的創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)和工程創(chuàng)新能力訓(xùn)練。結(jié)構(gòu)力學(xué)雖然是理論課程，卻依然可以加入實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，既提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也增強(qiáng)他們的實(shí)踐能力。計(jì)算是連接結(jié)構(gòu)力學(xué)與工程實(shí)踐的橋梁，計(jì)算也是學(xué)生最頭痛的問(wèn)題。所以可以在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中設(shè)置配套的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，每教授一章知識(shí)點(diǎn)，就安排學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，分析簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，并與手算內(nèi)容相對(duì)照。在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程后期還可以增加對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM中PK模塊的教學(xué)，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單排架結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)工程中實(shí)際使用軟件和教學(xué)軟件，以及手工計(jì)算的異同，啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論應(yīng)用的思考，激發(fā)他們的主觀能動(dòng)性。

三、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，通過(guò)于立足于應(yīng)用型卓越工程師培養(yǎng)，結(jié)合地方高校特色，將結(jié)構(gòu)力學(xué)理論與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系起來(lái)，增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生正確建立力學(xué)模型，選定合理計(jì)算方法，掌握先進(jìn)計(jì)算工具的能力。同時(shí)提高學(xué)生獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，活躍學(xué)生的工程思維，增強(qiáng)工程創(chuàng)新意識(shí)，為學(xué)生后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及未來(lái)成長(zhǎng)為卓越土木工程師打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]龍馭球，包世華，袁駟.結(jié)構(gòu)力學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]周臻，陸金鈺，尹凌峰，繆志偉.面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等建筑教育，2012，21（4）：74-77.