應用型本科院校《結構力學》教學改革的探索與實踐

【摘要】《結構力學》是土木工程專業的專業核心課程，針對應用型人才培養目標，《結構力學》作為一門內容較抽象的力學課程，教學過程中存在很多問題亟待解決，如教學內容多，學生理解難度大，力學理論與工程實踐聯系不直觀等。本文通過對學生特點和教學內容的分析研究，從教學內容、教學手段和考核模式等方面對《結構力學》課程教學改革進行探討，提出了相應的改革方法，并在教學實踐中得到了較好的教學效果。

【關鍵詞】結構力學 教學改革 應用型

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）31-0247-02

引言

結構力學課程是土木工程專業的一門專業核心課程，在學生進行了認識實習、理論力學、材料力學等學科基礎課程的基礎上，為后續房屋建筑學、混凝土結構原理、土力學與基礎工程、鋼結構原理與設計等專業課程的學習提供支持，在本科生的課程體系中起承前啟后的作用。本課程的內容主要是由靜定結構和超靜定結構的內力計算分析構成，其學習效果的好壞直接關系到后期土木工程其他專業課程的學習，必須對本課程的教學質量有較高的要求，并不斷改革完善。本課程內容相對較多，共分為十個章節，在土木工程專業培養方案中安排了64個課時。同時，本課程的教學內容較為抽象，是以研究結構簡圖的力學問題為主，與工程實際的聯系不夠直觀。如何在有限的課時里，讓學生更好地掌握結構力學的知識，并且滿足應用型人才的培養目標，是每位授課教師亟需考慮的重要問題。作者結合近年的教學經驗，對土木工程專業的結構力學課程的教學內容、教學手段、考試考核等方面的改革和實踐，談一下心得體會。

1.結構力學課程教學的主要問題

1.1學生特點分析

隨著時代的發展，大學生的時代特征在不斷變化，根據對當代大學生的觀察可以發現，他們普遍存在如下特點：

（1）目前00后已經步入大學校園，他們的思想相對來說更加獨立，個性也比較突出；

（2）學生在信息化時代成長，電腦網絡的普及率已經很高，但同時也存在一定的城鄉差異；

（3）學生在中學接受應試教育為主，考試時能夠運用公式，但有一部分不懂其中的原理。

本課程主要面向土木工程專業學生，經過一段時間的觀察，發現學生普遍存在以下特點：

他們已經具有理論力學和材料力學等專業基礎知識，具有初步的土建類實踐經驗，對專業課知識比較感興趣。但同時他們也存在接受能力水平參差不齊、基礎知識較薄弱、理解能力較差、對公式推導較厭煩、學習缺乏主動性、出現畏難情緒等問題。

由此可見，應當結合大學生思維活躍的特點，利用網絡科技的優勢，讓學生在學習過程中更好地理解、掌握知識點，提高學習積極性。

1.2課程內容分析

本課程將教學內容主要分為靜定結構分析與超靜定結構分析兩大部分，其中靜定結構分析部分包括緒論、幾何構造分析和靜定結構計算三個板塊，超靜定結構分析部分包括超靜定結構計算和動力計算兩個板塊。

由于結構力學是在對結構進行大量簡化的基礎上進行計算的，與實際工程有一定差距，有些內容如虛功原理、力法、位移法等比較抽象，給學生的理解和掌握帶來一定的難度。所以，在教學過程中應該注重理論與實踐的結合，通過實例讓學生加深對知識和方法的理解。

2.主要的改革方法

2.1 教學內容的改革

本課程的五個板塊中，靜定結構計算和超靜定結構計算是重點板塊，需要安排較多章節。靜定結構計算分為靜定結構的受力分析、影響線和結構位移計算三章，超靜定結構計算分為力法、位移法、漸進法和矩陣位移法四章，其他板塊中每個板塊只安排一章。所以，本課程的教學內容總共分為十章。

針對應用型的培養目標，用更多的學時講解幾何構造分析、靜定結構的受力分析、結構位移計算、力法、位移法、漸進法等重點章節，并注重課后習題的解析和總結。在教學過程中，對于一些公式，弱化理論推導部分，主要從公式中各參數的物理意義方面講解其對公式結果的影響，使學生更容易理解和掌握相關公式的意義和用法。對于矩陣位移法和動力計算等難點章節，由于實踐應用中使用較少，所以只介紹基本原理即可。

2.2 教學手段的改革

本課程以講授為主，采用多媒體輔助教學手段；課堂講解與課后作業結合；教師講解與翻轉課堂相結合。在課堂講授過程中，常使用如下方法手段，幫助學生理解結構力學的知識點和分析計算方法：

（1）舉例教學法

以教室門上的合頁為例，解釋“鉸結點”的概念。以美國塔科馬海峽大橋在風中扭曲破壞為例，講解共振的危害性。

（2）多媒體動畫教學法

對于主振型的概念，教材中只有簡單的雙自由度振動體系主振型插圖，通過數值模擬軟件可以得到復雜空間結構的主振型，并生成動畫，便于學生理解主振型的概念。

（3）現場演示法

對于結構中彎矩和軸力哪種內力更加危險的問題，可以在授課過程中用粉筆模擬石材、混凝土等脆性材料，現場演示其受彎破壞和受拉壓破壞的特點。

2.3 考核模式的改革

本門課程考核總成績由平時成績和期未理論考核成績組成。其中，平時成績包括出勤、作業、課堂問答、期中考試等，占總成績的30%；期未理論考試全面考核十個章節的內容，占總成績的70%。針對應用型的培養目標，在期末考試命題時，盡量避免記憶類題目，增加“知識應用類題目”和“綜合應用類題目”所占比例。“知識應用類題目”指運用某一章節所學的知識解決問題的題目，“綜合應用類題目”是指綜合運用本課程所學的多個章節的知識解決實際問題的題目。同時，采用一頁開卷的考試形式，即考試時允許考生帶一頁紙的“小抄”入場，相當于進行半開卷考。主要考查學生的知識的理解和運用，而非死記硬背。

3.結語

通過上述教學改革措施，與往年的教學情況相比，發現學生的學習主動性有所提高，對本課程的理論知識掌握程度有了顯著提高，同時培養了學生利用結構力學知識解決實際問題的思維方式。學生們在學習過程中形成了一定的學習技巧和自學能力。

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作者簡介：

杜帥（1989.03-），男，助教，碩士，主要講授課程結構力學，主要研究方向巖爆聲發射研究。