“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程“四維一體”教學(xué)體系探索

李娟

[摘 要] 建筑結(jié)構(gòu)形式和規(guī)模的不斷發(fā)展以及計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步對結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)提出了新的要求。地方普通高校應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn)和學(xué)生需求，因地制宜地對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方式進(jìn)行探索和改進(jìn)。本文提出的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“四維一體”教學(xué)體系在單一課堂講授的基礎(chǔ)上進(jìn)行更多維度的拓展和融合，促使師生深度交流，使學(xué)生課上課下投入更多的學(xué)習(xí)時間和思考，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識解決實際工程問題的能力并獲得更好的學(xué)習(xí)感受。

[關(guān)鍵詞] “四維一體”教學(xué)體系;結(jié)構(gòu)力學(xué);教學(xué)組織方式

[基金項目] 2019年度內(nèi)蒙古科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項目（JY2019015）

[作者簡介] 李 娟（1983—），女，內(nèi)蒙古科技大學(xué)講師，主要從事有限元模擬以及預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0318-02? ? [收稿日期] 2020-03-19

一、普通高校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)存在的問題

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程等專業(yè)的核心課程，在各門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中起著承上啟下的作用。課程理論性強(qiáng)，課程內(nèi)容具有很強(qiáng)的邏輯性和關(guān)聯(lián)性，與工程實踐密切相關(guān)。隨著建筑結(jié)構(gòu)形式和規(guī)模的不斷發(fā)展以及計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)正在向著概念結(jié)構(gòu)力學(xué)和計算結(jié)構(gòu)力學(xué)方向發(fā)展，本領(lǐng)域?qū)ν聊竟こ虒I(yè)畢業(yè)生的綜合分析能力及計算能力的要求日益提高。這就要求結(jié)構(gòu)力學(xué)課程這樣的專業(yè)核心課應(yīng)向著高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的方向建設(shè)和發(fā)展[1-2]。

然而，目前普通高校的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)常常存在以下問題。

（1）課程內(nèi)容更多的是講授計算方法，重理論輕實踐、重計算輕應(yīng)用，沒能很好地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識駕馭計算分析軟件、解決實際復(fù)雜工程問題的能力和思維。

（2）現(xiàn)有結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)方法是將眾多概念和計算方法以全程純講授的注入式教學(xué)方式教授給學(xué)生，學(xué)生被動聽講易感枯燥無趣，無法體驗出力學(xué)和實際工程問題的聯(lián)系，缺乏一定的時代性和互動性，沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和探究熱情。

（3）目前結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的考核方式單一，采用小比重平時成績加大比重閉卷考試成績的考核方式，仍是一考定成績。平時成績以學(xué)生出勤以及作業(yè)情況為依據(jù)，不能有效反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的真實情況并做到過程控制。雖然近年慕課、線上教學(xué)得到大力提倡和推廣，但鑒于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的特點(diǎn)，線下教學(xué)仍應(yīng)是結(jié)構(gòu)力學(xué)授課的主要手段。尤其在一些地方普通高校，學(xué)生的知識基礎(chǔ)不夠扎實，學(xué)習(xí)和接受能力較弱，學(xué)生對使用線上教學(xué)和純多媒體教學(xué)的方式表現(xiàn)出不適應(yīng)，認(rèn)為以上教學(xué)方式的授課速度太快、互動性不強(qiáng)，學(xué)生在跟不上講課節(jié)奏及進(jìn)度的同時，又不能有效自我約束利用課下時間進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。由于學(xué)生的特點(diǎn)不同，在很多一流大學(xué)成功應(yīng)用的線上教學(xué)、混合式教學(xué)改革經(jīng)驗對于地方普通高校未必適用[3]。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“四維一體”教學(xué)體系的構(gòu)架和目標(biāo)

為了使結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)組織具有先進(jìn)性、時代性，促使師生深度交流，使學(xué)生課上課下投入更多的時間去學(xué)習(xí)和思考，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠進(jìn)一步提高自身學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識解決實際工程問題的能力并獲得更好的學(xué)習(xí)感受，在原有的課堂講授基礎(chǔ)上，增加“工程實例引入及分析、計算軟件學(xué)習(xí)及使用、模型設(shè)計制作及加載”三個部分，形成“四維一體”教學(xué)體系。該體系在單一課堂講授的基礎(chǔ)上進(jìn)行更多維度的拓展和融合。通過該體系的建設(shè)，使結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在原有挑戰(zhàn)度的基礎(chǔ)上增加更多的高階性、創(chuàng)新性。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“四維一體”教學(xué)體系中四個主要組成部分之前的相互聯(lián)系、作用以及該體系與學(xué)生的能力培養(yǎng)目標(biāo)之間的關(guān)系，是相輔相成、密不可分的。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“四維一體”教學(xué)體系的實施方法

1.工程實例引入及分析。在課堂講授過程中，針對重點(diǎn)概念和重點(diǎn)知識點(diǎn)引入工程實踐案例，使學(xué)生能夠?qū)⒘W(xué)知識與實際工程問題聯(lián)系起來。結(jié)合綜合分析思考題的布置，使學(xué)生自己運(yùn)用力學(xué)概念、力學(xué)原理對工程問題進(jìn)行分析，體驗用力學(xué)知識分析和解決實際工程問題的樂趣，拉近力學(xué)與學(xué)生的距離。通過在課堂上用力學(xué)知識分析一些工程事故案例，引導(dǎo)學(xué)生重視自身能力及責(zé)任心的培養(yǎng)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)力學(xué)課程蘊(yùn)含的思想引導(dǎo)作用。

2.計算軟件的學(xué)習(xí)。將易于掌握的力學(xué)分析計算軟件引入課程，提高學(xué)生對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計算分析能力，同時讓學(xué)生體驗到“軟件是工具，知識理論才是駕馭工具解決問題的基礎(chǔ)”。在講授結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念、基本計算原理和方法之后，利用輔導(dǎo)答疑時間指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、SAP2000等計算分析軟件，使學(xué)生掌握更為高效的計算分析工具，并能通過軟件的計算結(jié)果直觀的感受結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況，從而加強(qiáng)概念理解。此后，要求學(xué)生針對具體的計算題目分別用手算和軟件計算兩種方式進(jìn)行求解分析，使學(xué)生體驗到計算分析軟件的高效和便利，同時通過對學(xué)生的錯誤操作和錯誤的模型構(gòu)建進(jìn)行分析講解使學(xué)生體會到力學(xué)知識、理論的基礎(chǔ)作用，不是能操作軟件就可以得到正確的計算分析結(jié)果，力學(xué)知識和理論是駕馭計算分析軟件解決實際工程問題的根本基礎(chǔ)。

3.通過數(shù)字化力學(xué)模型理解基本概念、原理和方法。指導(dǎo)并要求學(xué)生通過軟件建立數(shù)字化力學(xué)模型，并對模型進(jìn)行荷載、約束的增加、拆減以及位置變換，觀察模型的實際變化情況，從而深刻理解重要力學(xué)概念、原理和方法。在學(xué)生對模型的自行拆解和變化的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象并運(yùn)用力學(xué)基本概念和原理解釋現(xiàn)象，使學(xué)生對幾何可變體系、幾何不變體系、多余約束、必要約束、基本部分、附屬部分等概念有直觀的感受從而更為深刻的理解它們的含義。

4.模型設(shè)計制作及加載。以某一具體工程實際問題為背景，開展課程內(nèi)全體學(xué)生參加的結(jié)構(gòu)力學(xué)數(shù)字建模分析、實體模型設(shè)計制作、加載測試相結(jié)合的結(jié)構(gòu)計算分析設(shè)計活動，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和工具解決實際工程問題的能力。通過前期計算分析、中期設(shè)計制作以及加載現(xiàn)場討論、分析、講解模型加載中存在的問題和現(xiàn)象，使學(xué)生體驗綜合運(yùn)用力學(xué)知識、計算分析工具解決實際工程問題的過程，感受到力學(xué)知識以及計算分析能力的重要作用，考查學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力，使學(xué)生理解結(jié)構(gòu)力學(xué)在專業(yè)課程中承上啟下的作用以及與其他課程的關(guān)系。