結構力學課程教學改革初探

李會軍，李宗利

摘 要：結構力學是土木工程、水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，在工程結構的方案選擇、設計中占有極為重要的地位。文章從結構力學教學現(xiàn)狀及存在的問題出發(fā)，提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”背景下改進結構力學課程教學的舉措。

關鍵詞：結構力學;教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）02-0004-03

結構力學是土木工程、水利水電工程及相關專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課[1]，主要任務是研究桿系結構（如梁、桁架、剛架、組合結構和拱等）在外載、溫度、支座移動等作用下的內力、位移等;分析不同形式結構的受力特點和工程應用;確定各類結構的荷載傳遞路徑與承載能力;研究、提出各種新型結構體系。其主要先修課有高數(shù)、理論力學和材料力學等，是后續(xù)“（水工）鋼筋混凝土結構”、“（水工）鋼結構”、“高層建筑結構設計”、“地基基礎”等專業(yè)課程及課程設計、畢業(yè)設計的重要基礎，在整個專業(yè)中占有非常重要的地位。長期實踐證明，學生具備扎實的結構力學知識，利于對后續(xù)專業(yè)課內容的掌握和理解。

目前大多院校的結構力學課內學時為60—80學時。該課程具有內容多、理論性強等特點，學生普遍感覺理論不難，上課較易懂，但習題難做，不易上手。結構力學題目靈活多變，如果學生材料力學等基礎知識不扎實、學習方法不當，要熟練掌握、靈活運用結構力學知識確實較難。本科院校的“結構力學”教學狀況仍不樂觀，學生曠課、遲到時有發(fā)生，上課心不在焉、偷偷玩手機，期末考試成績不甚理想[2-3]。在卓越工程師教育培養(yǎng)計劃啟動的背景下，很多試點院校對結構力學的課程改革進行了嘗試與探索，并取得了一定成效，但仍存在一些問題亟待解決[4]。作者結合幾年來結構力學的教學經(jīng)歷、思考與總結，談談本門課程的幾點教學體會。

一、“結構力學”教學的現(xiàn)存問題

（一）學生不重視

學生對結構力學課程沒有客觀、全面的了解，學習過程較茫然，自己沒有獨立的想法、看法與見解，不少學生所使用的教材有舊版、也有復印的，對該門課程重視程度不夠。教師講什么學什么，不會主動翻閱未講授部分，下課更不會去學習、探究相關資料。還有學生認為，目前數(shù)值計算方法發(fā)展迅速，各種力學計算軟件風靡市場，用計算機能解決的問題何必徒手計算，忽略了結構力學在結構初步設計、方案優(yōu)選、力流傳遞及后期計算結果校核中的重要性。這就要求教師在講課過程中，向學生滲透該門課程的重要性。

（二）開設課程過多，沒有足夠時間深入學習

目前，通識教育在國內高校甚行，本科開設課程門數(shù)過多、學科過雜，這可從本科生的課表看出，導致學生沒有足夠的時間去深入學習、拓展專業(yè)知識，不少學生對各門課程學習不夠透徹、全面，不能領悟到其中的精髓。筆者在授課過程中發(fā)現(xiàn)，一些學生在課堂上復習其他即將考試的課程，趕著做其他課程的作業(yè)，造成目前學生對專業(yè)基礎課程、專業(yè)課程知識掌握不夠深、不透徹。筆者利用課間時間詢問緣由，學生表示不是不想深入學習，而是課程太多、作業(yè)量大，沒有足夠的時間去復習、練習。這是目前本科教學改革的一個弊端。根據(jù)教育部高等學校力學教學指導委員會的基本要求[5]，結構力學應加強實踐性教學環(huán)節(jié)，并且要有一定的課堂討論時間，要保證習題、作業(yè)的數(shù)量和質量，保證學生有一定的上機時間?；诖耍處熆梢岳谜n堂時間多講授一些典型例題，在課堂上就讓學生把所學知識消化掉。適度布置作業(yè)，不宜過多，但要精。在時間不允許的前提下，過多的作業(yè)會使得部分學生不得不去抄。

（三）課程難學，學生缺少興趣

該課程的特點是內容多、理論性強、計算過程煩瑣、方法技巧性要求高。學生普遍感到該課程難度大、枯燥，提不起興趣，這或許與學生沒有正確掌握其學習方法有關。再加上對該門課程認識不夠、重視程度不足，沒有花足夠的時間復習與思考，對所學知識一知半解，沒有體會到解題樂趣，學習興趣不夠濃厚。教師在講課過程中可以通過風趣的語言、有趣的算例、一題多解、不時提問等方式來激發(fā)學生的學習興趣。上課時可采用幽默風趣的語言結合生活實例幫助學生理解，盡量營造一種輕松愉快的學習氛圍，從而提高教學質量與學習效率。

（四）學生基礎差，學習困難

不少學生前期對專業(yè)基礎課程（如材料力學、理論力學）重視程度不夠，先修課程成績差，導致學生感覺結構力學難度大。授課過程中，筆者曾詢問結構力學是否難學，學生的回答往往是前期材料力學課程沒學透，現(xiàn)在很多相關內容聽不懂。針對此，在學習“靜定結構的受力分析”之前，教師可以讓學生課前認真復習一下材料力學相關知識，如彎矩圖、剪力圖和軸力圖的繪制。這樣會大大改善學生的聽課效果。

（五）工程背景不清

在結構力學課程的第一章，教材簡單講解了工程結構力學模型簡化，如桁架結構、剛架結構及邊界約束的簡化。但在后續(xù)章節(jié)中很少涉及，導致學生對所計算結構的工程背景不清，荷載由來不清，例如為什么剛架計算中分布荷載有時全跨布置，有時則半跨布置。在結構的位移計算中，學生會計算結構的位移，但不知道為什么要計算結構的位移。教師在授課過程中，可以穿插相關專業(yè)背景知識，使學生有更深入、全面的認識與理解。

二、改進“結構力學”教學的舉措

（一）精選教材內容

結合我國高等院校擴招后生源及培養(yǎng)目標從精英教育轉向大眾教育的實際情況，在授課學時壓縮的情況下，就須提煉課程重點、精簡講課內容，刪除與其他課程重復的內容。在理論力學中已學過的桁架的內力計算，結構力學無須花費過多時間。矩陣位移法在該門課只有72/80學時的前提下沒有足夠的課時展開講，該內容在有限單元法中對其有詳細介紹，在結構力學中不必講解。在材料力學中學過了靜定梁內力圖的做法，結構力學只需簡單帶過，側重一下不同點。結構力學中的選學內容是對基礎部分的進一步深化和應用，有時更為重要，因為其中很多內容是后續(xù)課程（橋梁工程、高層建筑結構設計、鋼筋混凝土結構等）的重要基礎。例如，無鉸拱的內力計算方法、包絡線的意義及工程應用是橋梁工程的重要內容。無剪力分配法、D 值法是高層建筑結構設計中采用的重要方法。教師根據(jù)學生專業(yè)的不同，講授內容應有所側重。

（二）注重與工程相結合，適當增加科研成果

力學理論從工程中來，又要到工程中去。結構力學的教學離不開工程實際。結合實際工程案例進行教學可以收到很好的效果。例如，在介紹支座、約束的具體形式時，可讓學生利用課余時間到體育館、橋梁、鋼廠房等具體結構中觀察各種支座，了解其具體構造與受力特點。

在結構的位移計算章節(jié)中，當梁的高跨比小于1/8—1/10時，這類一般梁可忽略剪切變形對位移的影響;但當梁的高跨比較大，如為1/2時，深梁的剪切變形對位移的影響則不可忽略，在此可列舉工程中常見的轉換梁，其主要用于底層商場、上層住宅的底框架上剪力墻結構，在剪力墻與底層框架連接處需設轉換構件，轉換梁就是常用的一種。教學中引入工程實例，使其獲得感性認識，可激發(fā)學生的學習興趣。

在結構的幾何構造分析章節(jié)中，主要闡明了結構應是幾何不可變體系。但千萬不要因為“幾何可變體系不能用作結構”就把幾何可變體系當成“廢物”，將它們排斥于視野之外，幾何可變體系并不總是“無用”[6]，有時人們會故意去掉幾何不變體系中部分必要約束，使它變成幾何可變體系，從而達到某種目的，例如可為施工帶來便利。許多大跨度空間結構因跨度、高度與自重均較大，無論使用“高空散裝法”或在地面拼裝后整體吊裝都有困難。為克服該困難，人們想出了另一種施工方案：在地面組裝時暫不安裝某些部位的徑向桿（見圖1a），等組裝完成后，用液壓頂升的方法把結構推舉到設計標高（見圖1b），然后再連上先前未裝的徑向桿（見圖1c），這樣一個幾何可變的機構被“鎖住”變成一個穩(wěn)定的幾何不變體系。在以上過程中，因將結構分解成為較小部件，給施工帶來了很大方便。以上例子所包含的概念是日本法政大學工學部教授川口衛(wèi)（Mamoru Kawaguchi）于1984年首次提出，稱為“攀達穹頂（Pantadome）”體系。此后，該體系又陸續(xù)成功應用于多個大型空間鋼結構。

（a）地面安裝，準備提升

（b）提升過程中

（c）提升就位

圖1 ?“攀達穹頂”施工體系

（三）發(fā)揮多媒體、網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢

結構力學中所講授的每種結構形式（如梁、剛架、桁架和拱等）都可在實際工程中找到，因此，在對每種結構形式受力分析前，充分發(fā)揮多媒體教學直觀、生動的優(yōu)點，搜集國內外各類工程結構圖片，并簡單介紹其設計背景，使學生對各種結構形式有直觀的感性認識，來激發(fā)學生的學習興趣。網(wǎng)絡教學平臺是現(xiàn)代教學手段的有效補充[7]，教師可將PPT課件、教學視頻、概念結構力學、計算結構力學等相關資料上傳在網(wǎng)絡教學平臺之上，供學生學習，也可在其上答疑、布置作業(yè)等。網(wǎng)絡教學平臺提高了課堂利用效率，豐富了學習途徑。

（四）運用啟發(fā)式教學

結構力學是一門理論性強、技巧性頗高的課程，教師可采用“啟發(fā)式”教學，結合知識點進行問題設計，巧設懸念、“陷阱”等方法激發(fā)學生求知欲[8]，引導學生深入思考、理解問題。課后可以留一些思考題，供學生課后思考，學生帶著問題離開課堂，勤于思考的學生找到答案后會期盼回到下一節(jié)課堂。

在結構力學的教學過程中，由于該門課程技巧性要求頗高，教師可采用多種方法求解同一問題，啟發(fā)學生的思考模式。在結構的位移計算章節(jié)中，單位荷載都是加在擬求位置之上，且方向與擬求位移一致。圖2所示為渡槽結構的計算簡圖，忽略了側水壓力的作用，求C、D兩點的相對位移，EI為常數(shù)。一對單位荷載可分別相對或相背離地施加于C、D兩點上。此外，還可將單位力矩施加于A、B兩節(jié)點上，求出A、B兩截面相對轉角，確定了該相對轉角后，乘以AC或BD桿的長度h，即為A、B兩點的相對位移。二者計算結果相同。

圖2 ?渡槽相對位移的計算

再如擬求圖3a桁架桿a軸力?？刹捎霉?jié)點法，也可采用截面法進行求解，而截面法更加便捷。

方法1：節(jié)點法。首先在節(jié)點F處應用節(jié)點法求得桿EF的軸力FP，然后再在節(jié)點E處應用節(jié)點法，在垂直于AD連線方向列力平衡，即可求得桿a的軸力，但a桿軸力在該方向分解時較麻煩，于是可尋求另一種求解方法——截面法。

方法2：截面法1[9]。作截面I-I，如圖3a，截斷5根桿，但因除桿a外其余桿件延長線交于A點，取I-I隔離體，將FN2移至B點分解，由∑MA可求出FN2的豎向分量，利用幾何關系，即可求出FN2。

方法3：截面法2。作截面II-II，如圖3b，同樣截斷5根桿，但因除桿a和桿EF（該桿軸力為FP）外其余桿件延長線交于D點，取II-II隔離體，將FN2移至B點分解，由∑MD可求出FN2的水平分量，利用幾何關系，亦可求出FN2。

（a）截面法一（b）截面法二

圖3 ?截面法求個別桿件內力

（五）培養(yǎng)學生的電算能力

目前各種數(shù)值仿真軟件在工程結構的分析、設計中應用甚廣，培養(yǎng)學生對結構設計、分析軟件的運用能力也是該門課程的任務之一。在培養(yǎng)學生手算能力的同時，引入ANSYS等有限元軟件，電算配合手算，用電算檢驗手算結果。讓學生應用已學的VB、VC或Matlab等高級編程語言編寫計算程序。可為以后的專業(yè)課課程設計、畢業(yè)設計（論文）及工作奠定良好的基礎。

三、結論

結構力學課程的教學改革是一項復雜且艱巨的任務，教學方法需要在實際教學中不斷探索、思考和發(fā)展。將課堂所學內容與工程實踐相結合，將力學原理的講授與數(shù)值計算的應用相結合，才能收到更好的教學效果。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”大背景下優(yōu)化結構力學教學內容，改進教學方法，發(fā)揮多媒體以及網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢，可提高結構力學的教學效果。筆者結合幾年來結構力學的教學與工程實踐，對現(xiàn)存問題及解決辦法進行了探討，希望對結構力學的教學提供新的方法與思路。

參考文獻：

[1]周臻，陸金鈺，尹凌峰等.面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結構力學教學改革與實踐[J].2012，（4）.

[2]劉永軍，宋巖升，王宇.結構力學課程“四模塊體系”探索及實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2012，（3）.

[3]劉新柱，王冬，潘佳卉.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標的工程力學教學改革與實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，

2014，（1）.

[4]夏江濤.建筑學專業(yè)建筑力學課程教學設計探討[J].?黑龍江教育：高教研究與評估，2010，（11）.

[5]教育部高等學校力學教學指導委員會.高等學校理工科非力學專業(yè)力學基礎課程教學基本要求[M].北京：高等

教育出版社，2012.

[6]單建.趣味結構力學[M].北京：高等教育出版社，2008.

[7]賈杰.基于網(wǎng)絡教學平臺的材料力學課程教學改革[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2013，（5）.

[8]付果，彭旭龍.“結構力學”課程教學改革與實踐探討[J].中國電力教育，2013，（10）.

[9]朱慈勉.結構力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

（二）注重與工程相結合，適當增加科研成果

力學理論從工程中來，又要到工程中去。結構力學的教學離不開工程實際。結合實際工程案例進行教學可以收到很好的效果。例如，在介紹支座、約束的具體形式時，可讓學生利用課余時間到體育館、橋梁、鋼廠房等具體結構中觀察各種支座，了解其具體構造與受力特點。

在結構的位移計算章節(jié)中，當梁的高跨比小于1/8—1/10時，這類一般梁可忽略剪切變形對位移的影響;但當梁的高跨比較大，如為1/2時，深梁的剪切變形對位移的影響則不可忽略，在此可列舉工程中常見的轉換梁，其主要用于底層商場、上層住宅的底框架上剪力墻結構，在剪力墻與底層框架連接處需設轉換構件，轉換梁就是常用的一種。教學中引入工程實例，使其獲得感性認識，可激發(fā)學生的學習興趣。

在結構的幾何構造分析章節(jié)中，主要闡明了結構應是幾何不可變體系。但千萬不要因為“幾何可變體系不能用作結構”就把幾何可變體系當成“廢物”，將它們排斥于視野之外，幾何可變體系并不總是“無用”[6]，有時人們會故意去掉幾何不變體系中部分必要約束，使它變成幾何可變體系，從而達到某種目的，例如可為施工帶來便利。許多大跨度空間結構因跨度、高度與自重均較大，無論使用“高空散裝法”或在地面拼裝后整體吊裝都有困難。為克服該困難，人們想出了另一種施工方案：在地面組裝時暫不安裝某些部位的徑向桿（見圖1a），等組裝完成后，用液壓頂升的方法把結構推舉到設計標高（見圖1b），然后再連上先前未裝的徑向桿（見圖1c），這樣一個幾何可變的機構被“鎖住”變成一個穩(wěn)定的幾何不變體系。在以上過程中，因將結構分解成為較小部件，給施工帶來了很大方便。以上例子所包含的概念是日本法政大學工學部教授川口衛(wèi)（Mamoru Kawaguchi）于1984年首次提出，稱為“攀達穹頂（Pantadome）”體系。此后，該體系又陸續(xù)成功應用于多個大型空間鋼結構。

（a）地面安裝，準備提升

（b）提升過程中

（c）提升就位

圖1 ?“攀達穹頂”施工體系

（三）發(fā)揮多媒體、網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢

結構力學中所講授的每種結構形式（如梁、剛架、桁架和拱等）都可在實際工程中找到，因此，在對每種結構形式受力分析前，充分發(fā)揮多媒體教學直觀、生動的優(yōu)點，搜集國內外各類工程結構圖片，并簡單介紹其設計背景，使學生對各種結構形式有直觀的感性認識，來激發(fā)學生的學習興趣。網(wǎng)絡教學平臺是現(xiàn)代教學手段的有效補充[7]，教師可將PPT課件、教學視頻、概念結構力學、計算結構力學等相關資料上傳在網(wǎng)絡教學平臺之上，供學生學習，也可在其上答疑、布置作業(yè)等。網(wǎng)絡教學平臺提高了課堂利用效率，豐富了學習途徑。

（四）運用啟發(fā)式教學

結構力學是一門理論性強、技巧性頗高的課程，教師可采用“啟發(fā)式”教學，結合知識點進行問題設計，巧設懸念、“陷阱”等方法激發(fā)學生求知欲[8]，引導學生深入思考、理解問題。課后可以留一些思考題，供學生課后思考，學生帶著問題離開課堂，勤于思考的學生找到答案后會期盼回到下一節(jié)課堂。

在結構力學的教學過程中，由于該門課程技巧性要求頗高，教師可采用多種方法求解同一問題，啟發(fā)學生的思考模式。在結構的位移計算章節(jié)中，單位荷載都是加在擬求位置之上，且方向與擬求位移一致。圖2所示為渡槽結構的計算簡圖，忽略了側水壓力的作用，求C、D兩點的相對位移，EI為常數(shù)。一對單位荷載可分別相對或相背離地施加于C、D兩點上。此外，還可將單位力矩施加于A、B兩節(jié)點上，求出A、B兩截面相對轉角，確定了該相對轉角后，乘以AC或BD桿的長度h，即為A、B兩點的相對位移。二者計算結果相同。

圖2 ?渡槽相對位移的計算

再如擬求圖3a桁架桿a軸力?？刹捎霉?jié)點法，也可采用截面法進行求解，而截面法更加便捷。

方法1：節(jié)點法。首先在節(jié)點F處應用節(jié)點法求得桿EF的軸力FP，然后再在節(jié)點E處應用節(jié)點法，在垂直于AD連線方向列力平衡，即可求得桿a的軸力，但a桿軸力在該方向分解時較麻煩，于是可尋求另一種求解方法——截面法。

方法2：截面法1[9]。作截面I-I，如圖3a，截斷5根桿，但因除桿a外其余桿件延長線交于A點，取I-I隔離體，將FN2移至B點分解，由∑MA可求出FN2的豎向分量，利用幾何關系，即可求出FN2。

方法3：截面法2。作截面II-II，如圖3b，同樣截斷5根桿，但因除桿a和桿EF（該桿軸力為FP）外其余桿件延長線交于D點，取II-II隔離體，將FN2移至B點分解，由∑MD可求出FN2的水平分量，利用幾何關系，亦可求出FN2。

（a）截面法一（b）截面法二

圖3 ?截面法求個別桿件內力

（五）培養(yǎng)學生的電算能力

目前各種數(shù)值仿真軟件在工程結構的分析、設計中應用甚廣，培養(yǎng)學生對結構設計、分析軟件的運用能力也是該門課程的任務之一。在培養(yǎng)學生手算能力的同時，引入ANSYS等有限元軟件，電算配合手算，用電算檢驗手算結果。讓學生應用已學的VB、VC或Matlab等高級編程語言編寫計算程序?？蔀橐院蟮膶I(yè)課課程設計、畢業(yè)設計（論文）及工作奠定良好的基礎。

三、結論

結構力學課程的教學改革是一項復雜且艱巨的任務，教學方法需要在實際教學中不斷探索、思考和發(fā)展。將課堂所學內容與工程實踐相結合，將力學原理的講授與數(shù)值計算的應用相結合，才能收到更好的教學效果。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”大背景下優(yōu)化結構力學教學內容，改進教學方法，發(fā)揮多媒體以及網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢，可提高結構力學的教學效果。筆者結合幾年來結構力學的教學與工程實踐，對現(xiàn)存問題及解決辦法進行了探討，希望對結構力學的教學提供新的方法與思路。

參考文獻：

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[2]劉永軍，宋巖升，王宇.結構力學課程“四模塊體系”探索及實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2012，（3）.

[3]劉新柱，王冬，潘佳卉.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標的工程力學教學改革與實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，

2014，（1）.

[4]夏江濤.建筑學專業(yè)建筑力學課程教學設計探討[J].?黑龍江教育：高教研究與評估，2010，（11）.

[5]教育部高等學校力學教學指導委員會.高等學校理工科非力學專業(yè)力學基礎課程教學基本要求[M].北京：高等

教育出版社，2012.

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[7]賈杰.基于網(wǎng)絡教學平臺的材料力學課程教學改革[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2013，（5）.

[8]付果，彭旭龍.“結構力學”課程教學改革與實踐探討[J].中國電力教育，2013，（10）.

[9]朱慈勉.結構力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

（二）注重與工程相結合，適當增加科研成果

力學理論從工程中來，又要到工程中去。結構力學的教學離不開工程實際。結合實際工程案例進行教學可以收到很好的效果。例如，在介紹支座、約束的具體形式時，可讓學生利用課余時間到體育館、橋梁、鋼廠房等具體結構中觀察各種支座，了解其具體構造與受力特點。

在結構的位移計算章節(jié)中，當梁的高跨比小于1/8—1/10時，這類一般梁可忽略剪切變形對位移的影響;但當梁的高跨比較大，如為1/2時，深梁的剪切變形對位移的影響則不可忽略，在此可列舉工程中常見的轉換梁，其主要用于底層商場、上層住宅的底框架上剪力墻結構，在剪力墻與底層框架連接處需設轉換構件，轉換梁就是常用的一種。教學中引入工程實例，使其獲得感性認識，可激發(fā)學生的學習興趣。

在結構的幾何構造分析章節(jié)中，主要闡明了結構應是幾何不可變體系。但千萬不要因為“幾何可變體系不能用作結構”就把幾何可變體系當成“廢物”，將它們排斥于視野之外，幾何可變體系并不總是“無用”[6]，有時人們會故意去掉幾何不變體系中部分必要約束，使它變成幾何可變體系，從而達到某種目的，例如可為施工帶來便利。許多大跨度空間結構因跨度、高度與自重均較大，無論使用“高空散裝法”或在地面拼裝后整體吊裝都有困難。為克服該困難，人們想出了另一種施工方案：在地面組裝時暫不安裝某些部位的徑向桿（見圖1a），等組裝完成后，用液壓頂升的方法把結構推舉到設計標高（見圖1b），然后再連上先前未裝的徑向桿（見圖1c），這樣一個幾何可變的機構被“鎖住”變成一個穩(wěn)定的幾何不變體系。在以上過程中，因將結構分解成為較小部件，給施工帶來了很大方便。以上例子所包含的概念是日本法政大學工學部教授川口衛(wèi)（Mamoru Kawaguchi）于1984年首次提出，稱為“攀達穹頂（Pantadome）”體系。此后，該體系又陸續(xù)成功應用于多個大型空間鋼結構。

（a）地面安裝，準備提升

（b）提升過程中

（c）提升就位

圖1 ?“攀達穹頂”施工體系

（三）發(fā)揮多媒體、網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢

結構力學中所講授的每種結構形式（如梁、剛架、桁架和拱等）都可在實際工程中找到，因此，在對每種結構形式受力分析前，充分發(fā)揮多媒體教學直觀、生動的優(yōu)點，搜集國內外各類工程結構圖片，并簡單介紹其設計背景，使學生對各種結構形式有直觀的感性認識，來激發(fā)學生的學習興趣。網(wǎng)絡教學平臺是現(xiàn)代教學手段的有效補充[7]，教師可將PPT課件、教學視頻、概念結構力學、計算結構力學等相關資料上傳在網(wǎng)絡教學平臺之上，供學生學習，也可在其上答疑、布置作業(yè)等。網(wǎng)絡教學平臺提高了課堂利用效率，豐富了學習途徑。

（四）運用啟發(fā)式教學

結構力學是一門理論性強、技巧性頗高的課程，教師可采用“啟發(fā)式”教學，結合知識點進行問題設計，巧設懸念、“陷阱”等方法激發(fā)學生求知欲[8]，引導學生深入思考、理解問題。課后可以留一些思考題，供學生課后思考，學生帶著問題離開課堂，勤于思考的學生找到答案后會期盼回到下一節(jié)課堂。

在結構力學的教學過程中，由于該門課程技巧性要求頗高，教師可采用多種方法求解同一問題，啟發(fā)學生的思考模式。在結構的位移計算章節(jié)中，單位荷載都是加在擬求位置之上，且方向與擬求位移一致。圖2所示為渡槽結構的計算簡圖，忽略了側水壓力的作用，求C、D兩點的相對位移，EI為常數(shù)。一對單位荷載可分別相對或相背離地施加于C、D兩點上。此外，還可將單位力矩施加于A、B兩節(jié)點上，求出A、B兩截面相對轉角，確定了該相對轉角后，乘以AC或BD桿的長度h，即為A、B兩點的相對位移。二者計算結果相同。

圖2 ?渡槽相對位移的計算

再如擬求圖3a桁架桿a軸力。可采用節(jié)點法，也可采用截面法進行求解，而截面法更加便捷。

方法1：節(jié)點法。首先在節(jié)點F處應用節(jié)點法求得桿EF的軸力FP，然后再在節(jié)點E處應用節(jié)點法，在垂直于AD連線方向列力平衡，即可求得桿a的軸力，但a桿軸力在該方向分解時較麻煩，于是可尋求另一種求解方法——截面法。

方法2：截面法1[9]。作截面I-I，如圖3a，截斷5根桿，但因除桿a外其余桿件延長線交于A點，取I-I隔離體，將FN2移至B點分解，由∑MA可求出FN2的豎向分量，利用幾何關系，即可求出FN2。

方法3：截面法2。作截面II-II，如圖3b，同樣截斷5根桿，但因除桿a和桿EF（該桿軸力為FP）外其余桿件延長線交于D點，取II-II隔離體，將FN2移至B點分解，由∑MD可求出FN2的水平分量，利用幾何關系，亦可求出FN2。

（a）截面法一（b）截面法二

圖3 ?截面法求個別桿件內力

（五）培養(yǎng)學生的電算能力

目前各種數(shù)值仿真軟件在工程結構的分析、設計中應用甚廣，培養(yǎng)學生對結構設計、分析軟件的運用能力也是該門課程的任務之一。在培養(yǎng)學生手算能力的同時，引入ANSYS等有限元軟件，電算配合手算，用電算檢驗手算結果。讓學生應用已學的VB、VC或Matlab等高級編程語言編寫計算程序。可為以后的專業(yè)課課程設計、畢業(yè)設計（論文）及工作奠定良好的基礎。

三、結論

結構力學課程的教學改革是一項復雜且艱巨的任務，教學方法需要在實際教學中不斷探索、思考和發(fā)展。將課堂所學內容與工程實踐相結合，將力學原理的講授與數(shù)值計算的應用相結合，才能收到更好的教學效果。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”大背景下優(yōu)化結構力學教學內容，改進教學方法，發(fā)揮多媒體以及網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢，可提高結構力學的教學效果。筆者結合幾年來結構力學的教學與工程實踐，對現(xiàn)存問題及解決辦法進行了探討，希望對結構力學的教學提供新的方法與思路。

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