結(jié)構(gòu)力學專創(chuàng)融合育人案例

劉興旺 李俊杰 何洪明

[摘 要]為深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學改革，充分發(fā)掘、展示專業(yè)教育教學過程中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)案例，推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng)全過程。文章圍繞土木、水利類專業(yè)基礎課結(jié)構(gòu)力學課程，深度挖掘了課程育人案例。將寓言故事“三個和尚挑水喝”與力法章節(jié)相融合，從形象對比到內(nèi)涵啟發(fā)，達到課程育人的目的。通過專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相融合（專創(chuàng)融合）促進學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，推進課程教學改革。

[關鍵詞]結(jié)構(gòu)力學;專創(chuàng)融合;教學改革

[基金項目]2019年度河北省教育廳重點基金項目“再生混凝土細觀損傷破壞機理及檢測關鍵技術(shù)研究”（ZD2019117）;2018年度河北農(nóng)業(yè)大學渤海校區(qū)師生協(xié)同創(chuàng)新項目“結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量診斷技術(shù)及維護決策研究”（bhxt201826）;2014年度河北農(nóng)業(yè)大學理工基金“基于CT與聲發(fā)射試驗的混凝土材料細觀破裂過程研究”（LG20140302）

[作者簡介]劉興旺（1987—），男，河北保定人，天津大學博士研究生在讀，河北農(nóng)業(yè)大學講師，研究方向為鋼結(jié)構(gòu);李俊杰（1989—），男，河北保定人，碩士研究生，河北農(nóng)業(yè)大學實驗師，研究方向為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;何洪明（1963—），男，河北保定人，博士研究生，河北農(nóng)業(yè)大學教授，研究方向為結(jié)構(gòu)工程

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0185-02[收稿日期] 2020-04-25

一、引言

深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革必須全面推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育深度融合。支持教師開展與專業(yè)課程相適宜的基于問題、基于項目、基于案例的教學方法和考核方式的探索與實踐，著力培養(yǎng)學生的首創(chuàng)精神和分享創(chuàng)意的習慣，鼓勵學生勇于創(chuàng)新、樂于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新，在探索的過程中，自覺融入團隊，分享樂趣、增長智慧、豐富經(jīng)歷[1]。結(jié)構(gòu)力學作為土木、水利類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，在專業(yè)教學過程中占有非常重要的位置[2]。將結(jié)構(gòu)力學專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合，充分挖掘課程教學過程的育人案例，能夠有效提高教學質(zhì)量，增加學習興趣，拓寬學習方式，推進教育教學改革。

二、案例—“三個和尚挑水喝”

（一）產(chǎn)生背景

在講授第12章“力法”第1節(jié)的時候，需要對超靜定結(jié)構(gòu)的定義和特點進行介紹。概念的引入對培養(yǎng)學生的學習興趣起著至關重要的作用[2]，尤其是力法的概念。第12章“力法”在結(jié)構(gòu)力學整體知識體系中，處在承上啟下的關鍵節(jié)點。如同力法本身的求解思路一般，它既是針對的超靜定結(jié)構(gòu)，同時又是利用靜定結(jié)構(gòu)的求解方法，關鍵步驟在于將超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成靜定結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)化的核心在于尋找“多余約束”。超靜定結(jié)構(gòu)區(qū)別于靜定結(jié)構(gòu)的主要特點是有多余約束存在，對多余約束的理解是進入超靜定結(jié)構(gòu)的第一步[3-4]。因此，在針對超靜定結(jié)構(gòu)的定義和特點，尤其是多余約束的概念進行講解的時候，通過“三個和尚挑水喝”這個經(jīng)典故事的類比，可以將依次增加的“和尚”個數(shù)與超靜定結(jié)構(gòu)中依次增加的“約束”個數(shù)相對照，給學生一個更加生動形象的理解，從而實現(xiàn)從靜定結(jié)構(gòu)到超靜定結(jié)構(gòu)的順利過渡。

（二）案例內(nèi)容

在講解“超靜定結(jié)構(gòu)”與“靜定結(jié)構(gòu)”的區(qū)別和聯(lián)系時，引入經(jīng)典寓言故事“三個和尚挑水喝”的故事，對機構(gòu)、靜定結(jié)構(gòu)、超靜定結(jié)構(gòu)的特點做一個生動的講解和對比，并結(jié)合競賽獲獎進一步介紹專業(yè)知識與雙創(chuàng)競賽的創(chuàng)新融合。

故事原文大意是講“一個和尚挑水喝，兩個和尚抬水喝，三個和尚互相推諉，沒有水喝。故事啟示人們做事應互相幫助，團隊協(xié)作，并善于發(fā)現(xiàn)和改正錯誤?！痹谡n堂講授時，可按如下形式講解：“從前有座山，山上住著一個小和尚，小和尚每天去山下的小河邊挑水喝，黑板上繪制模型，一個支座兩個平衡力，代表機構(gòu)（如圖1）。后來又來了一個高和尚，從此兩個人一起去山下的小河抬水喝，同時黑板繪制模型，兩個支座，中間一個集中力，代表靜定結(jié)構(gòu)（如圖2）。再后來又來了一個胖和尚，結(jié)果三個和尚沒有水喝，繪制模型，三個支座，兩個集中力，代表超靜定結(jié)構(gòu)（如圖3）。最后將三個和尚沒水喝的原因與超靜定結(jié)構(gòu)多余約束無法直接用靜力平衡方程求解相類比，提示學生多余約束需要引入其他條件。”通過故事的方式將三個和尚沒水喝和超靜定結(jié)構(gòu)具有多余約束無法按靜力平衡方程直接求解相對照，對“多余約束”的關鍵作用做一個定量和定性的分析，讓學生能夠更感性的認識到超靜定結(jié)構(gòu)的特點。同時，也對機構(gòu)、靜定結(jié)構(gòu)、超靜定結(jié)構(gòu)三種不同的體系進行對比介紹，從組成形式和受力分析兩個層面進行體系之間區(qū)別和聯(lián)系的介紹。更進一步的，可以通過此案例，將體系、可變體系、不變體系的概念進行區(qū)分和對比，使學生清楚什么時候用“體系”進行表述？滿足什么條件才能稱為“結(jié)構(gòu)”？從概念上將結(jié)構(gòu)力學的研究對象進行整體的把控。

（三）案例作用

“三個和尚挑水喝”的故事從表面看，可以簡單將“幾個約束”與“幾個和尚”相對應，給學生以生動形象的認識，使重難點問題能夠較為輕松的引入。使枯燥的力學問題趣味化，使嚴肅的課堂生動化。從故事內(nèi)涵看，在講解超靜定結(jié)構(gòu)由于具有多余約束，相對于靜定結(jié)構(gòu)具有更高的安全儲備時，可以與故事的內(nèi)涵相結(jié)合。啟發(fā)學生如果團結(jié)協(xié)作，齊心協(xié)力，會獲得更大的效率和成功。通過深化故事內(nèi)涵與科學問題的關聯(lián)性，引導學生在進行科學研究過程中要善于融入團隊合作，發(fā)揮自身優(yōu)勢，抓準關鍵科學問題，透過表面看本質(zhì)，提高科學研究的層次。

從專業(yè)知識與雙創(chuàng)競賽的融合方面講，可以將多余約束的識別過程，與“大學生結(jié)構(gòu)設計競賽”中設計具有更合理約束形式的結(jié)構(gòu)形式相關聯(lián)。例如：“大學生結(jié)構(gòu)設計競賽”題目要求通常為“設計具有更輕質(zhì)量 、更高承載力的結(jié)構(gòu)形式”。通過三個和尚的故事對多余約束力進行生動形象的理解，在設計結(jié)構(gòu)的過程中，在對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化的時候，其目標即是對不同的節(jié)點進行約束力的分析，根據(jù)是否為“多余約束力”來判斷這個桿件是否可以“去掉”。相反的，也可以利用多余約束具有更多安全儲備，來進行薄弱環(huán)節(jié)的“加強”處理。從這個關系上來講，可以讓學生通過案例更好地將專業(yè)知識運用到雙創(chuàng)競賽當中，進一步實現(xiàn)專創(chuàng)融合教學。

三、結(jié)語

黨的十九大報告指出，中國特色社會主義進入了新時代，黨中央、國務院高度重視高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育工作[5]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育能全面培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育相融合，是推進“金課”建設的有效途徑，是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效抓手。通過專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合，進一步促進課程改革創(chuàng)新，培養(yǎng)符合社會需求、具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的新時代大學生。

參考文獻

[1]樊云飛，劉全明.河北農(nóng)業(yè)大學深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的思考與實踐[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報（農(nóng)林教育版），2017，19（06）：1-4.

[2]劉興旺，劉燕.淺談結(jié)構(gòu)力學教學過程中教學效果的提高[C].中國力學學會.第十五屆北方七省市區(qū)力學學術(shù)會議論文集.中國力學學會：中國力學學會，2014：406-408.

[3]龍馭球.結(jié)構(gòu)力學方法論的哲思回望[J].工程力學，2019， 36（04）：1-7.

[4]龍馭球，包世華，袁駟.結(jié)構(gòu)力學I—基礎教程（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[5]習近平新時代中國特色社會主義思想學習綱要[M].北京：學習出版社/人民出版社，2019.