結構力學課程教學方法改革和實踐的探討

路維+楊建功+王邵臻+艾海英

摘要：結構力學是固體力學的一個分支，它是土木工程專業和機械類專業學生必修的學科。文章針對目前結構力學課程當中存在的主要問題，從教學內容、教學模式、與工程實踐環節的關聯，三個方面進行闡述，并結合前人的研究成果，對結構力學課程教學方法的改革和實踐提出建議。

關鍵詞：結構力學；教學內容；教學方法；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0125-02

一、前言

結構力學是固體力學的一個分支，它主要研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構優化的學科，它是土木工程專業和機械類專業學生必修的學科。結構力學在教學計劃中起到承上啟下的作用，結構力學的學習是以高等數學、大學物理、靜力學、材料力學等課程為基礎，為后續的鋼筋混凝土結構、土力學與地基基礎、房屋建筑學等專業課打基礎。本文針對目前結構力學課程當中存在的主要問題進行闡述，并結合前人的研究成果，對結構力學課程的教學方法的改革提出幾點建議。

二、結構力學教學中存在的問題

結構力學課程在構建大土木專業教學改革背景下出現了多元化，即：經典力學、計算力學、工程實例分析計算。經典力學是以結構力學為基礎，簡化教學內容，偏重基本概念，基本理論，基本方法的研究；計算力學是以計算機為基礎，熟練應用結構力學軟件，進行相關的結構力學模型的建立；工程實例分析計算是以經典力學為基礎，運用計算機對工程結構進行簡化、建模、計算。

目前，從我國的結構力學課程學時來看，很難完成這三方面的教學，即使是經典力學都很難完成教學計劃。由于課時的縮減，教學進度的加快，造成了結構力學教學存在的普遍現象：理論不難做題難，上課易懂下課不會。

（一）教學內容的重復設置

由于力學課程的設計缺乏系統性，導致教學內容重復，如靜力學中已經學過桁架的內力計算，在結構力學中沒有必要再次講解。再如在材料力學當中講過的靜定梁的內力計算，在結構力學中只需一帶而過。

（二）教學方法單一

目前的結構力學的教學方法多是以多媒體課件為主并配合板書進行相應的講解，單調的講課模式容易讓學生產生厭倦感。教學方法的單一不能很好地激發學生的學習興趣，在很大程度上降低了學習效果。

（三）與工程實踐脫節

結構力學課程是為了讓學生在掌握經典力學的基礎上，可以對工程中實際問題進行簡化，用結構力學的方法和理論解決工程問題。因此結構力學課程重視的不僅僅是學生能夠正確地解答課本上的習題，更主要的是能夠把理論與實踐有機地結合，然而事實證明目前的教學方法很難達到這樣的目的。

結構力學涉及的領域相對廣泛、內容相對較多，且由于高度抽象的理論演繹，要傳授學生熟練掌握、靈活運用結構力學知識確實不易，此外，客觀上還要求兼顧教學效率和教學質量，無疑給結構力學的教學增加難度。

三、結構力學課程教學方法改革和實踐的探討

基于結構力學教學當中目前存在的問題，以優化課程建設，變換多元化的教學方法，激發學生濃厚的學習興趣，把理論教學與工程實踐結合，為學生更好地掌握結構力學的基本思想和理論，可以對結構力學課程教學方法改革和實踐作如下探討。

（一）教學內容的精簡

刪除與靜力學、材料力學重復的內容，教師應該精讀教材及相關的參考書，在深刻把握知識點、節、章的基礎上，對教學內容進行精簡——舊粗新細，舊的知識點我們只需要簡單地回顧，新的知識點我們需要詳細地講解。對于截面法求內力部分的內容在材料力學當中進行過詳細地介紹，因此在課堂上只需要用簡短的語言對截面法求內力進行簡單地回顧，如“截、取、代、平”。此外，在講新知識點的過程中，要注意對相關舊知識的復習，加深認識和領悟的一個重要方法就是重復，在對舊知識重復的過程中加深對新知識的認識，這種新舊對比有助于認知過程的溫故知新。對于位移法我們需要進行詳細地講解，在回憶力法的基礎上，講解位移法的基本思想及推導過程，對比力法和位移法的優缺點，幫助學生更好地記住這兩種方法。

通過對教學內容的提煉，在不降低教學質量的前提下縮短課時，大大提高了教學效率，為后續的實踐課程提供充分的課時。

（二）教學方法的多元化

結構力學課件的制作是一個既費時又費力的工作，因此我們建議由課題組老師一起分工完成，由教學經驗豐富的老師負責內容的選擇，由熟練掌握PPT應用的老師制作。為避免重復性的工作，每位老師負責指定章節的內容。在具體制作的過程中，注重制作的技巧和效果，對頁面要求簡單，不過于花哨；在藝術效果上力求多樣化；注重信息反饋和課件的實時更新，通過總結教學過程中學生的反饋信息，對課件要進行相應的修改，達到制作—使用—反饋—修改的不斷循環。

結構力學課程概念多，理論性強，計算煩瑣，使單調的多媒體課件文字和板書講解變得乏味，為更好地激發學生的主觀能動性，在原有的多媒體課件上需要增加一定的圖像、聲音、動畫等內容，有助于學生理解概念，掌握規律。此外，改變傳統的滿堂灌式的教學，每節課給學生留出一小部分時間對本節課學習內容進行總結，并允許學生提問，這樣可以更好地幫助學生掌握上課內容，并激發上課的積極性性。多媒體課件的網絡化是必然趨勢，為便于學生自主學習，課程建設老師可以建設結構力學課程網絡教學平臺。把電子版的教學大綱、方案、課件及重點知識點講解視頻等資源上傳至網上，供學生自主學習，并開通答疑通道，實現教師與學生的課下交流。

（三）重視自學能力的培養

現階段的知識和技術手段更新周期越來越短，自學能力的培養更是體現出現代高等教育的鮮明特點。在校期間對學生的自學能力進行培養，對他們走向社會后及時補充新知識、提高競爭力是非常必要的。為此，除課堂講授外，還可讓學生進行自學。例如，明確一些自學章節，指定一些參考資料，對自學內容提出要求，并提出自學思考題，引導學生在自學中發揮自已的想象力和創造力。最后，可通過課堂提問、討論、自學作業及期末考試等形式來檢查自學效果。

此外，對比對偶學習法、復述學習法也都是比較有效的學習方法，結構力學課程中的力法和位移法、虛功原理和虛功位移原理等都是對比對偶的關系，善于抓住其相互聯系可以大大提高學習的效率；對于一些重要的方法和原理，比如功的互等定理等教學內容，應該鼓勵學生模仿老師課堂上的表達用自己的語言進行復述，在反復的練習中加深對知識點的掌握，有效地達到自主學習的效果。

（四）結合工程實踐，強化學習目的

興趣是最好的老師，為使學生對結構力學課程產生濃厚的興趣，在教學當中需要引入大量的工程實例。結構力學課程中的力學模型背后蘊藏著大量的工程背景，與生活實踐息息相關，因此我們可以根據每章的教學內容，在每一章剛開始引入工程當中存在的問題，引發同學積極思考解決的辦法，并在每章內容學習之后，用這一章的知識點解決引例，激發學生學習的動機。此外，教材實例大量缺乏，因此在講課過程中我們要從結合生活中的小事到聯系實際中的大事，這對工程應用知識匱乏的學生來說是行之有效的方法。

學好結構力學僅僅靠課堂理論知識的教授是不夠的，為引導學生發現問題并利用所學的知識解決問題，需要開展更多的課外學習，如發展結構設計大賽、結構模型的搭建，讓學生通過自己對結構力學基本知識的理解，搭建各類結構模型，這樣不僅能提高學生的學習興趣，更激發學生的主觀能動性。

四、結語

作為土木工程專業中的重要專業基礎課，結構力學在工程實踐中具有重要的地位。目前各大工科院校對結構力學課程教學方法和實踐提出了多方面的建議，主要在于打破陳舊的教學方法，合理地設計結構力學的學分安排，提高學生學習熱情，結合工程實踐，為學生更好地掌握結構力學課程做好鋪墊。

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Discussion on the Reform and Practice of Teaching Methods of Structural Mechanics

LU Wei，YANG Jian-gong，WANG Shao-zhen，AI Hai-ying

（Department of Civil Engineering，Tianjin College of University of Science and Technology Beijing，Tianjin 301830，China）

Abstract：Structural mechanics is a branch of solid mechanics，which is a required course for students of civil engineering and mechanical engineering.Aiming at the main problems of structural mechanics curriculum exists，relevance from the teaching content and teaching mode，and engineering practice，three aspects，combined with previous research results，put forward their own proposals for the reform and practice of the teaching method in structural mechanics.

Key words：Structural mechanics；teaching content；teaching method；teaching practice