基于教學(xué)型學(xué)校《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)方法的探討

摘 要：從學(xué)校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐出發(fā)，通過(guò)鞏固基礎(chǔ)、強(qiáng)化應(yīng)用、增設(shè)實(shí)踐以及以賽促學(xué)四部分分類教學(xué)方法提高結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方法；改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.248

0 引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，既傳承了古典力學(xué)的源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，又經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)工程與電腦技術(shù)的日新月異， 利用高數(shù)的計(jì)算手段，續(xù)成理論力學(xué)的理論基礎(chǔ)，沿襲了材料力學(xué)的部分計(jì)算方法，又為鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)等課程做了理論鋪墊，同時(shí)為走上工作崗位的學(xué)生進(jìn)行施工建造、檢測(cè)加固提供重要的指導(dǎo)意義。其教學(xué)質(zhì)量的好壞自接影響到土木工程專業(yè)本科生專業(yè)學(xué)習(xí)與工作，是土木專業(yè)本科生培養(yǎng)質(zhì)量的一塊試金石。因此，針對(duì)課程內(nèi)容和特點(diǎn)以及學(xué)生的自身特點(diǎn)，探討能夠理論聯(lián)系實(shí)踐，有利學(xué)生掌握的教學(xué)方法和手段成為必然。

1 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)特點(diǎn)

高層次學(xué)校在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容上，由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)逐漸分化為傳統(tǒng)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)、定性結(jié)構(gòu)力學(xué)三大部分，其核心知識(shí)點(diǎn)也注定拓展了計(jì)算機(jī)的大范圍應(yīng)用。而針對(duì)教學(xué)型高校，結(jié)構(gòu)力學(xué)在教學(xué)上應(yīng)與結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)科核心知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用密切相關(guān)。基于此，在教學(xué)改革中提出了四部分分類教學(xué)理念。

1.1 鞏固“雙基”

雙基教學(xué)就是基本知識(shí)和基本技能的掌握。結(jié)構(gòu)力學(xué)“雙基”教學(xué)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析、靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移計(jì)算以及動(dòng)力計(jì)算等基礎(chǔ)問(wèn)題。基本知識(shí)就是要理解這部分內(nèi)容的基本概念、基本理論。基本技能就是要掌握計(jì)算靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移等的計(jì)算方法。例如我們?cè)谥v授力法計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的時(shí)候，首先要求學(xué)生理解什么是超靜定結(jié)構(gòu)、什么是超靜定次數(shù)以及力法的基本未知量、基本體系和基本結(jié)構(gòu)的區(qū)別，在此基礎(chǔ)上建立力法基本方程的原理就是基本體系沿著多余未知力的方向上的位移與原結(jié)構(gòu)相同，這是基本理論方面的學(xué)習(xí)。理解了這些基本理論，利用先期學(xué)過(guò)的知識(shí)求解力法方程的過(guò)程就是所要掌握的基本技能[1]。這種相對(duì)較為固定的課堂教學(xué)模式，能讓學(xué)生很容易的明白理解這些理論知識(shí)的最終目的是自己掌握了求解某種結(jié)構(gòu)內(nèi)力的技能。在課堂講授的每個(gè)環(huán)節(jié)都有一定的目的和基本要求。此部分必修內(nèi)容賦予更多的學(xué)時(shí)來(lái)加強(qiáng)和鞏固，嚴(yán)格按照我院制定的教學(xué)大綱上課。而影響線、漸進(jìn)法求解超靜定結(jié)構(gòu)、矩陣位移法則在配合實(shí)際應(yīng)用中得到較好的理解，為鋼混、高層、抗震等專業(yè)課的學(xué)習(xí)夯實(shí)了基礎(chǔ)。

1.2 強(qiáng)化應(yīng)用

在土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中多方面利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論知識(shí)和方法，部分同學(xué)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分運(yùn)用到力矩分配法計(jì)算豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，結(jié)構(gòu)力學(xué)的漸進(jìn)法及其他算法簡(jiǎn)述一章，在課堂講授過(guò)程中結(jié)合實(shí)際案例強(qiáng)化漸進(jìn)法的實(shí)際應(yīng)用。例如學(xué)生上課的教學(xué)樓可以簡(jiǎn)化為六層的剛架結(jié)構(gòu)，怎么確定剛架各桿的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、桿端分配系數(shù)和傳遞系數(shù)、怎么進(jìn)行鎖住、放松結(jié)點(diǎn)來(lái)最終計(jì)算出各桿的桿端內(nèi)力，強(qiáng)化知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，有利于學(xué)生的主動(dòng)掌握。在土木工程專業(yè)本科生教學(xué)過(guò)程中，在嚴(yán)格按照教學(xué)大綱要求的基礎(chǔ)上，在課堂教學(xué)中拓展了知識(shí)內(nèi)容，針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)適量的增加了各類高校的歷年考研真題的講解，既滿足了部分學(xué)生考研的需求，又?jǐn)U大了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)寬向的理解[2]。

1.3 增加實(shí)踐

建工學(xué)院人才培養(yǎng)方案中結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)為96學(xué)時(shí)，分別在第四、五兩個(gè)學(xué)期講授，以前全部為理論教學(xué)，而新修訂的大綱中理論教學(xué)88學(xué)時(shí)，新增實(shí)踐教學(xué)8學(xué)時(shí)。以往的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程授課過(guò)程著重強(qiáng)調(diào)了理論知識(shí)點(diǎn)的掌握這一基礎(chǔ)，而將知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用到工程實(shí)際沒(méi)有得到很好的重視。借于學(xué)校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革建設(shè)的契機(jī)，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，學(xué)院購(gòu)進(jìn)三十多萬(wàn)元的結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用以開設(shè)結(jié)構(gòu)方面課程的實(shí)驗(yàn)。介于此，近幾年來(lái)在結(jié)構(gòu)力學(xué)授課過(guò)程中增設(shè)了四個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2個(gè)學(xué)時(shí)，主要集中在用基礎(chǔ)理論知識(shí)計(jì)算靜定、超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移，用力學(xué)模型、結(jié)構(gòu)變化和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀的指導(dǎo)學(xué)生梳理所學(xué)的傳統(tǒng)力學(xué)的經(jīng)典理論。另一方面，20世紀(jì)中葉能量原理和方法得到突破性進(jìn)展，使結(jié)構(gòu)計(jì)算同計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，以有限元為雛形的矩陣位移法為基礎(chǔ)的大型工程計(jì)算軟件PKPM、ANSYS等，在土木建筑工程界得以廣泛應(yīng)用[3]。因此，涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)中的矩陣位移法在教學(xué)中更偏重于實(shí)踐應(yīng)用。矩陣位移法是電子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)力學(xué)原理相結(jié)合的產(chǎn)物它是以傳統(tǒng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)、以矩陣作為數(shù)學(xué)表達(dá)形式、以電子計(jì)算機(jī)作為計(jì)算手段的三位一體方法。在結(jié)構(gòu)力學(xué)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，安排了2個(gè)學(xué)時(shí)讓學(xué)生利用計(jì)算機(jī)通過(guò)矩陣位移法的學(xué)習(xí)編程運(yùn)行，加深了矩陣位移法的理解，同時(shí)也提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，電算提高了結(jié)構(gòu)力學(xué)解決問(wèn)題的能力。此外，集中培訓(xùn)所用教材提供的結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器軟件的應(yīng)用，通過(guò)求解器軟件的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠求解大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，能夠在畢業(yè)設(shè)計(jì)中熟練運(yùn)用求解器求解所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，用以和手算相對(duì)比分析，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，為以后走向工作崗位邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

1.4 以賽促學(xué)

近幾年，圍繞以結(jié)構(gòu)為中心的各類大賽開展的如火如荼，上到國(guó)家級(jí)競(jìng)賽平臺(tái)，下到省、市、學(xué)校級(jí)的競(jìng)賽，不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的濃厚興趣，而且增強(qiáng)了學(xué)生開發(fā)創(chuàng)造能力，極大地提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐解決實(shí)際問(wèn)題的動(dòng)手能力，有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。教師的教學(xué)改革嘗試依托結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。學(xué)校每年舉辦一次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，從選題、選型到設(shè)計(jì)成作品，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)所學(xué)的知識(shí)，老師認(rèn)真指導(dǎo)，學(xué)生仔細(xì)求知，通過(guò)競(jìng)賽來(lái)促進(jìn)理論教學(xué)的提高。

2 結(jié)論

教學(xué)型學(xué)校的結(jié)構(gòu)力學(xué)講授更偏重于學(xué)生能夠把所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，弱化研究創(chuàng)新，更注重提高其實(shí)際運(yùn)用能力，教學(xué)方法的不斷改進(jìn)其重要目的就是能夠適應(yīng)時(shí)代的需求，因校因生的不同而不斷發(fā)展完善，使學(xué)生能夠正確理解所學(xué)知識(shí)，構(gòu)建明晰的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，在反復(fù)運(yùn)用中融會(huì)貫通，力求達(dá)到正確、熟練、靈活運(yùn)用的水平。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]魏科豐，陳凱，孔來(lái)穩(wěn).獨(dú)立學(xué)院結(jié)構(gòu)力學(xué)課程分類教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].四川建材，2013（05）：246-247.

[3]徐士代.教研型高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)探析[J].高等建筑教育，2010（03）：75-78.

作者簡(jiǎn)介：馮秀梅（1973-），女，山東青島人，副教授，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。