高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革探索

夏雨　胡淼珍　余穎燁

摘 要 近年來很多教師和學(xué)者在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方面一直在不斷探索新的教學(xué)模式，也取得了豐碩的成果。本文主要從研發(fā)結(jié)構(gòu)力學(xué)演示教學(xué)儀器、制作力學(xué)原理的演示動畫、建立學(xué)習(xí)過程的考核監(jiān)控體系等幾個方面來探討結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革，對結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)提供一些有益的建議。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)力學(xué) 課程改革 教學(xué)儀器 質(zhì)量評估體系

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.047

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它對學(xué)生畢業(yè)后從事與工程相關(guān)的各項工作都有很重要的影響，特別是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。具備扎實的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，是土木工程從業(yè)人員的堅實基礎(chǔ)。只有真正掌握并能正確分析和計算結(jié)構(gòu)的受力，才有可能解決工程中遇到的各種實際問題。結(jié)構(gòu)力學(xué)在執(zhí)業(yè)資格考試中意義也十分重大，例如全國注冊結(jié)構(gòu)工程師、建造師等專業(yè)資格考試中，都需要運用大量的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識。結(jié)合教學(xué)中的一些體會，下文從幾個方面對結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)改革提出一些建議。

1 開發(fā)演示力學(xué)概念及原理的教學(xué)儀器

1.1 力學(xué)概念及原理

概念和原理一直都是我們探索科學(xué)的基礎(chǔ)，也是解釋科學(xué)現(xiàn)象的依據(jù)和根本。一些我們?nèi)粘Ｒ姷降碾y以理解的問題，其實追根溯源都是一些概念和原理的體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)的宗旨就是發(fā)現(xiàn)工程中常見結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的力學(xué)原理并運用于生產(chǎn)和生活實際。

結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程涉及很多概念和力學(xué)原理，只有充分理解這些概念和掌握力學(xué)原理，初學(xué)者才能夠融匯貫通，為后續(xù)課程例如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等打下基礎(chǔ)，正確的分析和解決一些力學(xué)問題，然而理解這些概念和原理比較抽象，對大部分學(xué)生來說有一定困難。

1.2 開發(fā)演示力學(xué)概念及原理的教學(xué)儀器

任何一門課程的教學(xué)都不應(yīng)該是枯燥無趣的，如何增加教學(xué)的趣味性、生動性，是授好一門課的關(guān)鍵。這些年來，各大高校相應(yīng)的取得了一些成果，從教學(xué)內(nèi)容上和教學(xué)方式上都進(jìn)行了一些改革，如使用多媒體教學(xué)，優(yōu)化講課內(nèi)容，增加實踐教學(xué)等。多媒體教學(xué)便捷，節(jié)約時間又增加了課堂氛圍，但還是存在一定的不足，學(xué)生們?nèi)匀粚δ切┍容^難懂的力學(xué)概念和原理的掌握不夠深入、深刻。為了解決這個問題，可以設(shè)計并開發(fā)制作一些演示概念及原理的教具，能夠使學(xué)生生動形象的理解課本知識。例如在多跨靜定梁部分，開發(fā)可以拆裝的各種梁及支座約束模型，讓學(xué)生在課堂上通過搭和拆一個多跨靜定梁，來體會求解過程就是拆的過程，而搭的過程就是建造結(jié)構(gòu)的過程。這些教具能使課堂更加生動有趣，也能使學(xué)生們能更好的理解結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中涉及的概念和原理。

2 制作演示力學(xué)概念及原理的動畫

在網(wǎng)絡(luò)上，我們經(jīng)常能看到各種各樣的動畫宣傳片，這樣的動畫效果，不僅讓我們記憶深刻，更吸引了我們的注意力。如果教師把抽象、難以理解的概念和理論制作出相應(yīng)的小動畫演示出來，那么學(xué)生們學(xué)習(xí)起來既不會覺得枯燥，又能馬上理解那些概念和原理。例如學(xué)習(xí)影響線章節(jié)時，學(xué)生總是不能充分理解概念，對一些概念和方法交叉混淆運用，以致不能正確畫出結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的影響線，做題分析時經(jīng)常出現(xiàn)錯誤。如果用動畫的方式來顯示移動荷載作用下結(jié)構(gòu)受力變形的過程，學(xué)生將更容易理解影響線的概念和作法。動畫給人一種即視生動感，將動畫模式運用到結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過程中，將會收到事半功倍的效果。

3 引入工程中常見力學(xué)問題及計算軟件

實際工程結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，會出現(xiàn)各種各樣的力學(xué)問題，有的問題并不能用相同的方法來解決，而有的工程問題我們可以轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題，再通過計算機軟件來進(jìn)行分析，這些軟件中最常見并與結(jié)構(gòu)力學(xué)緊密相關(guān)的就是結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、PKPM、ANSYS等計算機軟件。利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，我們在求解器中輸入桿件結(jié)構(gòu)體系，就能對桿件結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行幾何構(gòu)造分析。求解器還可以直接計算一般平面結(jié)構(gòu)的影響線、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。PKPM是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時常用的結(jié)構(gòu)分析軟件，它能分析和計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并給出結(jié)構(gòu)施工圖。ANSYS是分析特殊構(gòu)件力學(xué)問題的一個有效軟件，能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計算，通過輸入各種參數(shù)和條件以及建模求解，我們就能提前預(yù)測所建結(jié)構(gòu)的安全性能。

教師在傳授教學(xué)過程中，有必要反復(fù)強化理論知識點，讓學(xué)生加深印象并強化理解所學(xué)知識。在學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了教師所講的解題方法后，教師要給學(xué)生們引入計算軟件，并指導(dǎo)他們把所學(xué)軟件知識運用到實際工程問題中來求解一些力學(xué)問題。最后最重要的就是讓學(xué)生把自己手算題目的結(jié)果與軟件計算求解的結(jié)果進(jìn)行比較分析，分析二者所出現(xiàn)的誤差來源和對結(jié)構(gòu)的影響。利用軟件求解時，如何把實際工程問題輸入到軟件中，就是結(jié)構(gòu)力學(xué)知識點的融匯貫通，如結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的簡化和選擇，還有荷載的施加等，這些都需要建立在實際結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，充分理解結(jié)構(gòu)的屬性和傳力特點，略去次要部分，保留能反映原結(jié)構(gòu)基本性能的主干。實際結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，完全按照結(jié)構(gòu)的實際情況進(jìn)行力學(xué)分析是不可能的也是不必要的。在進(jìn)行計算之前，都是要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化的。這些都是要讓學(xué)生理解的工程概念，只有正確理解了這些概念，才能正確有效運用軟件來求解結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題。

4 完善結(jié)構(gòu)力學(xué)試題庫建設(shè)

4.1 學(xué)生練習(xí)試題庫建設(shè)

力學(xué)知識的掌握和鞏固，要通過大量的題目練習(xí)來實現(xiàn)。一個知識點講完，要有充足的試題練習(xí)來進(jìn)一步深化對知識的理解和掌握。在課堂作業(yè)中，經(jīng)常遇到的一個現(xiàn)象是抄作業(yè)。為了盡可能避免這種現(xiàn)象，對每個知識點盡量多的建立練習(xí)試題庫，盡量做到每人一題。

相對來說課本上每章節(jié)的習(xí)題數(shù)目有限，題目類型也很單一，并不能達(dá)到讓學(xué)生循序漸進(jìn)，由難到易，由基本理論到深入理解的效果。充足的試題庫建設(shè)，避免學(xué)生不能相互抄襲作業(yè)。另外，習(xí)題庫中全面和詳細(xì)的答案，也為學(xué)生針對批改后作業(yè)中錯誤的學(xué)習(xí)和改正起到重要的輔助作用。試題庫可以根據(jù)難易程度分類建立。對于一般難度試題庫，目的主要是為了讓學(xué)生掌握課本基本知識和基本理論，能夠解決常見結(jié)構(gòu)的受力分析。面對要考研的學(xué)生，可以建立適當(dāng)增加難度的試題庫。試題庫以國內(nèi)著名高校的考研題目為主。通過試題庫練習(xí)，學(xué)生可以開闊眼界，明白自己的差距，也在學(xué)習(xí)做題過程中接觸結(jié)構(gòu)力學(xué)的多種問題，為以后無論是繼續(xù)深造還是執(zhí)業(yè)資格考試或者是工作打下基礎(chǔ)。

4.2 考試試題庫建設(shè)

教師對學(xué)生們學(xué)習(xí)效果的考核和監(jiān)控，除了課堂上學(xué)生跟隨教師思維積極配合和問答之外，最好的方式是對學(xué)生們進(jìn)行考試。隨堂測驗、期中考察、期末考試等都是教師檢驗教學(xué)質(zhì)量、督促學(xué)生良性學(xué)習(xí)的機會。考試是最有效的檢驗學(xué)習(xí)和授課成果的方式。然而，如果考試試題都由各自的授課老師命題，第一，并不能客觀公正的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也不能客觀評價教師的教學(xué)情況。第二，不同的教師出題有不同的側(cè)重點和難點，造成考試試卷因為老師個人取向問題造成考核知識點不夠全面，因此應(yīng)避免由任課教師直接命題考核學(xué)生所帶來的弊端。采用試題庫抽題組卷是實行教考分離的有效手段，既保證了考核的公平公正性，又確保了試卷的質(zhì)量。

5 建立教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控及評估體系

如何評估教學(xué)質(zhì)量，如何保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，這就需要一個良好的監(jiān)控和評估體系。在授課過程中建立教學(xué)監(jiān)控及評估體系，實時對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果勢必會有所改觀。以往結(jié)構(gòu)力學(xué)課程只是通過期末的考卷來考察學(xué)生對知識的掌握情況，并不能全面體現(xiàn)學(xué)生的能力和學(xué)習(xí)效果。立足于學(xué)生學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)并產(chǎn)生興趣這個目標(biāo)，學(xué)校考核的方式也需要改變。改變傳統(tǒng)單一的考試方式，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的需要。以吸引學(xué)生積極參與到結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)過程中為第一要務(wù)，可從以下幾個方面改進(jìn)：

第一，作業(yè)是最基本的教學(xué)成果體現(xiàn)方式。學(xué)生平時的作業(yè)，成為最終學(xué)生平時成績的一部分。通過作業(yè)練習(xí)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

第二，以大作業(yè)的形式增加實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生對知識的應(yīng)用水平。可以采取班級競賽方式，開展設(shè)計比賽。例如設(shè)計桁架模型設(shè)計及承載力計算等，提交計算書和結(jié)構(gòu)受力分析報告，既鍛煉學(xué)生的動手能力又提高分析計算的思維能力。比賽成績作為平時成績的一部分。

第三，適當(dāng)嘗試增加教學(xué)環(huán)節(jié)。每節(jié)課程，在課前隨機提問學(xué)生在上講臺講解自己完成的作業(yè)。這既能增加學(xué)生的語言表述能力，又能檢驗學(xué)生是否真正理解了課程的內(nèi)容。教師可以針對學(xué)生的講解表現(xiàn)打分，作為期末考試平時成績的加分項。

第四，當(dāng)一個章節(jié)知識學(xué)習(xí)結(jié)束，對章節(jié)內(nèi)容重點和難點進(jìn)行復(fù)習(xí)和強調(diào)。在此基礎(chǔ)上，嘗試讓學(xué)生針對此章節(jié)內(nèi)容自己出3-5道題目并作出答案。要求所出的題目能夠重點突出，內(nèi)容全面，體現(xiàn)章節(jié)的重點和難點。教師可以通過學(xué)生出試卷的情況了解學(xué)生是否掌握本章節(jié)重點。此項也作為平時成績的重要一部分。

6 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程對土木工程專業(yè)學(xué)生的重要性是不言而喻的，如何改進(jìn)教學(xué)方法，幫助學(xué)生培養(yǎng)課程的興趣，奠定專業(yè)基礎(chǔ)知識是需要任課教師長期不斷探索和努力的。學(xué)校教育學(xué)生的方式方法不是一成不變的。發(fā)展和變革是現(xiàn)代社會的潮流，接受先進(jìn)的教學(xué)理念和新的思維方式也是大勢所趨。學(xué)校作為錘煉人才的熔爐，任課老師需要不斷改進(jìn)教學(xué)方法、探索新的教學(xué)模式來適應(yīng)時代的發(fā)展及課程的需要。

本文受到以下項目的資助：廣西高等教育本科教學(xué)改革項目（2016JGA243），2016廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201610594178；201610594171）

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