关于《结构力学》课程的教学改革与实践

刘俊华 刘凤利

摘 要：以目前土木工程专业 “结构力学”课程教学现状及专业发展需要等方面的实际情况为背景，从教学内容、教学手段、教学方法以及考核方式方面探讨了提高教学效果，培养学生学习兴趣、动手能力、创新能力等素质的有效方法，探讨了“结构力学”教学改革的方向。

关键词：结构力学 教学内容 教学方法 考核方式 改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：

引言

《结构力学》是土木工程专业方向开设的一门重要的专业基础核心课，其教学目的在于使学生主要掌握结构的简化、幾何组成、强度、刚度和稳定性分析方法，了解各类结构构件的受力特点，并获得结构力学分析方面的基本技能，为工程设计、施工和管理等工作提供必需的结构力学基本知识，同时为后续课程如《钢筋混凝土结构设计原理》、《钢结构》、《建筑施工》和《基础工程》等专业课的学习及课程设计、毕业设计等实践环节提供必要的结构力学基本知识。因此“结构力学”在土木工程专业培养计划中占有重要地位。随着科学技术的发展，对土木类人才的要求越来越高。传统“结构力学”课程面临着：教学学时减少，扩招后的生源素质又有所下降[1]；学生对学习该课程不够重视，学习兴趣不高；学生在工程实践中提出力学问题及应用结构力学知识分析，解决问题的能力和素质明显不足。本文针对这些现状，根据十几年的改革实践，从以下几个方面探讨“结构力学”的教学改革。

1.教学内容改革

1.1 删除与其他课程重复交叉的内容

随着一些新型学科的发展和土木工程专业发展的需要，本科生的开设的课程越来越多，“结构力学”的教学学时在减少。建议在“理论力学”和“材料力学”中学过的内容，如：静定梁的内力计算等内容，在“结构力学”没有必要再讲授或只需简单带过；矩阵位移法内容将在后续课程有限单元法中有详细的介绍，在少课时的情况下这一章的内容可删除不讲[1]。同时，为了适应新形势下专业人才培养的要求，可增加一些新的内容，比如结构稳定计算这一章，在“结构力学”少学时的课程设置中是不作为必讲内容的，但是结构稳定计算是结构分析中非常重要的部分，也是一些院校考研必考的一章，因此可应作为重点讲授内容。

1.2完善教学体系

很多工程技术人员和初学者，对一个具体的结构进行分析时，往往无从着手。其原因，一是理论联系实际较少，二是结构力学体系或内容还不够完善或教材内容的侧重点布局不到位，比如在对一个具体的结构进行分析，首先要把结构简化成计算简图，但它们往往简化不到位，因此，建议把“结构的计算简图”作为一章教学，并加入各种结构形式的案例，经近三年的教学实践取得了良好的教学效果。简化出结构简图后，应进入结构几何组成分析阶段，这时学习者往往无从着手，原因是在几何组成学习部分的体系中，教材中给出了三个“几何组成规律”[2]后，就要求他们直接运用这三个几何组成规律来分析结构的几何组成，而没有给出利用几何组成规律来分析结构几何组成的步骤和统一的方法。因此，建议补充上。

1.3 拓展教学内容

土木工程培养的是复合型人才，要求学生知识面广，眼界开阔，能跟上学科技术的发展，因此，在不断更新教学基本内容的同时，还要延伸教学基本内容来开阔学生的视野。比如在“对称结构的计算”教学过程中，结合科研成果，简要地介绍了“相似对称性在相似对称结构分析中的应用”[3]等内容；在力矩分配法的教学过程中，介绍了比传统的方法简便、收敛速度更快的力矩分配法[4]，不仅扩大了知识面，还提高了同学们的学习兴趣，取得了良好的教学效果。

1.4增加实践环节量

“结构力学”这门课程主要是理论学习，但可以通过增加实践环节来让学生很好地理解掌握比较抽象、难懂和难掌握知识点的。比如通过结构设计并开放实验的方式，让学生分组创作房屋和桥梁模型等。要求作出计算简图，分析出几何组成，计算出结构的强度、刚度和稳定性，做出结构模型，试验出结构模型的强度、刚度和稳定性等，对比分析试验与理论的差异并通过讨论提出优化方法，教师对每组做详细的点评。这样的实践环节，既使学生深刻地认识到了实际结构的受力和变形与理论计算的差异，又培养了学生的创新、分析与解决问题和团队协作等能力，取得了良好的教学效果。

2.教学手段改革

2.1发挥好多媒体与传统板书的优势

由于多媒体教学方便、直观、生动、信息量大等优点，对于内容抽象、需要大量绘图或书写的知识点，多媒体的运用可弥补传统板书的不足。比如在研究结构的稳定时，随着荷载的增加，结构由较小变形到较大的变形，直到失稳这一过程，传统板书是不能像多媒体做出来的动画一样，直观、生动、形象地模拟并展现出这一失稳过程的；在介绍结构类型时，传统板书需要画出各种类型的结构，占用了较多的课堂时间，而多媒体课件就能节省出这一部分课堂时间。由于人类认知规律的关系，在讲授逻辑性较强的推理部分时，而往往板书效果较好，教师的板书过程，加深了学生的印象，书写过程给予了学生充分的思考时间。实践效果较好。

2.2发挥网络教学的优势

网络教学已经成为现代教学不可缺少的平台，教师可以将每个知识点，每一次课的课前和课后的必读和选读资料，以及课堂准备讨论的问题等挂在上面，指导学生预习、复习和自学，从而提高课堂利用率，丰富学生的力学知识，满足自学能力强的学生的求知欲。网络是一个交流的平台，在上面建立一个师生问题交流中心，让学生都参与进来，通过交流、讨论，解决疑难、加深理解、升华知识。取得了良好的教学效果。

3.教学方法改革

3.1引导式教学，培养学生创新能力

目前，结构力学“以教师为中心”单向灌输，即填鸭式的传统教学方法的教师不在少数，这种教学方式不能调动学生的学习积极性，更不利于学生发现问题、分析问题、解决问题能力的培养，尤其扼杀了学生的创造性思维能力的养成。“引导式教学法”[5]是指教师改变传统的教学方法，运用各种恰当的教学手段，以实现教师主导、学生为主体目的的教学模式。也是基于日常生活或常见工程问题以学生为中心的教育方式。引导式教学法强调以问题解决为中心，强调社会性及交流合作的作用，使学习者在互相交流的过程中发展能力和协作技巧，培养有效地解决问题的技能以及自主学习和终身学习的能力。比如学习“静定平面刚架”，教师通过精心的教学设计，在上课之前将静定平面刚架的预习资料和相关参考资料、讨论的问题和内容通过网络教学平台告诉学生，让各个学生小组在课前预习、讨论等以达到自学一些简单的概念、理论和方法的目的，为课堂的引导式教学扫清障碍；课堂上根据不同教学内容设置不同的工程问题，来激发学生的求知欲望和学习兴趣，进而引发学生的积极思维，把整个身心都投入到教学过程中来，如学习悬臂刚架，问题一“悬臂刚架和悬臂梁外形上的异同点？”，问题二“悬臂刚架和悬臂梁内力计算的异同点，刚架刚结点的内力计算要点及注意事项？”；问题三“悬臂刚架可看作是悬臂梁怎么变化过来的”，问题四“悬臂刚架与简支刚架、门式刚架和三角刚架在外形、外力和内力计算方面的异同点”，通过这样一步一步的递进式的问题进行引导；此时，教师把发现问题、思维空间留给学生，充分发挥学生在学习中的主动性，让学生围绕探究目标进行观察、试探、验证等一系列活动，让学生在思维和操作中产生灵感，体验发现和探索的乐趣，然后，学生小组内和小组间相互交流，对探究的结论进行归纳总结，从而使预设的问题得以解决。

4.考核方式改革

结构力学是一门应用型课程，其知识涉及大量的工程实践，一次用试卷来表达的期末考试成绩不能客观地反映学生的学习能力、实践能力和创新能力等。建议采用平时成绩、笔试和机试相结合的考核方式。平时成绩，主要结合考查学生发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力、协作能力和创新能力以及平常表现等，包括回答提问、小组讨论、小组间交流、小组里起的作用、平时作业、出勤等分值之和，平时成绩占综合成绩的35%。笔试主要用于考查学生对基本概念、基本理论、基本方法的掌握程度，题型为填空题、判断题、简答题、作图题和计算题，成绩占总成绩的50%；机试在机房电脑上完成，主要考查学生运用“结构力学求解器”分析复杂结构方法的掌握情况，每位学生从机试题库中随机抽取3道题，答题完成后计算机自动算这部分成绩，并占综合成绩的15%。总之，将期末一次性闭卷考试与机试、课堂的回答问题、讨论、平时作业等多种考核方式结合起来，教学实践表明很好地弥补了单一闭卷考试的不足。

5.结束语

优化“结构力学”教学内容，完善教学体系，拓展教学内容，增加实践环节量；改进教学手段，发挥多媒体与传统板书的优势，发挥网络教学的优势；改革教学方法，采用引导式教学，同时改进考核方法。教学实践表明，这些举措提高了“结构力学”教学效果，培养和提高了学生的动手能力和创新能力等综合素质。

参考文献：

[1] 潘文军，韦志伍. 大众化教育下《结构力学》教学改革的思考[J]. 中国科技信息，2011（15）：185-186.

[2] 龙驭球，包世华. 结构力学教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 刘俊华，刘凤利. 相似对称性在相似对称结构分析中的应用[J].开封大学学报，2007（1）：87-91.

[4] 魏小文，宋力. 力矩分配法在对称结构中的应用[J].力学与实践，2005（27）：54-56.

[5] 贺 颖，石聪聪等. 引导式教学结合多媒体技术在细胞生物学实验教学中的应用[J]. 吉林省教育学院学报，2012（7）：49-50.

基金项目：河南大学第十三批校级教学改革重点资助项目（HDXJJG2013-21）