平面靜定結構研究性教學的探索

陽令明　肖穗花

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平面靜定結構研究性教學的探索

陽令明1肖穗花2

（1.湖南科技學院 土木與環境工程學院，湖南 永州 425199；2.洞口縣東邊中學，湖南 邵陽 422000）

研究性教學是一種理念或教學模式，通過結構力學課程中平面靜定結構研究性課堂教學與實踐教學的探討，闡述了如何在教學過程加強大學生的分析能力、創新能力和研究能力的培養，實踐表明，研究性學習調動了學生的積極性，可為地方高校培養應用型人才提供參考。

平面靜定結構；研究性教學；應用型

“科學教育不僅是要讓學生學習大量的知識，更重要的是學習科學研究的過程或方法。”研究性教學的旨趣在于“教”和“學”的全過程都貫穿著研究性的特征，在其研究、探討的過程中調動學生自主學習的積極性，激發學生的求知欲和創造性，培養學生分析問題、解決問題、科研探索等方面的能力。[1-3]

1　研究性課堂教學

1.1問題式或任務驅動教學法

平面靜定結構在結構力學教學中課程內容較多，也是歷年考研的重點之一。靜定梁、靜定剛架、三鉸拱、靜定桁架等教學內容在理論力學、材料力學教學中都有涉及，其基本解題步驟大體可分為求支座反力、求控制截面內力、繪制內力圖、校核內力圖，因此，支座反力的求解是首先要解決的。理論力學、材料力學涉及支座反力的未知力個數均為3個，學生在開始本章內容學習時，老師可以布置一個支座反力未知力個數為5個的靜定剛架或多跨靜定梁的作業，要求學生在本章內容完成時上臺求解，這樣學生學習目的明確，有動力，也會更加容易掌握本章內容。

1.2啟發式教學法

平面靜定結構支座反力的求解通常采用截取隔離體，列平衡方程求解，從課堂情況看，基本上所有學生都能列出3個平衡方程，但是能列出獨立的3個平衡方程的不多，因此舉例如圖1所示的支座反力為3個未知力的簡支梁，列出任意平衡方程求解3個未知力，發現只有3個平衡方程相互獨立時才能求解出全部未

知力。從而推導出在求解未知力個數為3個的支座反力時，如果列出2個力矩方程，要求力矩點的連線與力的投影軸不能垂直。同理，列出3個力矩方程時，則要求3個力矩點不能共線。最后根據文獻資料[4]，推導出平面一般力系獨立性平衡方程的求解要求，讓學生知其然也知其所以然。

圖1.簡支梁及平衡方程

通過以上3個未知力的支座反力講解，探討如圖2所示的多個支座未知力的求解。圖2的特點是整體未知力個數都是3個以上，如取隔離體，每個隔離體的未知力也是3個以上，很顯然至少需要3個以上平衡方程才能求解，且該方程組需相互獨立。通過分析，我們可以先列出3個整體平衡方程，再取隔離體，列出其他平衡方程，只要滿足各平衡方程相互獨立，線性無關，便可以求解。

圖2.平面靜定拱與平面靜定剛架

圖3.平面靜定多跨梁

對于圖3所示結構，支座反力未知力的個數為6個，取隔離體分析，AB、BCD、DEF的未知力個數均是5個，FG的未知力個數是3個，因此可先求解FG，再DEF、BCD，最后AB結構。通過以上分析，再從結構的幾何組成特點，從而引出多跨靜定結構的基本部分與附屬部分的概念及荷載傳遞特點，推導出多跨靜定梁、多跨靜定剛架、多跨靜定拱結構求解的基本方法，即先附屬結構后基本部分的求解思路。

通過土木14級學生的課堂反應，以及課堂、課后作業檢查的情況，研究性課堂教學確實能提高學生的學習積極性，提高學生掌握知識內容的能力。

2 研究性實踐教學

研究性實踐教學主要從實踐的角度提出問題，目的是增強實踐教學的研究性，比如開設設計性、綜合性、創新性、研究性等實驗項目，替換傳統的驗證性實驗，通過師生互動、雙向交流的形式，鼓勵學生質疑批判和發表獨立見解，從而加深學生對基本理論和相關概念的理解，培養學生分析問題、科研探索的能力。研究性實踐教學以學生為主，教師的任務是釋疑解難、合理引導，學生則根據給定的實驗目的和實驗條件，設計實驗方案，選擇實驗器材，制定實驗操作程序，制作結構模型，采集試驗數據，對實驗結果與報告開展分析討論，評價實驗所取得的成效，找出不足和改進意見。

桁架結構在建筑結構中應用相當廣泛，如廠房、屋架、體育館、起重機塔架、水閘閘門、鋼桁橋及電視塔等結構，在學習完靜定平面桁架結構內容后，可以給定一個設計性實驗，結構形式為空間桁架，學生可以選擇平行弦桁架、拋物線桁架、三角形桁架、梯形桁架等形式，也可以選擇復雜桁架，為節約成本，材料可以采用竹片，荷載為結點豎向荷載（），要求在規定荷載作用下，所設計的結構重量最輕。通過這個實驗，學生不僅掌握了空間結構的平面簡化，也通過靜定平面桁架的計算及結構自重的控制，找到一個內力分布均勻、用材經濟的結構形式。

3 結　語

研究性教學改革的核心是教師的角色問題，研究性教學的開放性、主體性、綜合性和實踐性的特點，使得教師的角色從“傳道、授業、解惑者”的傳統模式向“設計師、引路人、推進者”轉化，研究性教學也并不一定只能在綜合性大學校開展，因為研究性教學的目的是培養學生的自學能力、創新能力和研究能力，在地方高校應用型人才培養的過程中，研究性教學無疑為之提供了一種有效方法。

[1]劉贊英,王嵐,朱靜然,張瑜,張艷紅.國外大學研究性教學經驗及其啟示[J].河北科技大學學報(社會科學版),2007,(1):68-75.

[2]屈波,程哲,馬忠.基于自主性學習和研究性教學的本科教學模式的研究與實踐[J].中國高教研究,2011,(4):85-87.

[3]賈影,于桂蘭,徐艷秋.結構力學研究性教學初探[J].高等建筑教育,2011,(3):116~118.

[4]李珠,梁成.空間力系三、四、五、六力矩平衡方程最簡形式與矩陣判據[J].太原工業大學學報,1993,(3):95-100.

（責任編校：何俊華）

2016－03－20

陽令明（1984－）男，湖南邵陽人，工程師，碩士，研究方向為力學教學。

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1673-2219（2016）05-0076-02