結構力學教學方法探討

李惠平

【摘要】結構力學是土木工程專業中的專業基礎課程。本文結合多年教學實踐，總結了結構力學教學及學生學習過程中的問題，探討了提高教學效果的途徑。

【關鍵詞】結構力學 教學方法

【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）07-0243-01

一、結構力學的重要性

結構力學是土木工程及相關專業非常重要的一門專業基礎課，它是后續專業課程如混凝土結構、鋼結構、建筑結構、基礎工程、橋梁工程、結構抗震原理與設計等課程的理論基礎。結構力學的學習效果直接影響這些后續專業課的掌握，在專業培養中起著核心作用。學好結構力學，對將來參加工作，不管是工程設計、工程施工還是項目管理類型的工作都大有裨益，可以大大提高學生在實際工程中分析問題和解決問題的能力。另外，考取國家注冊結構工程師、建造師或者進一步深造都涉及到結構力學。因此這門課程的教學質量直接影響著本科生的培養質量。

二、結構力學的特點及教學過程中存在的問題

高等數學、線性代數、理論力學及材料力學等課程是結構力學的前序課程。這些前序課程理論性都很強，可以說是大一大二期間最難啃的幾門課，掌握的程度直接影響到結構力學的學習。結構力學課程本身理論嚴密、邏輯性強，概念抽象，有大量的方程、公式，這些方程公式在實際題目里的應用非常靈活。課程前后知識點之間有著千絲萬縷的聯系，譬如單跨梁的內力計算是多跨梁乃至于剛架結構的基礎，靜定結構的位移計算以靜定結構內力分析作基礎，力法解決超靜定結構問題依賴于靜定結構內力和位移計算，位移法中單桿轉角位移方程需要用力法得到，動力計算涉及到靜定和超靜定結構內立及位移計算。結構力學的這些特征造成了教與學的困難。

在現在的培養模式下，結構力學教學集中于課堂講解，導致很多學生感覺結構力學枯燥無味，晦澀難懂，常覺得“理論易懂，題目不會”，也易導致重理論，輕實踐的通病。

通過多年的教學實踐發現，很多學生反映該課程難學，考試的成績也顯示，不及格率在20%～25%，重修多次不能通過的大有人在。這種情況嚴重影響了后續課程的學習，甚至影響學生整體的專業培養，因此，非常有必要通過改進教學方法來提高結構力學課程的教學質量。

三、教學方式的改進與實踐

（一）將生活實例引入教學，激發學生學習興趣

在教學過程中，結合生活實例啟發式教學，引導學生將身邊現象和結構力學晦澀的概念聯系起來，幫助學生理解抽象的力學概念，提高學習興趣。譬如在介紹結構幾何構造的自由度概念時，可以引用足球比賽場景，把足球比作一個點，用它在球場的運動形式幫助學生理解“一個質點在平面內有兩個自由度”的概念。通過引入日常生活中的實例，可以加深學生對抽象力學概念的理解。

（二）理論與實踐結合， 提高學生解決實際問題的能力

結構力學的教學目的是讓學生了解各類實際結構的內力特征，并能準確確定其內力及變形。在教學過程中，面對的分析對象通常是各類實際結構的計算簡圖，這就使得學生對課上學習的知識難于和實際結構聯系起來。在教學過程中，通過介紹身邊常見的建筑結構，與課堂上學習的結構簡圖相對照。譬如在學習桁架結構時，帶學生到學校體育館觀察屋架結構，幫助學生理解桁架結構計算簡圖的由來，理解此類結構的構造特征和受力特點。

我們每年組織學生參加結構設計大賽，在此過程中，學生需要根據大賽要求分組設計并制作一個結構模型，綜合承載力、變形和自重三方面因素確定各組成績。在參賽過程中，學生們靈活應用在課堂上學到的知識，同時通過動手制作結構模型，更能加深對結構構造特點的理解。通過這樣的活動，培養了學生獨立思考、團隊協作的能力，提高了動手能力，激發了學生們的創造性和自主學習的能力，提高了學生分析和解決實際問題的能力，增強了對課程的感性認識和學習興趣。

（三）采用合理的教學方法，提升教學效果

結構力學概念多，知識點多且各知識點之間前后連貫，很多基本理論和基本方法需要前序內容作支撐。由于結構力學這個特點，使得不少學生中間某一階段沒掌握好影響了后續內容的學習，致使學習困難甚至放棄學習。筆者基于長期的教學經驗，認為在教學過程中采用合理的教學方法，對提升教學效果很有幫助。

1.向學生灌輸全局觀。

結構力學每部分之間融會貫通是一個整體，如多跨靜定梁、靜定剛架的內力分析是建立在單跨梁內力分析熟練掌握的基礎上；結構的位移計算又是基于結構內力分析的準確和熟練；超靜定結構的學習又離不開靜定結構的內力和位移計算等，這個概念一開始就要灌輸給學生，讓學生時刻意識到每部分都很重要，都不可忽視。

2.培養學生自主學習的能力。

常言說，授之于魚，莫如授之于漁。只有掌握了基本原理、基本方法，并能融會貫通解決各類結構分析問題才算學好了結構力學。為此在課堂上要著重把基本概念、基本方法講解透徹，通過簡單的例題讓學生深刻理解基本概念并熟練掌握基本方法。在此基礎上，循序漸進地利用由易到難的例題引導學生自主分析解決問題，鼓勵學生提出解決問題的新思路新方法，使學生分析能力、計算能力和創新能力得到發展。

3.加強互動教學。

不少學生反映在結構力學的學習中，經常會感覺理論概念都懂，但不會做題。這實際上是沒有真正理解基本概念，沒有真正掌握基本方法。為此可以采用課堂分組討論，典型題目讓學生上臺講解等形式，這樣不僅能活躍課堂氣氛，還可以讓學生在講解的過程中多思考，發現自己的問題所在。

4.及時反饋，調整教學。

適時安排階段考核，督促學生學好每階段的課業內容，避免中途“掉鏈子”。通過課后作業、課堂討論、答疑輔導等方式，收集學生學習效果的信息，根據這些信息了解課堂教學中需要加強教學的內容，適時得以補充，提高教學效果。

四、結語

結構力學是無論對教師還是學生都是一門難度很大的課程，需要我們不斷探索教學方式，改革教學方法，提高教學效果。這是一個艱巨的任務，需要力學教師的共同努力及學校領導的大力支持，為培養合格的科學技術人才做出貢獻。

參考文獻：

[1]李國華，羅健，董軍，等. 結構力學教學方法研究[J].高等建筑教育，2012（1）：81-83.

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