高校結(jié)構(gòu)力學課程教學改革探索

夏雨　胡淼珍　余穎燁

摘 要 近年來很多教師和學者在結(jié)構(gòu)力學教學方面一直在不斷探索新的教學模式，也取得了豐碩的成果。本文主要從研發(fā)結(jié)構(gòu)力學演示教學儀器、制作力學原理的演示動畫、建立學習過程的考核監(jiān)控體系等幾個方面來探討結(jié)構(gòu)力學課程的教學改革，對結(jié)構(gòu)力學的教學提供一些有益的建議。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)力學 課程改革 教學儀器 質(zhì)量評估體系

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.047

結(jié)構(gòu)力學是一門非常重要的專業(yè)基礎課程，它對學生畢業(yè)后從事與工程相關(guān)的各項工作都有很重要的影響，特別是工程結(jié)構(gòu)設計。具備扎實的結(jié)構(gòu)力學知識，是土木工程從業(yè)人員的堅實基礎。只有真正掌握并能正確分析和計算結(jié)構(gòu)的受力，才有可能解決工程中遇到的各種實際問題。結(jié)構(gòu)力學在執(zhí)業(yè)資格考試中意義也十分重大，例如全國注冊結(jié)構(gòu)工程師、建造師等專業(yè)資格考試中，都需要運用大量的結(jié)構(gòu)力學知識。結(jié)合教學中的一些體會，下文從幾個方面對結(jié)構(gòu)力學的教學改革提出一些建議。

1 開發(fā)演示力學概念及原理的教學儀器

1.1 力學概念及原理

概念和原理一直都是我們探索科學的基礎，也是解釋科學現(xiàn)象的依據(jù)和根本。一些我們?nèi)粘Ｒ姷降碾y以理解的問題，其實追根溯源都是一些概念和原理的體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)力學學習的宗旨就是發(fā)現(xiàn)工程中常見結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的力學原理并運用于生產(chǎn)和生活實際。

結(jié)構(gòu)力學這門課程涉及很多概念和力學原理，只有充分理解這些概念和掌握力學原理，初學者才能夠融匯貫通，為后續(xù)課程例如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等打下基礎，正確的分析和解決一些力學問題，然而理解這些概念和原理比較抽象，對大部分學生來說有一定困難。

1.2 開發(fā)演示力學概念及原理的教學儀器

任何一門課程的教學都不應該是枯燥無趣的，如何增加教學的趣味性、生動性，是授好一門課的關(guān)鍵。這些年來，各大高校相應的取得了一些成果，從教學內(nèi)容上和教學方式上都進行了一些改革，如使用多媒體教學，優(yōu)化講課內(nèi)容，增加實踐教學等。多媒體教學便捷，節(jié)約時間又增加了課堂氛圍，但還是存在一定的不足，學生們?nèi)匀粚δ切┍容^難懂的力學概念和原理的掌握不夠深入、深刻。為了解決這個問題，可以設計并開發(fā)制作一些演示概念及原理的教具，能夠使學生生動形象的理解課本知識。例如在多跨靜定梁部分，開發(fā)可以拆裝的各種梁及支座約束模型，讓學生在課堂上通過搭和拆一個多跨靜定梁，來體會求解過程就是拆的過程，而搭的過程就是建造結(jié)構(gòu)的過程。這些教具能使課堂更加生動有趣，也能使學生們能更好的理解結(jié)構(gòu)力學課程中涉及的概念和原理。

2 制作演示力學概念及原理的動畫

在網(wǎng)絡上，我們經(jīng)常能看到各種各樣的動畫宣傳片，這樣的動畫效果，不僅讓我們記憶深刻，更吸引了我們的注意力。如果教師把抽象、難以理解的概念和理論制作出相應的小動畫演示出來，那么學生們學習起來既不會覺得枯燥，又能馬上理解那些概念和原理。例如學習影響線章節(jié)時，學生總是不能充分理解概念，對一些概念和方法交叉混淆運用，以致不能正確畫出結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的影響線，做題分析時經(jīng)常出現(xiàn)錯誤。如果用動畫的方式來顯示移動荷載作用下結(jié)構(gòu)受力變形的過程，學生將更容易理解影響線的概念和作法。動畫給人一種即視生動感，將動畫模式運用到結(jié)構(gòu)力學的教學過程中，將會收到事半功倍的效果。

3 引入工程中常見力學問題及計算軟件

實際工程結(jié)構(gòu)很復雜，會出現(xiàn)各種各樣的力學問題，有的問題并不能用相同的方法來解決，而有的工程問題我們可以轉(zhuǎn)化為力學問題，再通過計算機軟件來進行分析，這些軟件中最常見并與結(jié)構(gòu)力學緊密相關(guān)的就是結(jié)構(gòu)力學求解器、PKPM、ANSYS等計算機軟件。利用結(jié)構(gòu)力學求解器，我們在求解器中輸入桿件結(jié)構(gòu)體系，就能對桿件結(jié)構(gòu)體系進行幾何構(gòu)造分析。求解器還可以直接計算一般平面結(jié)構(gòu)的影響線、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。PKPM是進行結(jié)構(gòu)設計時常用的結(jié)構(gòu)分析軟件，它能分析和計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并給出結(jié)構(gòu)施工圖。ANSYS是分析特殊構(gòu)件力學問題的一個有效軟件，能對結(jié)構(gòu)進行模擬計算，通過輸入各種參數(shù)和條件以及建模求解，我們就能提前預測所建結(jié)構(gòu)的安全性能。

教師在傳授教學過程中，有必要反復強化理論知識點，讓學生加深印象并強化理解所學知識。在學生學習掌握了教師所講的解題方法后，教師要給學生們引入計算軟件，并指導他們把所學軟件知識運用到實際工程問題中來求解一些力學問題。最后最重要的就是讓學生把自己手算題目的結(jié)果與軟件計算求解的結(jié)果進行比較分析，分析二者所出現(xiàn)的誤差來源和對結(jié)構(gòu)的影響。利用軟件求解時，如何把實際工程問題輸入到軟件中，就是結(jié)構(gòu)力學知識點的融匯貫通，如結(jié)構(gòu)力學模型的簡化和選擇，還有荷載的施加等，這些都需要建立在實際結(jié)構(gòu)的基礎之上，充分理解結(jié)構(gòu)的屬性和傳力特點，略去次要部分，保留能反映原結(jié)構(gòu)基本性能的主干。實際結(jié)構(gòu)錯綜復雜，完全按照結(jié)構(gòu)的實際情況進行力學分析是不可能的也是不必要的。在進行計算之前，都是要對結(jié)構(gòu)進行簡化的。這些都是要讓學生理解的工程概念，只有正確理解了這些概念，才能正確有效運用軟件來求解結(jié)構(gòu)的力學問題。

4 完善結(jié)構(gòu)力學試題庫建設

4.1 學生練習試題庫建設

力學知識的掌握和鞏固，要通過大量的題目練習來實現(xiàn)。一個知識點講完，要有充足的試題練習來進一步深化對知識的理解和掌握。在課堂作業(yè)中，經(jīng)常遇到的一個現(xiàn)象是抄作業(yè)。為了盡可能避免這種現(xiàn)象，對每個知識點盡量多的建立練習試題庫，盡量做到每人一題。

相對來說課本上每章節(jié)的習題數(shù)目有限，題目類型也很單一，并不能達到讓學生循序漸進，由難到易，由基本理論到深入理解的效果。充足的試題庫建設，避免學生不能相互抄襲作業(yè)。另外，習題庫中全面和詳細的答案，也為學生針對批改后作業(yè)中錯誤的學習和改正起到重要的輔助作用。試題庫可以根據(jù)難易程度分類建立。對于一般難度試題庫，目的主要是為了讓學生掌握課本基本知識和基本理論，能夠解決常見結(jié)構(gòu)的受力分析。面對要考研的學生，可以建立適當增加難度的試題庫。試題庫以國內(nèi)著名高校的考研題目為主。通過試題庫練習，學生可以開闊眼界，明白自己的差距，也在學習做題過程中接觸結(jié)構(gòu)力學的多種問題，為以后無論是繼續(xù)深造還是執(zhí)業(yè)資格考試或者是工作打下基礎。

4.2 考試試題庫建設

教師對學生們學習效果的考核和監(jiān)控，除了課堂上學生跟隨教師思維積極配合和問答之外，最好的方式是對學生們進行考試。隨堂測驗、期中考察、期末考試等都是教師檢驗教學質(zhì)量、督促學生良性學習的機會?？荚囀亲钣行У臋z驗學習和授課成果的方式。然而，如果考試試題都由各自的授課老師命題，第一，并不能客觀公正的反映學生的學習效果，也不能客觀評價教師的教學情況。第二，不同的教師出題有不同的側(cè)重點和難點，造成考試試卷因為老師個人取向問題造成考核知識點不夠全面，因此應避免由任課教師直接命題考核學生所帶來的弊端。采用試題庫抽題組卷是實行教考分離的有效手段，既保證了考核的公平公正性，又確保了試卷的質(zhì)量。

5 建立教學過程質(zhì)量監(jiān)控及評估體系

如何評估教學質(zhì)量，如何保證學生的學習效果，這就需要一個良好的監(jiān)控和評估體系。在授課過程中建立教學監(jiān)控及評估體系，實時對學生的學習過程進行監(jiān)控，學生的學習效果勢必會有所改觀。以往結(jié)構(gòu)力學課程只是通過期末的考卷來考察學生對知識的掌握情況，并不能全面體現(xiàn)學生的能力和學習效果。立足于學生學好結(jié)構(gòu)力學并產(chǎn)生興趣這個目標，學校考核的方式也需要改變。改變傳統(tǒng)單一的考試方式，以適應結(jié)構(gòu)力學教學的需要。以吸引學生積極參與到結(jié)構(gòu)力學學習過程中為第一要務，可從以下幾個方面改進：

第一，作業(yè)是最基本的教學成果體現(xiàn)方式。學生平時的作業(yè)，成為最終學生平時成績的一部分。通過作業(yè)練習監(jiān)控學生的學習效果。

第二，以大作業(yè)的形式增加實踐環(huán)節(jié)，提高學生對知識的應用水平?？梢圆扇“嗉壐傎惙绞剑_展設計比賽。例如設計桁架模型設計及承載力計算等，提交計算書和結(jié)構(gòu)受力分析報告，既鍛煉學生的動手能力又提高分析計算的思維能力。比賽成績作為平時成績的一部分。

第三，適當嘗試增加教學環(huán)節(jié)。每節(jié)課程，在課前隨機提問學生在上講臺講解自己完成的作業(yè)。這既能增加學生的語言表述能力，又能檢驗學生是否真正理解了課程的內(nèi)容。教師可以針對學生的講解表現(xiàn)打分，作為期末考試平時成績的加分項。

第四，當一個章節(jié)知識學習結(jié)束，對章節(jié)內(nèi)容重點和難點進行復習和強調(diào)。在此基礎上，嘗試讓學生針對此章節(jié)內(nèi)容自己出3-5道題目并作出答案。要求所出的題目能夠重點突出，內(nèi)容全面，體現(xiàn)章節(jié)的重點和難點。教師可以通過學生出試卷的情況了解學生是否掌握本章節(jié)重點。此項也作為平時成績的重要一部分。

6 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)力學課程對土木工程專業(yè)學生的重要性是不言而喻的，如何改進教學方法，幫助學生培養(yǎng)課程的興趣，奠定專業(yè)基礎知識是需要任課教師長期不斷探索和努力的。學校教育學生的方式方法不是一成不變的。發(fā)展和變革是現(xiàn)代社會的潮流，接受先進的教學理念和新的思維方式也是大勢所趨。學校作為錘煉人才的熔爐，任課老師需要不斷改進教學方法、探索新的教學模式來適應時代的發(fā)展及課程的需要。

本文受到以下項目的資助：廣西高等教育本科教學改革項目（2016JGA243），2016廣西大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201610594178；201610594171）

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