改進結構力學教學方法 提高學生實踐創(chuàng)新能力

劉京紅， 祝 捷， 何洪明， 杜光乾

（1.河北農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設學院，河北保定071001；2.中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院，北京 100083）

改進結構力學教學方法 提高學生實踐創(chuàng)新能力

劉京紅1， 祝 捷2， 何洪明1， 杜光乾1

（1.河北農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設學院，河北保定071001；2.中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院，北京 100083）

結構力學是土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是聯(lián)系基礎理論和專業(yè)知識的橋梁。結構力學的學習目的是為學生在專業(yè)課學習階段提供理論基礎，為學生在將來工作中解決工程問題提供計算工具，其教學質量的好壞直接影響到土木工程專業(yè)后續(xù)課程的學習和學生綜合能力的提高。在結構力學教學過程中，通過各個教學環(huán)節(jié)改變學生的思維方式，培養(yǎng)學生的學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和完善自我的能力，以促進學生的全面發(fā)展，為學生以后的繼續(xù)學習和創(chuàng)業(yè)打下良好的基礎。

結構力學；教學方法；綜合能力

結構力學是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課之一，是一門結構嚴密、邏輯性強的課程［1］；是聯(lián)系基礎理論和專業(yè)知識的橋梁［2］。結構力學的教學目的是為學生在專業(yè)課學習階段提供理論基礎，在將來的實際工作中解決工程問題提供計算方法。故結構力學教學質量的好壞直接影響到土木工程專業(yè)后續(xù)課程的學習和學生綜合能力的提高。在結構力學教學中，教師必須堅持科學發(fā)展觀，積極優(yōu)化教學內容，改革教學方法，充分調動學生學習的主動性和創(chuàng)造性，增強學生從業(yè)從教的實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型的優(yōu)質合格人才。

結構力學作為土木工程等工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，其教學目的不但要求學生熟練掌握書本上講授的理論知識，還要求學生能夠靈活運用所學結構力學理論知識去解決工程中實際存在的問題。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，建筑結構的形式越來越多，利用結構力學對建筑結構的計算也日益復雜。如何在結構力學教學中培養(yǎng)和提高學生的實踐創(chuàng)新能力，成為結構力學課程的教學任務。提高學生的實踐創(chuàng)新能力，作者認為應從以下方面考慮：

一、整合教學內容，培養(yǎng)學生適應時代發(fā)展的能力

隨著計算機的普及，結構力學的課程內容也由單純的手算演變?yōu)槭炙愫碗娝愕慕Y合。在掌握手算為主的基本理論的基礎上，利用計算機進行結構力學計算、結構分析、結構設計與結構研究已成為必然趨勢。為了培養(yǎng)適應型人才，結構力學教研組整合和重組了結構力學課程教學內容，優(yōu)化了結構力學課程體系。將結構力學課程體系劃分為經(jīng)典結構力學、計算結構力學、結構力學專題和定性結構力學4個模塊。經(jīng)典結構力學由原來的適于手算的結構力學基本理論知識和基本解題方法組成，側重于結構力學的基本概念、基本理論和基本方法，是整個結構力學新體系的基礎。計算結構力學主要包括矩陣位移法的相關內容，教學目的為培養(yǎng)學生基于結構力學基本理論進行計算機建模能力、使用常用結構軟件和數(shù)值分析軟件進行分析計算的能力。結構力學專題包括結構動力、穩(wěn)定計算、結構極限荷載及塑性分析。定性結構力學著重于對計算所得數(shù)據(jù)和電算結果等迅速做出綜合分析和判斷的能力。

結構力學課程的教學內容不僅應滿足學生學習后續(xù)專業(yè)課的要求，也應重點考慮學生畢業(yè)后所從事專業(yè)工作、新項目開發(fā)研究、繼續(xù)學習的要求。以此為目的，在結構力學教學中主張“以學生為中心”，即把結構力學教學的重點從基本理論知識的傳授，轉移到學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)上。按照土木工程專業(yè)“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的培養(yǎng)目標［3，4］，經(jīng)多次研究討論，結構力學課題組教師修改并制定了土木工程專業(yè)結構力學課程教學大綱。在新的課程體系下，結構力學課程建設按照“厚、精、現(xiàn)、新”（厚基本理論、精選內容、現(xiàn)代化教學手段應用、新知識和新成果納入教學內容）的原則，整合課程內容，形成自己的特色。

二、運用互動式教學方法，培養(yǎng)學生的自學能力

在信息時代，知識更新周期越來越短，大學所學的知識很快會過時。具備自學能力，就可以不斷的為自己充電。具備自學能力、能不斷為自己進行知識充電的工程師，也正是社會的需求所在。因此，在結構力學教學過程中培養(yǎng)學生的自學能力，對他們走向工作崗位后及時補充業(yè)務新知識，提高崗位競爭力是非常必要的。

結構力學課程內容較多，與先修的理論力學、材料力學課程聯(lián)系緊密，學生普遍感到比較難學。而且如果不適當把握結構力學的教學方法，則很容易讓很多學生的學習成為“被動學習”。為幫助學生把“被動學習”變成“主動學習”，任課教師除了適當增加分析討論課之外，還在平時的教學中引入啟發(fā)式教學，教師在課堂上盡量把每個學生的學習積極性都調動起來，為課堂留出討論時間讓學生積極討論，引導學生從中不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、獨自思考，嘗試解決問題的途徑和方法。比如在瞬變體系的講解中，先講概念，瞬變體系原本是一種幾何可變體系，經(jīng)過微小的幾何位移后，系統(tǒng)變?yōu)榈膸缀尾蛔凅w系，這樣的體系被稱為瞬態(tài)系統(tǒng)。如圖1（a）中，當鏈桿1與鏈桿2共線，A點可以沿?、?，?、虻墓芯€方向發(fā)生運動，此時體系是幾何可變的。當A點沿切線方向位移至鏈桿1與鏈桿2不再共線，如圖1（b）所示，則體系變?yōu)閹缀尾蛔凅w系，這樣的體系被稱為瞬變系統(tǒng)。教師可以在解釋完瞬變體系的概念后提問：“瞬變系統(tǒng)是否可用于結構呢？”讓學生討論兩分鐘。學生們的討論結果一定會有兩種：可以用作結構或不可以用作結構。可以選出兩名代表，分別闡明他們認為瞬變體系能用作結構或不能用作結構的理由。然后教師進行瞬變體系的的內力分析，并以內力分析的結果告訴學生，瞬變體系在很小的荷載的作用下可以產(chǎn)生巨大的桿件內力，造成桿件的強度破壞，故幾何瞬變體系絕對不能作為結構使用，只有幾何不變體系才能作為建筑結構使用。這樣，通過啟發(fā)式互動教學，幫助學生把“被動學習”變成“主動學習”，不但激發(fā)了學生的學習積極性，使他們對瞬變體系有了更深入的理解，而且也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維。

圖1 瞬變體系示意圖

在啟發(fā)式教學過程中，老師引出的問題要由淺入深，使學生能在熟知的知識中學到新的方法和知識。避免直接闡述課本外的較難理解的與之相關的內容。同時，教師要對在啟發(fā)式教學中發(fā)現(xiàn)的問題及時進行總結和歸納，拓寬學生的知識面，使學生所學的知識前后融會貫通。

三、理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生的實踐能力

土木工程專業(yè)的學生，畢業(yè)之后大部分要從事結構設計或現(xiàn)場施工等方面的工作，因此，建立正確的力學概念，掌握分析方法的基本原理應是結構力學課程的基本目的。

結構力學中的計算主要是在結構計算簡圖上進行的，學生不容易建立實際結構與計算簡圖之間的聯(lián)系，因此在教學過程應注意介紹工程設計中的實際問題以及如何將實際結構簡化成結構計算簡圖的過程，同時引導學生自己動手處理實際工程結構問題。從身邊的建筑講起，實際結構如何選取結構力學的簡化計算模型、結構計算簡圖受力分析、結構的內力方法的選擇計算到結構的設計，安全性的判定等等，把各種結構力學計算簡圖的創(chuàng)建與實際建筑物進行對比，讓學生做到學以致用。鼓勵學生到施工現(xiàn)場參觀實習，加深對實際結構的理解，以便把書中所講的計算簡圖與實際建筑物對應起來進行計算；通過對實際結構的計算，調動了學生的學習興趣，培養(yǎng)了他們發(fā)現(xiàn)問題、獨立分析問題和解決問題的能力，訓練了他們的創(chuàng)造性思維，使學生所學的知識“活”起來。

四、引入科技新成果，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

教學與科研是一種互動互長關系。錢偉長院士說：“教學沒有科研作底蘊，就是一種沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育”［5］。沒有創(chuàng)新精神的教師，不可能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的人才。高等學校工科專業(yè)的教學必須和科研相聯(lián)系，如果教師不搞科研，教師知識更新慢，就無法把本專業(yè)科技前沿的知識傳達給學生，達不到理想的教學水平；如果教師不能站在學科前沿，就培養(yǎng)不出具有創(chuàng)新實踐能力的學生。同樣，教學對科研也是非常有幫助的。教學的過程，其實就是再學習和再思考的過程。清華大學袁駟教授正是通過教學與科研的相長關系［6］，在教學中發(fā)掘和開辟出了多項學科前沿新課題和新領域，取得了豐碩成果。在結構力學教學中，教師給學生介紹本學科的研究成果時，要注意學生的接受能力，盡量結合所學的知識用簡單的方法講清問題的實質，讓學生覺得自己有能力去進一步研究這個項目、應用這個成果，而且讓學生覺得這個成果是聯(lián)系基礎知識和專業(yè)學習的橋梁，讓學生感覺到很想通過學習來參與到項目的研究中去，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生應用科研成果的創(chuàng)業(yè)能力。

五、提高課堂教學效果，激發(fā)學生學習興趣

結構力學教學中，傳統(tǒng)教學方式仍是教學的主導方式。在傳統(tǒng)教學方式下，教師可以控制推導公式的快慢節(jié)奏，能用簡單的計算簡圖和精煉的話語把某個復雜的結構力學問題分析清楚透徹，在講課過程中可以邊講理論邊繪圖，突出教學重點。教師可以及時從學生在課堂反應中了解學生對教學內容理解的程度、哪里出現(xiàn)的難題及原因等，并可及時采取適當?shù)姆椒▉斫鉀Q問題，發(fā)揮教師的主導性。使得學生可以與教師思維同步，及時掌握所學的內容，這對提高結構力學教學效果起著至關重要的作用，也是任何現(xiàn)代技術所無法代替的。

但在結構力學課程內容增加而學時數(shù)縮減的現(xiàn)實下，單純使用信息量小的傳統(tǒng)教學方法的確難以滿足培養(yǎng)厚基礎、寬口徑的實踐創(chuàng)新型人才的要求。所以有必要采取多媒體教學方式作為結構力學課程教學的輔助手段。對于那些比較抽象、難以用語言描述清楚的教學內容，采用動態(tài)視頻、動畫、照片和聲音等來進行講解，增加學生的感性認識，幫助他們更好地理解和接受結構力學的概念和原理。結構力學課程中所講授的每一種結構類型都可以在實際的土木工程結構中找到很好的例子。因此，在講解每一種結構類型之前，搜集國內外屬于此種結構類型的著名結構圖片或身邊的結構照片，對該結構的設計背景或設計者加以簡單介紹，使學生對該種結構形式有直觀的認識，激發(fā)學生的學習興趣。

只有合理利用多媒體和板書，課堂才能真正地生動起來，學生才能真正成為教學的主體，積極參與到課堂教學中來。教師應根據(jù)結構力學教學內容選擇不同的教學手段，在課堂講授中，不論選擇哪種教學手段，一定要充分發(fā)揮教師在教學中的主導作用，多媒體只是一種輔助性的教學手段。只有將教師的主導性與多媒體的輔助性結合起來，才能使兩者在教學中實現(xiàn)優(yōu)勢互補，取得良好的教學效果。

總之，結構力學教學中培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力意義深遠。結構力學的課程內容和教學目的應服務于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。對于工科院校的應用型人才培養(yǎng)，應特別注意增強畢業(yè)生的工程實踐能力及創(chuàng)業(yè)能力，因此，在結構力學教學中，必須堅持科學發(fā)展觀，大力加強教學改革工作，切實提高人才培養(yǎng)質量，促進學生的全面可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 劉京紅，何洪明，高宗章，等.結構力學教學中培養(yǎng)學生可持續(xù)發(fā)展能力研究［J］.河北農(nóng)業(yè)大學學報（農(nóng)林教育版），2008（1）：56－58.

［2］ 龍馭球，包世華.結構力學［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［3］ 劉鳴，王新華，賈紅英.從土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標看結構力學課程建設［J］.高等建筑教育，2006（3）：67－70.

［4］ 胡曉光.論結構力學教學改革中學生綜合能力的培養(yǎng)［J］.黑龍江高等教育研究，2005（9）：104－105.

［5］ 錢偉長.談教師創(chuàng)新與學生創(chuàng)新的關系［J］.群言，2002（209）：1.

［6］ 袁駟.一個基礎兩座大廈［J］.力學與實踐，1998（4）：56－58.

On improving students′extensive ability in the reform ofStructureMechanicsteaching based on the scientific outlook on development

LIU Jing－h(huán)ong1，ZHU Jie2，HE Hong－ming1，DU Guang－qian1
（1.College of Urban and Rural Construction，Agricultural University of Hebei，Baoding 071001，China；
2.School of Mechanics ＆Civil Engineering，China University of Mining ＆Technology，Beijing 100083，China）

StructuralMechanicsis one important special basic course of civil engineering specialty and is the bridge contacting basic theory and the professional knowledge.The learning aim ofStructuralMechanicsare not only acquiring rationale for study specialized course in college stage but also provides one kind of the implement for the students to resolve in the project problem in their future actual work.The quality ofStructuralMechanicsteaching has direct impact on the follow－up special course study and impact on improving extensive synthetical ability of students.It also has signicance to the students′extensive ability include learning ability，practical ability，innovation ability and perfect oneself ability based on scientific outlook on development through improving everyStructuralMechanicsteaching segment.It could stimulate the students′integrated development that is to lay down a fine basis for students＇later study and their career.

structural mechanics；teaching method；extensive ability

G 642.0

A

1008－6927（2011）03－0339－03

2011－04－19

河北省教學創(chuàng)新高地建設重點建設項目（土木工程專業(yè)）；河北農(nóng)業(yè)大學第七批教學研究項目（項目編號：10－B14）；中國礦業(yè)大學（北京）課程建設與教學改革項目（項目編號：K100601）資助。

劉京紅（1975－），女，博士，副教授，從事結構力學教學與結構研究。

（

劉雪春）