提高結構力學教學效果的方法研究

史姣 蔡坤 余衛華

【摘要】結構力學是力學、土木、水工等專業一門重要的的專業基礎課，它具有邏輯性強、方法技巧性要求高，課程前后內容聯系緊密，各章內容針對性強等特點。在教學中，如何利用各種教學手段提高教學效果，是目前我們在結構力學教學中亟待解決的問題。本文從結構力學教學中整體框架的把握和多媒體教學與傳統教學的有機結合兩個方面闡述了提高教學效果的方法和手段。

【關鍵詞】結構力學；多媒體；整體框架；教學效果

結構力學課程[1][2]是高等院校力學、水利水電工程專業、土木工程專業必修的專業基礎課，用于研究結構的組成規律及其在荷載、溫度變化、支座移動作用下的內力和變形，結構的強度、剛度、穩定性和動力荷載作用下的結構反應等問題。在學習結構力學之前，學生要先修高等數學、線性代數、理論力學、材料力學等課程，后續課程還有鋼結構、鋼筋混凝土結構、地基基礎、結構抗震等，所以結構力學起到承上啟下的作用，為后續課程的學習奠定力學基礎，它的教學效果的優劣直接影響學生對后續課程的掌握。同時隨著高校的教學改革，縮減了理論教學的課時。課時的消減使結構力學的學習對學生而言感到更困難。在這種狀況下，如何提高教學效果就顯得尤為重要。教學相長，通過多年來的教學經歷，筆者談談自己的體會，希望能夠為提高結構力學教學效果添磚加瓦。

一、結構力學整體框架的把握

要想學好結構力學首先要對該門課程的框架有個整體的把握。只有站到一定高度看問題、才能一目了然，更好的分析和解決問題。教材目錄首先清晰地給出了有關這門課程的整體脈絡。而緒論部分作為課程的起始部分，在給出這門課程的研究對象與目的的同時又具體地給出了結構力學的整體框架。良好的開始是成功的一半，要想讓學生學好結構力學，首先要讓學生站在一定的高度了解這門課程，對課程各章各節的分類意圖有明確的把握，了解各章的研究對象和擬解決得問題，這樣才不會犯瞎子摸象的錯誤。在學習某種方法之前就對給方法的研究對象和針對的問題有明確地認識，這樣才能避免遇到具體問題不會選擇有效方法的尷尬。方法過程學得再熟練，不知道該方法用于解決什么樣的實際問題也是枉然。因此，對結構力學課程整體框架的把握就顯得尤為重要。所以在講解目錄和緒論時教師應首先交代清楚結構力學的研究對象以及它跟前面學習的理論力學和材料力學的關系，以及結構力學各個部分之間的關系。我們知道結構力學[1]是以桿系結構為研究對象，主要討論桿系結構的內力和變形的計算方法，最主要的是討論超靜定結構的內力和變形計算問題。整個基本教程都是圍繞“用什么樣的思路和方法”解決“超靜定問題”而展開。

為了使學生對結構力學有整體的認識和把握，筆者建議引入結構力學目錄層次圖（見圖1）幫助學生理解結構力學的整體框架。第一章介紹幾何構造分析的概念和基本理論，通過第一章的學習掌握如何對一個體系進行幾何構造分析，得出結論。通過本章學習學生可以把結構分成靜定結構和超靜定結構兩大類。對于靜定結構我們只要根據靜力學的平衡方程就可以進行內力計算。再依次解決靜定結構位移計算和影響線的問題。對于超靜定問題，由于多余約束的存在，與靜定問題的解決方法完全不同，根據解法的不同分成了力法、位移法、漸進法和矩陣位移法四章。在緒論中運用目錄層次圖使學生對結構力學內容有總體的把握，避免學生在后續學習中由于知識點過多，將所學內容混淆到一起，對所學公式的應用范圍沒有明確的認識。通過在開講初始引入結構力學目錄圖，加強學生對課程的整體把握從而提高教學效果。同時給學生引入整體觀的概念，對課程中的其它章節引導學生自己總結目錄圖。

圖1 結構力學目錄層次圖

二、多媒體教學與傳統教學的有機結合

多媒體教學能夠將視頻、動畫、聲音、圖片和文本多種形式組合在一起，產生傳統板書不具備的多向、立體的感官刺激，給學生留下生動、形象的印象，同時避免了教師每節課的重復勞動，其特色和優勢明顯可見，在當今的課堂教學中占有舉足輕重的地位。但是對于結構力學這門以公式和計算為主的課程，單一的多媒體教學并不適合。由于投影范圍的限制，復雜的公式推導不能同時顯示在大屏上，阻礙了學生前后思路的貫通。對于計算量較大的例題只用多媒體不能加深學生對計算過程的掌握。綜上所述，筆者認為對于結構力學這門課程應當實行多媒體教學方式與傳統教學方式的有機結合。對于不同的內容選擇不同的教學手段，將多媒體的形象性好、表現方式多樣等優勢與板書的同時呈現信息量大，步驟展現清晰的優勢和諧統一，為提高教學效率服務。

根據筆者的教學體會，提出多媒體與板書的大概分工思路——概念理論講解以多媒體為主，公式推導和計算例題的講解以板書為主。例如在緒論中我們要展現大量的工程結構，了解這些結構的受力和變形特點，并與結構力學的簡化結構相聯系，這就需要發揮多媒體圖、文、聲、像并茂的優勢，給學生留下該課程與實際工程聯系緊密的印象，從而提高學生的學習興趣。再例如在平面體系的幾何構造分析這一章中，可以通過動畫形象的演示自由度與約束、幾何可變體系與幾何不變體系、實鉸和瞬鉸等概念。對于具體的示例，可以通過flash動畫的形式生動的展現體系有沒有剛體位移以及會發生什么樣的剛體位移。而對于靜定和超靜梁和剛架的內力計算，由于設計的計算較多，需要注意的細節和學生容易出現計算錯誤的知識點也較多，建議選用板書進行講解，用盡量少的例題解決盡量多的計算問題，從解題的細節入手提高教學效率。

學生是學習的主體，教師除了注重改進教學方法和教學手段以外，還要注重對學生學習興趣的培養，教與學互相促進，相得益彰，從而內因外因共同作用有效提高結構力學教學效果。

參考文獻：

[1]龍馭球，包世華.結構力學教程I—基本教程（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李家寶.結構力學（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1999.

基金項目：西北農林科技大學2013年教學改革研究項目JY1302049，JY1092050。