現(xiàn)今結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的若干問題探討

趙威 董建華

摘 要：針對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中存在的相關(guān)問題進行了深入的探討，從教學(xué)的角度出發(fā)，以學(xué)生的反饋為基礎(chǔ)，提出了從教學(xué)課時安排，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法以及考核方式等方面的教學(xué)改革相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）19-0131-03

Abstract： As for the related problems in the teaching process of the subject of Structural Mechanics， the teaching approaches and contents are discussed. From the perspective of teaching and on the basis of the feedback of students， the relevant measures of teaching reform are put forward from the aspects of teaching time arrangement， teaching content， teaching methods and assessment methods.

Keywords： structural mechanics； teaching methods； teaching content

一、概述

在土木，水利，交通等專業(yè)課中結(jié)構(gòu)力學(xué)占有極其重要的位置，雖然各個學(xué)校的培養(yǎng)計劃不同，每個專業(yè)的側(cè)重點不同，但都把它作為最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課之一，它是走向?qū)I(yè)教學(xué)前的一門核心課程。它以高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，材料力學(xué)以及計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，以“力法”“位移法”為主要方法，全面而系統(tǒng)的闡述了桿系結(jié)構(gòu)體系在荷載，溫度變化，支座移動等外界因素下引起的內(nèi)力分布和變形情況。我國的結(jié)構(gòu)力學(xué)教材不下百種之多，配套的練習(xí)更是千變?nèi)f化，其運用廣泛程度非一般專業(yè)課程可比。因此，經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)是非常重要的。然而，在現(xiàn)今的教學(xué)理念大的框架下，結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)也在不斷的改革，不斷發(fā)展。雖然教學(xué)大綱更加重視學(xué)生對于知識的運用，以及解決實際問題的能力，并也提出的實踐環(huán)節(jié)，但是在教學(xué)過程中作者仍然發(fā)現(xiàn)很多問題。通過對教學(xué)工作的深入思考，以對學(xué)生調(diào)研的反饋為基礎(chǔ)，本文對于結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的主要問題進行探討，旨在提升教學(xué)質(zhì)量，獲得更好的教學(xué)效果。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的若干問題

（一）基礎(chǔ)部分不夠扎實

在本科教學(xué)中對于是否應(yīng)該讓大學(xué)生承擔(dān)過重的課業(yè)的壓力這個問題，每個老師都有自己的觀點，一直在探討而沒有結(jié)論。其中有些教師認為應(yīng)該以授課為主，充分發(fā)揮課堂時間，課后盡量減輕學(xué)生的作業(yè)壓力。相反，有些教師則認為，授課只是引導(dǎo)學(xué)生和啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)，而學(xué)生對課程的大部分學(xué)習(xí)應(yīng)該在課后完成。在這兩種思想的背后，導(dǎo)致了學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程的學(xué)習(xí)不夠投入。

結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課是比較特殊的，既要重視理論，更要不斷實踐。首先，學(xué)習(xí)力學(xué)主要是學(xué)習(xí)概念，概念上清楚是深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。這里的概念包括力學(xué)物理量的含義以及對基本原理的理解，而《結(jié)構(gòu)力學(xué)》這門課程更是要求對概念有深刻的理解。在課堂上，為了增加互動，作者偶爾會提出一些簡單而富有迷惑性的問題，學(xué)生們會給出各種各樣的答案，而大部分答案都是錯誤的。這充分說明了學(xué)生在學(xué)習(xí)概念時只是流于表面，而沒有真正理解。同時，不可否認的是，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的學(xué)習(xí)需要大量的練習(xí)作為輔助。這門課程所研究的對象是桿系結(jié)構(gòu)。桿系結(jié)構(gòu)的特點是在形式上富于變化，每變化一種形式可能計算的方法都不太一樣。這需要充分的練習(xí)積累經(jīng)驗才能很好的掌握，而大部分同學(xué)在課堂上聽懂后，不重視課后的復(fù)習(xí)和練習(xí)，面對題目經(jīng)常會表現(xiàn)出“眼高手低”，能大致給出計算方法，卻算不出正確結(jié)果，這就需要充分的練習(xí)，有了量的積累才能真正學(xué)會學(xué)懂這門課程。因此，針對結(jié)構(gòu)力學(xué)這兩個特點，對于結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)應(yīng)該是兩種意見相結(jié)合，在教學(xué)過程夯實基礎(chǔ)就顯得格外重要。這里面的基礎(chǔ)包括兩方面：一是如何讓學(xué)生深刻理解概念，二是如何讓學(xué)生積累經(jīng)驗。對于第一點，作者認為，讓學(xué)生概念清晰，教師首先要概念清晰，授課時的邏輯性，條理性要十分清晰，能夠?qū)⒍啾窘滩膶ν桓拍畹拿枋鼍C合起來，給出一個全面的解釋。同時將概念結(jié)合工程應(yīng)用，再把概念從工程中抽離出來，這樣非常有助于學(xué)生的理解。針對第二點，作業(yè)的布置是必要的，但并非一定要過量，需要教師在授課之前對習(xí)題有充分的了解和掌握。可能教師要每一道習(xí)題都要去做一遍，但并不是每一個習(xí)題都需要學(xué)生去做，挑出最有代表性的算例讓學(xué)生們?nèi)プ?，然后針對問題集中講解，把每一道題深度挖掘拓展，讓學(xué)生們把每一個知識點吃透，同一道題提倡多種思路，多種方法，反復(fù)練習(xí)，這樣既達到量的積累，又比題海戰(zhàn)術(shù)效果要好得多。當(dāng)然，現(xiàn)在是個多元化的社會，每個人有不同的追求。但是，如果真的要從事土木工程專業(yè)，花在這專業(yè)上的時間是非常有必要的。

（二）綜合運用的訓(xùn)練不夠多

結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程都是分單元或者章節(jié)的，每個單元后面都有課后習(xí)題。講完一個章節(jié)會布置其后的課后習(xí)題，當(dāng)然，學(xué)生做題時會很自然的想到：這些題應(yīng)該用本章節(jié)的知識來解決。然而，結(jié)束一個學(xué)期的學(xué)習(xí)后，隨便從一個章節(jié)中選擇一題，或者將兩部分章節(jié)內(nèi)容出一道綜合題，學(xué)生可能就會無從下手了，究其原因是綜合訓(xùn)練不夠多。在中學(xué)階段，教師的辦法是通過大量的綜合練習(xí)與模擬考試來解決這個問題，這個辦法在大學(xué)里可能無法實現(xiàn)，但是可以改進后推廣。在大學(xué)里面，綜合訓(xùn)練的形式更多的應(yīng)該是大作業(yè)或者課程設(shè)計來體現(xiàn)。作者是非常提倡布置大作業(yè)的，首先，大作業(yè)不能夠互相抄襲，因為留給每個人的問題不同，更能反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況。另外，大作業(yè)的完成是需要學(xué)生將學(xué)過的知識綜合掌握并運用，而不是簡簡單單機械性的照搬書中的算例就能完成的。體現(xiàn)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，特別能夠提高學(xué)生綜合運用的能力，不但能夠?qū)⒏鱾€章節(jié)內(nèi)容聯(lián)系起來，還能與其他課程相聯(lián)系，比如數(shù)學(xué)，計算機應(yīng)用等等，同時能夠鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力。就目前而言，作者認為，恰當(dāng)?shù)牟贾么笞鳂I(yè)是學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》最好的方法。但從大多數(shù)高校的目前情況來說，大作業(yè)與課程設(shè)計的安排明顯不夠。

教師授課過程中也應(yīng)該重視綜合性。同濟大學(xué)朱慈勉老師的結(jié)構(gòu)力學(xué)就非常重視這一點。在介紹每章內(nèi)容之前會先“開飛機”，即宏觀的角度來講解這章是干什么的，通過這一章學(xué)的內(nèi)容可以解決什么問題或者達到什么目的，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)就有目的性；同時對知識難點都是通過生動的類比、肢體語言甚至講段子來幫助學(xué)生理解，猶如變形的不是一個冷冰冰的桿件，而是他身體的一部分。學(xué)生在這種夸張的表現(xiàn)下一邊笑著一邊記住了很多東西。作者認為，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》這門課在授課過程中，教師應(yīng)該前后結(jié)合，講前面內(nèi)容的時候有鋪墊，講后面內(nèi)容的時候有回應(yīng)。這樣的方法能夠使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中就前后連貫，不會將知識支離破碎，而有一個整體性，系統(tǒng)系，綜合運用起來自然就回好很多。同時在講課不能過于偏重于對解題的規(guī)律（例如位移法里的順時針轉(zhuǎn)角引起順時針彎矩）的強調(diào)，往往忽略掉對基本原理或概念的深化，導(dǎo)致可能學(xué)生只會運用所謂的力學(xué)知識來解講過的題，然而這種力學(xué)知識更多的是基本原理或概念的一種應(yīng)用，一種組合表現(xiàn)。

（三）課時安排不得當(dāng)

結(jié)構(gòu)力學(xué)作為三大力學(xué)的最后一門，它所要解決的問題應(yīng)該是理論力學(xué)和材料力學(xué)解決不了的問題。對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)力學(xué)教材而言，為了與前面的課程銜接，其內(nèi)容安排大體是這樣的：先介紹靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算，位移計算，然后介紹用力法，位移法解超靜定結(jié)構(gòu)。其中靜定部分的內(nèi)力計算的授課課時以及習(xí)題課學(xué)時總和在20學(xué)時左右，課時安排占據(jù)了幾乎整門課程學(xué)時的三分之一。位移計算一般為8學(xué)時，力法解超靜定問題大致需要10學(xué)時。這三部分內(nèi)容占據(jù)了整個學(xué)時的將近三分之二，從學(xué)時上來說這部分內(nèi)容是《結(jié)構(gòu)力學(xué)》這門課程的重點。但實際情況是，由于靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算，位移計算的部分內(nèi)容以及力法解超靜定的思想在前序課程《材料力學(xué)》中都已經(jīng)學(xué)習(xí)過，材力成績好同學(xué)對于此部分內(nèi)容的掌握已經(jīng)很好，而《結(jié)構(gòu)力學(xué)》一半以上的課程實際上是重復(fù)了《材料力學(xué)》的內(nèi)容，這部分內(nèi)容授課時只是在知識運用層面上逐步加寬加深，而本質(zhì)上沒有新的概念和方法的出現(xiàn)。相反，對于位移法，作者認為是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的新思想，而且是極其重要的思想。因為這一思想將貫穿后續(xù)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程中的眾多方法，比如力矩分配法，矩陣位移法，甚至能夠與高等力學(xué)中有限單元法相聯(lián)系（其基本思想是一致的）。作者覺得這部分內(nèi)容是結(jié)構(gòu)力學(xué)的重中之重，而且也是學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的難點以及新問題。而對于位移法這部分內(nèi)容的學(xué)時安排只有6-8個學(xué)時，占總學(xué)時（結(jié)構(gòu)力學(xué)上64學(xué)時）的不足八分之一。通過學(xué)生的反饋和對學(xué)生考核，作者明顯的感覺到學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)靜定部分內(nèi)容的掌握遠遠好于對超靜定部分內(nèi)容的掌握，對力法的掌握要遠遠好于對位移法的掌握，用學(xué)生的一句話來說就是“我對力法已經(jīng)很熟悉了，位移法卻連基本思想都不是很清楚，對于這兩種方法的理解程度完全不在一個層面上”。作者認為這樣的學(xué)習(xí)效果不能夠與結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程的高度和重要程度相匹配，應(yīng)該適當(dāng)?shù)恼{(diào)整學(xué)時安排，在不能夠提高整體學(xué)時的條件下，分配給位移法更多的學(xué)時，這樣的安排才更為合理。

（四）對學(xué)生的考核不夠嚴(yán)格

由于以上三個問題的存在，導(dǎo)致在期末考試的把關(guān)上，也顯得不夠嚴(yán)格。因為學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)不扎實，缺乏知識綜合運用能力，以及學(xué)時的安排不夠合理，導(dǎo)致學(xué)生的期末考核效果很不理想。有的時候，老師覺得考卷很簡單，因為所有的內(nèi)容都是課堂上講過的，所有的題型原型都是課件上給出的，甚至很多題目都是出自書后習(xí)題，但是最后卷面分?jǐn)?shù)還會有50%以上的人不及格，授課老師面對這樣的問題無法解決，只能將考試題越出越簡單，不斷增加平時成績的百分比，考試也很難反映真實水平。這個問題的存在有老師的原因，也有學(xué)生的原因。課堂的教學(xué)可以看出一個老師的態(tài)度和水平；而平時的作業(yè)可以看出一個學(xué)生的態(tài)度和水平。大學(xué)的結(jié)力老師分兩種，一種是搞力學(xué)的，一種是搞工程的。搞力學(xué)的更注重的是對概念原理的理解，搞工程的人更注重對工程中實際結(jié)構(gòu)的強調(diào)，作者認為，兩方面應(yīng)該結(jié)合，即結(jié)構(gòu)力學(xué)考試應(yīng)該弱化計算，但是著重考察概念和實際應(yīng)用。首先，這種考試是你沒法靠突擊來得分的，因為只機械地記住了方法考察概念時用不上，其次，既考察了概念的理解又考察了綜合運用能力，把理論和實踐更好的結(jié)合。這就要求教師在課堂上授課時要把握方向，本質(zhì)的問題還是作業(yè)的布置。課后作業(yè)的布置是反映教師水平的另一個標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)布置得合理能夠使學(xué)生引起足夠的重視，能高效的掌握知識和概念，而且能夠理論聯(lián)系實際，又起到考核學(xué)生的作用。曾經(jīng)在國外作為訪學(xué)，我也了解到，國外的學(xué)生作業(yè)量是遠遠超過國內(nèi)，同時對待作業(yè)的重視程度（我們不說認真程度）也是要遠高于國內(nèi)。經(jīng)常會看見同學(xué)為了完成老師的大作業(yè)，借閱了大量書籍，在圖書館通宵不眠。從這樣的過程中學(xué)生掌握了概念，夯實了基礎(chǔ)，提高了綜合運用能力，其實也就通過了這門課程的考核，分擔(dān)了最終考試的壓力。

作者通過對教學(xué)的調(diào)研和學(xué)生的反饋還發(fā)現(xiàn)：學(xué)生認為課堂小測是一個很好的方式，但需要學(xué)習(xí)一段時間，對新掌握的知識消化吸收后測驗，非常很有助于對知識的掌握和綜合運用；增加課堂的互動環(huán)節(jié)，多進行演示實驗等方式也能夠激發(fā)學(xué)生對枯燥力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣；此外，老師的授課風(fēng)格，肢體語言和表達方式等等都會對學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響。

三、結(jié)束語

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程以及相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在各個高校所占有的學(xué)時都是最多的。即便如此，作者仍然感覺的授課學(xué)時的緊張，對于教師來說，很多內(nèi)容不能夠展開，對于學(xué)生來說，理解并加以練習(xí)的時間不夠。當(dāng)然，這個問題可能不單單在結(jié)構(gòu)力學(xué)教育中存在，應(yīng)該是所有課程教育中都有類似的問題。但作為一門考研的專業(yè)課程，其重要性不言而喻，對于現(xiàn)在結(jié)構(gòu)力學(xué)的授課效果，大部分學(xué)生是不夠滿意的。結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門成熟的學(xué)科，但授課過程可能仍然存在著問題，這樣的問題需要在今后的教學(xué)工作中不斷探討，不斷優(yōu)化，才能最終達到這門課程本身所能企及的高度。

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