淺論結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革

趙昕

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?在土木工程專業(yè)中，結(jié)構(gòu)力學(xué)在應(yīng)用型基礎(chǔ)課中屬于一門比較重要的課程，該課程教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程息息相關(guān)，因此，教學(xué)質(zhì)量及水平對學(xué)生的知識掌握狀況產(chǎn)生直接影響，此外還對學(xué)生在工程實(shí)踐中的分析和解決問題的能力產(chǎn)生影響。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，側(cè)重于學(xué)生結(jié)構(gòu)定量的計(jì)算能力的培養(yǎng)，但是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸成熟及其在土木工程領(lǐng)域的普及應(yīng)用，對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的要求越來越高，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足時代及學(xué)生需求，并且存在諸多問題。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?土木工程;結(jié)構(gòu)力學(xué);教學(xué)改革

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2021）06-0212-02

在土木工程專業(yè)中結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門重要且基礎(chǔ)的課程，教學(xué)目標(biāo)是促使學(xué)生掌握有關(guān)結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論知識及方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生將較為抽象的工程實(shí)際問題轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之相對應(yīng)的力學(xué)模型，并通過計(jì)算分析軟件以及掌握的理論知識對問題進(jìn)行分析、解決。簡單來說，結(jié)構(gòu)力學(xué)其實(shí)就是在理論力學(xué)及材料力學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的深化和擴(kuò)展，同時也是之后專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因此，在整個土木工程專業(yè)中占據(jù)重要地位，充分發(fā)揮了承上啟下的作用。由于結(jié)構(gòu)力學(xué)題目變化多端，倘若學(xué)生基本知識不牢固，學(xué)習(xí)方法不當(dāng)，要想掌握更多的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識有很大難度。面對如此嚴(yán)峻的形勢，部分院校嘗試對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革，并取得了一定的成績。然而各大院校差異較大，教學(xué)方式不可生搬硬套，應(yīng)該在教學(xué)實(shí)踐中不斷優(yōu)化和完善。

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革目標(biāo)

現(xiàn)階段，絕大多數(shù)二本院校都在積極著手過渡為應(yīng)用型本科，以培養(yǎng)具備較高實(shí)踐操作能力的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，故而，要想從根本上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最直接、有效的方式就是繼續(xù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革[1]。

伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，我國科技水平得到了很大提升，對土建類人才的要求也逐漸提高，加之城市化進(jìn)程的不斷加快，房屋及橋梁結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及有限元分析軟件已經(jīng)成為工程實(shí)踐過程中不可或缺的工具[2]。在以往傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，較為注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力水平。但是這種教育觀念下培養(yǎng)出來的人才已經(jīng)不能滿足企業(yè)的崗位要求及社會發(fā)展需求。尤其是獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生，就業(yè)于生產(chǎn)一線的概率較大。這就導(dǎo)致很多學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)的相關(guān)知識對今后工作產(chǎn)生的影響不大，因此對結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣逐漸下降或者對其重視度不高，最終導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際工作中解決結(jié)構(gòu)問題的能力不足。以上種種都說明了要想培養(yǎng)應(yīng)用型人才，就應(yīng)該將之前以理論教學(xué)為中心的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程轉(zhuǎn)變成理論與實(shí)踐并重的教學(xué)方式，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革已經(jīng)成為一種趨勢[3]。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)存在的問題

（一）內(nèi)容冗長、凌亂

就當(dāng)前結(jié)構(gòu)力學(xué)的培養(yǎng)方案而言，其中某部分內(nèi)容冗長并且較為凌亂，例如桁架桿的內(nèi)力計(jì)算這部分內(nèi)容，在理論力學(xué)中已經(jīng)出現(xiàn)，并且已經(jīng)作為重點(diǎn)講授，然而在結(jié)構(gòu)力學(xué)中再次出現(xiàn)，又需要重新講授一次，并且兩次講授的內(nèi)容并不能很好地銜接起來，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時常常處于懵懂狀態(tài)。又比如說矩陣位移法這部分內(nèi)容在之后工作實(shí)踐中不經(jīng)常運(yùn)用到，但是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程大綱卻將這部分內(nèi)容作為重點(diǎn)，要求教師對其深入剖析，這不但浪費(fèi)課堂時間，同時還需要學(xué)生投入大量精力[4]。因此，面對如此冗長和凌亂的內(nèi)容，該課程改革勢在必行。

（二）內(nèi)容抽象，晦澀難懂，學(xué)生理解難度大

結(jié)構(gòu)力學(xué)就是對結(jié)構(gòu)在各種效應(yīng)下的響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，其中包括內(nèi)力計(jì)算以及位移計(jì)算。例如內(nèi)力計(jì)算這部分內(nèi)容，鑒于內(nèi)力是看不見、摸不到的，內(nèi)容比較抽象，學(xué)生對這部分內(nèi)容缺少感性認(rèn)識，因此，極易與變形等相關(guān)概念弄混，進(jìn)而導(dǎo)致知識點(diǎn)掌握不清晰。另外，學(xué)生初次涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)這一課程，再加上內(nèi)容具有較強(qiáng)的抽象性，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，甚至有些學(xué)生學(xué)習(xí)目的并不明確，如何學(xué)習(xí)、掌握知識內(nèi)容，如何運(yùn)用已知力學(xué)模型進(jìn)行分析等問題層出不窮，致使學(xué)生空有一身知識而不知如何運(yùn)用。長此以往學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣消磨殆盡，他們根本不了解該課程的重要性以及對工作產(chǎn)生的影響。

（三）實(shí)踐教學(xué)匱乏

鑒于結(jié)構(gòu)力學(xué)有較強(qiáng)的理論性，教師為了加深學(xué)生對理論知識的理解，在教學(xué)過程中往往以理論講授為主，而實(shí)踐教學(xué)寥寥無幾。學(xué)生在掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)知識后，盡管對靜定結(jié)構(gòu)及其內(nèi)力計(jì)算了如指掌，但是知識在實(shí)際工作中的運(yùn)用能力并不高。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的有效路徑

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.適當(dāng)刪減或弱化課程相關(guān)內(nèi)容

伴隨著學(xué)科的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的課時不斷減少，但是需要掌握的內(nèi)容未發(fā)生變化，要想學(xué)生在一定的時間內(nèi)高效實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，就應(yīng)該對該課程教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化和刪減[5]。例如，靜定平面桁架內(nèi)力計(jì)算這部分內(nèi)容已經(jīng)在理論力學(xué)中有具體講授，因此只需要簡單復(fù)習(xí)即可，沒必要詳細(xì)進(jìn)行講解。再比如材料力學(xué)中的靜定梁、靜定鋼架的內(nèi)力計(jì)算以及繪制內(nèi)力圖的內(nèi)容，只需要一帶而過，應(yīng)將掌握更多不同的繪制技巧作為這部分內(nèi)容的重點(diǎn)。隨著專業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，之前適用或者價值較高的理論在現(xiàn)下可能已經(jīng)不再適用或者不再重要，但是在教材中依舊保留下來了，故而在制訂教學(xué)任務(wù)及教學(xué)計(jì)劃時應(yīng)該對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，之前彎矩分配法、剪力分配法以及力法的簡化等技巧較為盛行，并且這些技巧都是以手算為基礎(chǔ)的，盡管這些技巧靈巧高明，超乎尋常，但是當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)以及工程軟件技術(shù)產(chǎn)生并得到了廣泛運(yùn)用，手算技巧已經(jīng)不再適用，因此這部分內(nèi)容應(yīng)該逐漸削弱。

2.對課程內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和加強(qiáng)

由于學(xué)科不斷發(fā)展以及社會需要，應(yīng)該提高學(xué)生對某些知識內(nèi)容的認(rèn)識，例如，靜定結(jié)構(gòu)影響線的計(jì)算，在局部加載中影響線加載運(yùn)用較為廣泛，應(yīng)該對這部分內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，加強(qiáng)學(xué)生對靜定結(jié)構(gòu)影響線的認(rèn)識，以便良好運(yùn)用。再比如位移法、矩陣位移法在現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)中是必不可少也是非常典型的理論內(nèi)容，雖然這部分內(nèi)容有著較強(qiáng)的抽象性，理解起來難度較大，但是就當(dāng)前結(jié)構(gòu)力學(xué)所使用的計(jì)算方式的發(fā)展?fàn)顩r來看，矩陣又是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，因此應(yīng)該對位移法以及矩陣位移法的原理、使用方法及其應(yīng)用作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行深入講解，幫助學(xué)生真正從手算中解脫出來，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)計(jì)算。此外，還可以結(jié)合土木工程學(xué)習(xí)的發(fā)展需求，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和完善，例如在對結(jié)構(gòu)定性分析這部分內(nèi)容進(jìn)行講解時，可重點(diǎn)講授結(jié)構(gòu)分析內(nèi)力圖的核查，培養(yǎng)學(xué)生定性分析能力及自我糾錯能力，同時提高學(xué)生內(nèi)力判斷的準(zhǔn)確性。

（二）創(chuàng)新和優(yōu)化教學(xué)方法

1.將現(xiàn)代教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)融合

眾所周知，結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門理論性及邏輯性都較強(qiáng)的課程，需要教師靈活運(yùn)用教學(xué)方式將課程內(nèi)容直觀展現(xiàn)出來，激發(fā)學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)知識的學(xué)習(xí)興趣。通過多媒體設(shè)備將一些晦澀難懂及抽象的內(nèi)容或者不能用語言表達(dá)出來的內(nèi)容通過PPT或者視頻等方式展現(xiàn)出來，加深學(xué)生對知識內(nèi)容的理解和鞏固，同時節(jié)省板書時間，提高課堂教學(xué)成效。當(dāng)然，并不是讓多媒體教學(xué)完全取代板書講解，某些內(nèi)容適用于板書講解，例如力法、位移法的公式計(jì)算等難度較大且繁雜的內(nèi)容，只有利用板書為學(xué)生具體講解，同時一步一步進(jìn)行推導(dǎo)，加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的交流和溝通，同時便于學(xué)生理解，鞏固記憶。因此將現(xiàn)代教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)融合，相互補(bǔ)充，可在提高教學(xué)質(zhì)量水平的同時提高教學(xué)效率。

2.靈活運(yùn)用案例教學(xué)法

學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識就是為之后的工作打基礎(chǔ)，但是鑒于結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)容抽象，所學(xué)知識源自理論分析，與實(shí)踐有著較大差異，將其與工程實(shí)際結(jié)合起來有著較大難度。在學(xué)習(xí)概念性內(nèi)容或者與工程實(shí)際緊密相連的知識內(nèi)容時，將理論與實(shí)際銜接起來，甄選出一些生活中常見的工程案例，不僅可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時還容易理解。在課堂教學(xué)過程中，可以將真實(shí)工程案例融入教學(xué)當(dāng)中，盡可能課堂教學(xué)中講述的每個知識點(diǎn)都能聯(lián)系工程實(shí)際案例。例如在講解拱結(jié)構(gòu)的合理拱軸概念時，就可以提出趙州橋?yàn)槭裁纯梢砸倭⒌浆F(xiàn)在的問題;在對組合結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析時，可以將其與公園秋千連接起來，用以說明怎樣區(qū)分鏈桿及梁式桿等。這種教學(xué)方式自然而然讓學(xué)生意識到結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程實(shí)際中發(fā)揮的重要作用。

（三）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)的性質(zhì)決定了應(yīng)該通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，并且力學(xué)的概念就是通過實(shí)踐總結(jié)出來的。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)便于學(xué)生對概念類及專業(yè)知識的理解。院校應(yīng)該為學(xué)生構(gòu)建開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，通過實(shí)驗(yàn)的方式加深學(xué)生對知識的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，提高其動手操作能力及獨(dú)立解決問題的能力。此外，定期舉辦結(jié)構(gòu)大賽，有學(xué)生個體或小組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型，將學(xué)生分析能力及解決問題的能力最大限度地發(fā)揮出來。利用實(shí)踐教學(xué)提高結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，不再受到課堂理論教學(xué)為主的束縛，讓更多的學(xué)生參與到課堂教學(xué)活動中。

四、結(jié)語

伴隨著社會的穩(wěn)步發(fā)展，高校應(yīng)對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行重新定位，將培養(yǎng)應(yīng)用型人才作為主要目標(biāo)。只有在教學(xué)實(shí)踐中不斷對結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，緊隨時代發(fā)展需求，才能有效提高該專業(yè)學(xué)生的力學(xué)分析能力及計(jì)算能力，強(qiáng)化學(xué)生的市場競爭力，從根本上優(yōu)化應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

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編輯 郭起珍