結(jié)構(gòu)力學(xué)課程創(chuàng)新教學(xué)模式探索

張 波

（陜西理工學(xué)院 土木工程與建筑系，陜西 漢中 723001）

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程創(chuàng)新教學(xué)模式探索

張 波

（陜西理工學(xué)院 土木工程與建筑系，陜西 漢中 723001）

本文在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段三方面進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)模式探索，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，達(dá)到改善教學(xué)效果的目的。

結(jié)構(gòu)力學(xué)；創(chuàng)新能力；教學(xué)模式

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它既是前續(xù)材料力學(xué)課程的深化和延伸,又是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程如混凝土、鋼結(jié)構(gòu)和多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)，它內(nèi)容豐富，系統(tǒng)性強(qiáng)，在整個(gè)專(zhuān)業(yè)中占有重要地位。在以往教學(xué)中，學(xué)生普遍反映課程內(nèi)容較多而且抽象，系統(tǒng)性不強(qiáng)，解題時(shí)方法靈活，不容易掌握，理解困難。這些問(wèn)題致使在傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)“教與學(xué)”的分離，對(duì)提高學(xué)生的能力有一定的困難，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)也沒(méi)有得以具體的體現(xiàn)。因此，本文結(jié)合教材的編寫(xiě)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程的創(chuàng)新教學(xué)進(jìn)行了一些改革探索。

1 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新教學(xué)探索

（1）傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的整合

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容較多，主要分成基本和選學(xué)兩大部分?；A(chǔ)部分稱(chēng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)或經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)，其主要內(nèi)容有：結(jié)構(gòu)體系的幾何構(gòu)成分析；靜定結(jié)構(gòu)(梁、桁架、剛架)的內(nèi)力計(jì)算和位移計(jì)算；超靜定結(jié)構(gòu)的力法、位移法、漸進(jìn)法；結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算(單自由度和多自由度體系的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng))[1-2]?；A(chǔ)部分是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程新體系的基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用力學(xué)概念去分析和計(jì)算桿系結(jié)構(gòu)的能力。對(duì)這部分內(nèi)容我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)課堂教學(xué)，但我們也發(fā)現(xiàn)前后課程有重復(fù)的內(nèi)容，這種情況我們可以簡(jiǎn)單講述或略去不講，精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，這也和壓縮課時(shí)相適應(yīng)。如：結(jié)構(gòu)的彎矩圖的繪制在材料力學(xué)中講的內(nèi)容不少，則在結(jié)構(gòu)力學(xué)中只著重強(qiáng)調(diào)疊加法繪制彎矩圖時(shí)需要注意的一些問(wèn)題，而對(duì)其基本繪制方法簡(jiǎn)單闡述。

其次，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的專(zhuān)業(yè)來(lái)進(jìn)行選學(xué)內(nèi)容的教學(xué)。選學(xué)部分也是對(duì)基礎(chǔ)部分的深化和具體應(yīng)用，在某些情況下顯得更加重要，因?yàn)橛泻芏鄡?nèi)容是后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。只不過(guò)由于課時(shí)有限，不可能與基礎(chǔ)部分同等對(duì)待。例如，對(duì)于橋梁工程方向，無(wú)鉸拱的內(nèi)力計(jì)算方法就是一個(gè)重要內(nèi)容，因?yàn)樵诤竺娴臉蛄汗こ陶n程中，拱橋的計(jì)算就很多的遇到這類(lèi)問(wèn)題，但是這部分內(nèi)容對(duì)于建筑工程方向來(lái)說(shuō)，其重要性就沒(méi)有那么重要。又如針對(duì)橋梁方向開(kāi)設(shè)的結(jié)構(gòu)力學(xué)，就必須突出影響線(xiàn)的意義及工程應(yīng)用，而針對(duì)房屋建筑工程開(kāi)設(shè)的，就必須突出多次超靜定框架體系的求解方法，可以有計(jì)劃的介紹無(wú)剪力分配法。再如結(jié)構(gòu)的極限荷載，其塑性鉸的概念對(duì)于后續(xù)鋼筋混凝土課程中梁板結(jié)構(gòu)的塑性極限設(shè)計(jì)理論有重要意義，因此對(duì)于建筑工程方向的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這也是一個(gè)重要內(nèi)容。這樣，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的遴選和取舍，在有限的學(xué)時(shí)里，可以讓教師把課講完、講透徹，利于學(xué)生領(lǐng)會(huì)和掌握。

（2）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的除配合理論教學(xué)外主要是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，又助于學(xué)生加深已建立理論的認(rèn)識(shí)和概念的理解。但實(shí)驗(yàn)主要安排在材料力學(xué)課程里面，而且內(nèi)容不多，幾乎沒(méi)有學(xué)校開(kāi)設(shè)《結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》這門(mén)課程，忽視了這門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。其實(shí)它與《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程同樣重要，離開(kāi)了它就不可能完全把《結(jié)構(gòu)力學(xué)》這門(mén)學(xué)科學(xué)好，所以建議開(kāi)設(shè)。如開(kāi)設(shè)靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)：結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)律實(shí)驗(yàn)、桁架零桿的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)在靜力作用下的內(nèi)力實(shí)驗(yàn)，動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)如：自由振動(dòng)主要參數(shù)（自振頻率、振動(dòng)過(guò)程各種幅值）、結(jié)構(gòu)振動(dòng)的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)等。

（3）設(shè)置綜合性大作業(yè)

結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)注意和工程實(shí)際相結(jié)合, 設(shè)置綜合性大作業(yè)可以縮小與工程實(shí)際結(jié)構(gòu)之間距離。如對(duì)建筑工程專(zhuān)業(yè)，應(yīng)結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)布置一個(gè)《多層多跨剛架內(nèi)力和位移的計(jì)算》的大作業(yè), 讓學(xué)生從簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)圖、計(jì)算梁柱的線(xiàn)剛度、荷載值包括活載和恒載開(kāi)始，計(jì)算出剛架的內(nèi)力和位移, 最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行整理，并完成計(jì)算書(shū)的書(shū)寫(xiě), 這樣也是畢業(yè)設(shè)計(jì)前期工作的一部分內(nèi)容。通過(guò)這個(gè)作業(yè), 不僅能使學(xué)生對(duì)前面所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一次綜合性運(yùn)用, 也使他們的計(jì)算能力、書(shū)寫(xiě)表達(dá)能力、計(jì)算方法的選擇能力由原來(lái)的習(xí)題演算上升到實(shí)際工程的設(shè)計(jì)計(jì)算上，為學(xué)好后續(xù)專(zhuān)業(yè)課打好基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方法的創(chuàng)新教學(xué)探索

(1) 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，是促進(jìn)人們學(xué)習(xí)、掌握知識(shí)和技能、提高思維水平的動(dòng)力之一，在課堂上，教師要把課程的趣味性有意識(shí)的闡述和利用，去激發(fā)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)學(xué)生對(duì)學(xué)科有興趣時(shí)，總是不畏困難，百折不撓，主動(dòng)學(xué)習(xí)，而且學(xué)有成效。

每門(mén)課程也都有自己的趣味性，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的趣味性在于它研究對(duì)象的多樣性、研究?jī)?nèi)容的系統(tǒng)性、研究方法的邏輯性、解題思路的靈活性以及貼近工程的實(shí)踐性。例如在上第一節(jié)緒論課時(shí)教師要巧妙地設(shè)計(jì)教案，結(jié)合圖片讓學(xué)生明確結(jié)構(gòu)力學(xué)在本專(zhuān)業(yè)中的位置和在工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中的作用，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望， 即培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。又例如在解題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生多種解題思路，開(kāi)闊學(xué)生思路，培養(yǎng)學(xué)生興趣，這樣學(xué)生覺(jué)得有意思了，愿意主動(dòng)去學(xué)，而不覺(jué)得《結(jié)構(gòu)力學(xué)》枯燥無(wú)味。

(2) 改變傳統(tǒng)教學(xué)方法

采用師生互動(dòng)的雙邊教學(xué)法，以學(xué)生為主體，教師啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，及時(shí)掌握學(xué)生的信息，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，從而活躍課堂氣氛，有利于改變學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)講的消極性，發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生通過(guò)自己的積極思考領(lǐng)會(huì)所學(xué)知識(shí), 在參與中完成學(xué)習(xí)任務(wù)。變“填鴨式”教學(xué)為“啟發(fā)式”、“討論式”、“滲透式”教學(xué)。另外,為了增強(qiáng)學(xué)生的興趣，教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及時(shí)將最新的科研成果、市場(chǎng)對(duì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求情況介紹給學(xué)生，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)此課程的重要性。

在上習(xí)題課時(shí)，不能把習(xí)題課看做是老師單純的講解習(xí)題，或者是學(xué)生單純的在課堂上做題目，筆者認(rèn)為習(xí)題課應(yīng)該是以“討論”為中心來(lái)組織教學(xué)，我們注重討論解題思路、方法和原理，花費(fèi)時(shí)間過(guò)多的具體解題過(guò)程可以留給學(xué)生，我們也可以稱(chēng)之為“習(xí)題討論課”，使學(xué)生逐步掌握解題的基本方法，當(dāng)然課后一定要留習(xí)題讓學(xué)生自己做題實(shí)踐，因?yàn)樽鲱}實(shí)踐是學(xué)習(xí)力學(xué)最好的有效方法。

3 教學(xué)手段的創(chuàng)新教學(xué)探索

（1）多媒體課件的有效利用

隨著計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的普遍運(yùn)用, 多媒體教學(xué)成為一種重要的教學(xué)手段[3]。這種高效的教學(xué)手段使教材有實(shí)踐性、趣味性，在有限的時(shí)間、有限的空間內(nèi)容納大量信息，傳輸更多、更新的知識(shí)給學(xué)生，既能有效解決教學(xué)內(nèi)容多、授課時(shí)數(shù)少的矛盾，又能提高教學(xué)效果、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使講課變得既輕松又賞心悅目，更能理解抽象的力學(xué)原理和概念。如我們可以利用多媒體課件把受力圖、內(nèi)力圖、應(yīng)力分布圖、變形圖、破壞規(guī)律圖，以有聲有色、清晰、生動(dòng)、形象的方式來(lái)準(zhǔn)確的表達(dá)。對(duì)于動(dòng)力學(xué)部分的教學(xué)，難以將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和抽象的原理用一種動(dòng)態(tài)的、直觀的形式表現(xiàn)出來(lái)，造成學(xué)生在理解、接受方面的困難。我們可以通過(guò)Flash、Powerpoint等軟件中的動(dòng)畫(huà)功能，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)過(guò)程可以直觀、有序地呈現(xiàn)出來(lái)。又如我們?cè)谥v授矩陣位移法時(shí)，考慮到以往黑板式教學(xué)的弊端和本章的特點(diǎn), 采用多媒體教學(xué)，將復(fù)雜繁瑣的矩陣書(shū)寫(xiě)換成屏幕上的動(dòng)態(tài)顯示，既節(jié)省書(shū)寫(xiě)時(shí)間，又能讓學(xué)生更好的掌握。

但多媒體教學(xué)不能完全取代教師的講解，對(duì)一些重點(diǎn)、難點(diǎn)的問(wèn)題要注意采用多媒體教學(xué)與黑板板書(shū)為主的傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的方法, 使教師與多媒體的優(yōu)勢(shì)同時(shí)充分發(fā)揮出來(lái), 把多媒體輔助教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)完美地結(jié)合在一起。

(2) 增加計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

功能強(qiáng)大的分析軟件（如Ansys、Matlab等）已是結(jié)構(gòu)工程師解決問(wèn)題的有力工具，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇部分分析軟件，通過(guò)軟件驗(yàn)證自己完成習(xí)題的正確性；同時(shí)其計(jì)算結(jié)果可以通過(guò)圖形、動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)出來(lái)，既可加深對(duì)知識(shí)的理解，又可以使學(xué)生間接地掌握這些專(zhuān)業(yè)軟件的功能。例如，在講到“結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算”一章中，很多學(xué)生對(duì)“頻率”和“振型”的概念及其應(yīng)用了解不夠。為此，我們制作了四層框架結(jié)構(gòu)在不同頻率下的自由振動(dòng)的動(dòng)畫(huà)，演示了各種頻率及相應(yīng)振型下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)過(guò)程，使學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性有了直觀的了解。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上是筆者在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段三方面進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)探索的一些體會(huì)?？偟膩?lái)說(shuō)，改革要從轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、改進(jìn)教學(xué)方法人手,在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上融入新的思想和方法。結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)改革是一個(gè)不斷實(shí)踐探索的過(guò)程，既要有教師的主導(dǎo)作用，更要體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。只有教師和學(xué)生雙方都積極行動(dòng)起來(lái)，才能創(chuàng)造一個(gè)活躍的課堂氣氛，才能收到好的教學(xué)效果。

[1]包世華主編.結(jié)構(gòu)力學(xué)(第三版)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2007.

[2]左曉寶. 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法與實(shí)踐[J].理工高教研究，2008 (5)：140～142 .

[3]樊友景，李會(huì)知.現(xiàn)代化教學(xué)方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].力學(xué)與實(shí)踐，2002 (2)：65～66.

(責(zé)任編校：何俊華)

O369

A

1673-2219（2010）12-0104-02

2010－09－17

張波（1976－），男，陜西涇陽(yáng)人，碩士研究生，講師，從事土木工程教學(xué)與科研工作。