關于《結構力學》實驗課程建設的探討

朱亞林++李端洲

摘 要：《結構力學》課程是土木工程專業的一門重要的專業基礎課，在整個土木工程課程體系中處于承上啟下的核心地位，擔負著傳授學生結構概念、培養學生專業分析計算能力和創新意識的責任。但是，傳統《結構力學》課程是沒有實驗內容的，這嚴重影響了學生對理論內容的理解和掌握。目前關于結構力學的實驗課程建設的研究較少，只有少數高校在嘗試結構力學實驗課程的開設，應相應開展實驗課程教學，加強學生對理論內容的理解和掌握。該文就《結構力學》實驗課程建設的問題進行了初步探討，為相關實驗課程研究提供參考。

關鍵詞：結構力學 實驗 建設

中圖分類號：C642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0147-02

結構力學課程是土木工程專業的一門重要的專業基礎課。按照卓越工程師人才的培養目標定位和結構力學本身的特點，我們將結構力學內容分為基本部分和專題部分。基本部分在先修的理論力學和材料力學等課程基礎上進一步研究桿件結構的組成規律、計算原理和計算方法，了解各類桿件結構的受力性能，為學習結構力學的專題部分和有關專業課程以及進行結構設計和科學研究打好力學基礎，進而培養學生結構受力分析與計算的能力。結構力學的專題部分是結構力學知識的加深和拓寬，視專業方向和學時的多少，內容的選擇也有不同。如道橋方向專業，加強“影響線及其應用”基本內容的教學；建筑工程方向專業，增加了“分層法”和“剪力分配法”等教學內容[1-3]。

《結構力學》在整個土木工程課程體系中處于承上啟下的核心地位，擔負著傳授學生結構概念、培養學生專業分析計算能力和創新意識的責任。但是，傳統《結構力學》課程是沒有實驗內容的，這嚴重影響了學生對理論內容的理解和掌握。在2010年，國家級教學名師獎獲得者王煥定教授提出了“實驗結構力學”思想，并將這一教學思想在教育部結構力學及彈性力學課程指導小組會議上以主題報告的形式向國內同行做了介紹，獲得了國內同行的一致好評并已引起指導小組的重視。

目前關于結構力學的實驗課程建設的研究較少，只有少數高校在嘗試結構力學實驗課程的開設，如哈爾濱工業大學，他們成立了實驗結構力學教學研究團隊，開展實驗結構力學課程平臺建設，主要開展的實驗內容有：靜定結構內力、位移測量；超靜定結構內力、位移測量；互等定理的驗證；力法、位移法解超靜定結構方法原理的驗證；機動法畫影響線的驗證；結構的自振特性測定等。具體在實現過程采取的方式如下：不限學時，在一個學期內學生自行安排時間完成指定內容的實驗；不限模型，學生自行設計實驗模型和實驗流程，但需完成指定的實驗內容；教師只做必要的指導，從頭到尾都由學生自己操作；帶有研究性質，學生自行分析實驗失敗或誤差原因，自行提出改進方案措施，直到實驗結果滿足教師的要求；鼓勵創新實驗，鼓勵學生在完成指定實驗內容的基礎上，提出完成自行設計的實驗內容；實驗成績計入課程成績，創新實驗內容予以加分鼓勵[4-6]。

針對我校土木工程卓越工程師計劃的實施，目標是培養素質高、能力強的工程技術人才，不僅具有堅實的理論基礎知識，而且要求進行嚴格的、系統的專業技能訓練，具有創新能力。因此針對現有結構力學課程教學內容，應相應開展實驗課程教學，加強學生對理論內容的理解和掌握，更有助于培養學生專業分析計算能力和創新意識。為適應社會需要，不斷改革創新，是結構力學課程建設遵循的原則，加強素質教育、努力培養學生創新能力是結構力學課程建設追求的目標。

在汲取其他高等院校在結構力學實驗課程教學方面的優秀經驗，結合自身現有的研究基礎，制定結構力學實驗課程教學內容，自主研發結構力學實驗教學平臺，著手增加實驗內容教學，尤其是增加創新能力實驗環節教學，提高實驗教學質量，培養優秀的創新人才。現要解決的問題主要有以下幾個方面。

1 自主研發結構力學實驗教學平臺

在《結構力學》課程理論教學內容的基礎上，需自主研發結構力學實驗教學平臺，該實驗平臺能方便地安裝各種測試儀器儀表、加載裝置；能實現結構常用各種支承的約束裝置；能實現學生自主設計實驗模型和實驗方案的要求。學生可以在實驗平臺上操作實驗設備，從而增強學生的動手能力，同時能提高學生的創新意識。

2 編制相應的結構力學課程實驗教學指導書

有了實驗教學平臺，還不能讓學生全部真正理解實驗設置的目的，必須要做進一步的解釋和理論指導，增強學習效果。參考以往材料力學和理論力學的實驗教學過程，還應編制相應的實驗教學指導書，它是一個非常有效的方法，讓實驗效果更加明顯地展示在學生面前。

3 培養團隊人才梯隊建設

在現有教師隊伍中，加強人才梯隊建設，適應形勢發展，及時捕捉科技前沿信息，跟上節奏。同時需要不定期派遣結構力學教師參加相關項目調研，參加大型國內外會議學習，努力提高自身教學科研素質，增強創新實踐能力。

總之，以《結構力學》的理論課程為依托，著力開展結構力學實驗課程建設，既可提高結構力學的教學質量，還可使學生深刻理解力學建模只是在一定計算（工具）環境下的一種近似簡化，使學生更精確地掌握結構在荷載等作用下的真實性態，促進和完善《結構力學》的課程建設。一方面，以社會實際需要為載體的卓越工程師人才培養模式研究，通過構建以提高學生動手和創新能力培養為中心的教學體系，建設結構力學實驗教學平臺，提高了結構力學實驗教學質量；另一方面，改革現有的傳統教學方法，形成理論教學與實驗相結合的教學模式，同時更新課程實踐內容，激發學生的學習興趣，進而提高課程的教學效果和教學質量。

參考文獻

[1] 龍馭球，包世華.結構力學教程（I）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2] 龍馭球，包世華.結構力學教程（II）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3] 李廉錕.《結構力學》（上、下冊）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4] 姬慧.《結構力學》課程教學改革的實踐與思考[J].太原大學學報，2001（2）：4-7.

[5] 楊曉丹.《結構力學》實驗新模式的構建[J].華東船舶工業學院學報，2001，1（4）： 89-91.

[6] 廖瑛.工科結構力學學習方法探討[J].高等建筑教育，2002（4）：29-30.endprint