结构力学课程教学方法探索

王慧萍 胡晓伦

摘要：结构力学在土木工程专业中占有特别重要的位置，是一门重要的专业基础课。文章根据自己多年的教学经验，从几个方面探讨了提高结构力学教学质量，保证教学效果的方法，为结构力学课程教学改革与创新提供参考。

关键词：结构力学；教学方法；学习兴趣；定性分析

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）10-0154-02

结构力学课程是土木、交通、水利等专业中一门重要的专业基础课，它与前续基础课程如高等数学、理论力学和材料力学等关系紧密，同时又是后续专业课程的核心基础，作为承接基础课和专业课的桥梁，在教学计划体系中起着承上启下的重要作用，历来受到各个高等工科学校的重视。结构力学教学效果的好坏不仅直接影响到学生对专业课程的掌握，而且还会影响到学生在实际工程中分析问题和解决问题的能力。因此，如何提高结构力学教学质量，有效保证和相关专业课程的衔接，提高学生运用所学的力学知识，分析解决实际工程问题的能力，是每位结构力学教师必须面对的课题。下面是笔者在结构力学课程教学中的几点经验和体会。

一、激发学生学习结构力学的兴趣

兴趣是推动学生求知的内在力量，孔子曾说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”结构力学是一门非常重要同时又有点枯燥乏味，且相当难学的课程，因此，激发学生学习结构力学的兴趣就显得尤为重要。

1.挖掘结构力学课程的人文知识。结构力学课程涉及力学人物、力学原理发展、工程应用历史等诸多力学知识，在课堂教学中，可以适当穿插些力学史、力学人物及生平事迹、经典工程实例，有助于丰富课堂知识，拓展学生视野，增强学习兴趣，促进大学生人文素质的培养。

2.挖掘结构力学课程内容的趣味性。在教学中有意识地加入相关有趣的内容进行讲述，以激发学生的学习兴趣。如东南大学单建教授编著的“趣味结构力学”一书起到了很好的引导作用。

3.合理使用现代化教学手段。精心设计多媒体教学课件，通过文字、图形、图像、声音和动画，将结构力学中的概念、原理和方法形象直观地表现出来。优质多媒体课件会使课堂教学具有生动性、形象性、趣味性及高效性，达到优化教学效果和寓教于乐的目的。

二、培养结构力学定性分析能力

结构力学从能力培养上可以分为三大部分：经典结构力学、计算结构力学和定性结构力学，也可称为基础结构力学、程序结构力学和概念结构力学，其基本含义是一致的。经典结构力学强调的是结构力学基本知识、基本原理和计算方法的掌握，注重的是定量分析的能力；计算结构力学培养的是对结构计算程序的使用和计算能力，注重的是结构电算的能力；而定性结构力学所训练的是对结构进行正确的力学分析、判断与估算的能力，如对计算结果进行校核，对内力分布的合理性做出定性判断等。

目前，结构力学课程的教学重点仍放在第一部分，利用力学基本原理和计算方法对结构进行定量分析。由于该课程内容多，逻辑性强，方法技巧要求高，学生经常热衷于做各种习题集，力求掌握各种解题技巧和求解方法，而忽视力学基本概念和基本理论的理解和领悟。随着计算机技术在土木工程领域的广泛引用，计算结构力学也得到了快速发展，利用计算机软件对结构进行电算已非常普遍，但同时也带来一些问题，如何从大量的计算数据中提炼有价值的结果，如何判断计算结果的好坏，对计算机的依赖过大容易忽视结构分析中基本力学概念的把握。而定性分析能力的培养在教学中还没有得到足够的重视，是教学的薄弱环节。从工程应用的角度来看，结构力学价值的体现不仅仅是会解算各种结构力学题目，更重要的是在面对实际工程结构时具备一种良好的力学“感觉”，而这种“感觉”就是我们通常所说的力学素养，真正体现于对结构宏观上的理解和对其力学本质的把握。能够对结构的合理形式以及相应的结构变形和内力等具有总体概念和定性分析能力，对工程中计算的数据、发生的现象和出现的问题能够做出迅速科学的判断，这就是所谓的概念设计。而定性结构力学的训练正是造就这种力学“感觉”的一个基本途径。如勾画结构的变形图在结构力学教科书中一般没有系统的介绍，但正确估计和判断结构受力后的变形图，对估算和分析结构的内力与变形有十分重要的意义。快速绘出结构变形图，可大致估算出结构受力后弯矩和侧移的变化规律，从而判断杆件截面上哪一侧受拉，哪一侧受压，也有助于在结构动力学中判断动力自由度的数目和运动方程的建立，还可用来判断设计图纸上的钢筋布置是否合理。这无论是对于结构定性分析的教学还是对于实际工程估算都有较大的实用价值。

结构力学三个能力的培养是一个有机的整体，结构定性分析的训练必然是建立在对基本知识掌握的前提上，因此教师在课堂中要花足够多的时间把基本概念和基本理论讲清楚，讲透彻，突出重点，讲清难点，使学生真正地理解和掌握。只有掌握了力学的基本知识和规律，才能举一反三，融会贯通，达到活学活用的境地。而定性分析的训练也会反复地巩固基本知识，相辅相成。每当遇见一个问题，我们应当培养学生不要急着去用一些公式计算、求解，而是应该先对其进行定性分析，充分把握问题的本质，然后通过定量分析得出准确的结论，验证定性判断的正误。另外，在利用计算机进行电算分析时，定性分析能力也显得尤为重要，需要对电算结果从定性的角度来判断其是否正确，从而判断计算模型正确与否。

三、多种形式的教学方法

目前，结构力学教学主要以教师为中心单向灌输，属于填鸭式的传统教育方法。这种教育方式不能调动学生的积极主动性，更不利于学生发现问题、分析问题和解决问题的能力培养，迫切需要开展和结合多种形式的教学方法。

1.采用启发式教学。以往的教学模式都是老师讲，学生听，缺乏互动，人的思维过程往往从问题开始，教师通过引导，启发学生思维，引导学生对知识进行深入的理性的思考，而不是完全被老师牵着鼻子走，束缚在老师提供的固定思维模式之内。“学为主体，教为主导”，使学生的课堂学习由被动变为主动，激发学生的学习兴趣和学习主动性。启发式教学需要教师根据每堂课的知识重点和内在联系，围绕结构力学中的关键知识点，预先设计好对应的相关问题，在讲解的过程中，不断地通过提问，抛砖引玉，由浅入深，一步步引导学生自己去思考和分析问题。如在课堂上训练学生草绘静定刚架的弯矩图，不是直接把正确答案告诉他，而是针对他的错误结果不断进行提示、启发，让他自己发现问题，解决问题。

2.精心组织课堂讨论。课堂讨论是一种启发学生积极思维，激发学生主动学习，培养学生独立思考能力的好形式。课堂讨论的选题需精心设计，难度适中，典型性强，如静定结构和超静定结构的几何特点和受力特点有何不同，为什么实际工程中的结构更多选用超静定结构；又如力法和位移法是求解超静定结构的基本方法，二者有哪些本质的区别和相互联系。教师只需在必要时给予点拨，最后在学生群体智慧的基础上进行归纳总结。老师也可以给学生布置合适的自学内容，通过试讲或提出问题的形式展开讨论，使学生能够充分参与进来，激发其求知欲，培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力。

3.理论与实践的结合。老师讲课时，不仅仅局限于课本知识，而要尽可能多地结合生活中常见的结构和实际的工程问题进行讲解，如通过介绍李春设计的赵州桥，让学生了解拱结构的特点，从而引入“合理拱轴线”的概念及其分析、计算方法；对工程中常用的混凝土简支梁、预应力连续梁、钢桁桥和拱桥等不同结构形式的受力情况进行对比分析，形象地说明各种结构形式的受力特点；从汽车、火车、行人过桥的力学问题引入移动荷载的概念及影响线的分析方法。也可例举实际工程中发生的事故案例，如上海莲花河畔景苑大厦整体倒塌、湖南凤凰桥在施工中的倒塌以及美国著名塔科马海峡大桥的风毁事故等。此外，在课堂学习结构力学理论知识的同时，增加一些科研实践环节，让学生自己理论联系实际。如组织学生参加校内外各级结构模型制作和设计大赛，鼓励学生运用结构力学知识去申请创新性试验项目，开展结构力学相关知识讲座等，从单一的课堂教学为主转变为多途径能力培养，实现课内教学与课外培养、理论与实践的统一和结合，在科研实践中加深对力学基本知识的理解和运用。

结构力学是土木工程类专业的一门重要的专业基础课，在教学计划体系中起着承上启下的重要作用，笔者从自己多年的教学经验出发，对结构力学教学方法进行了几点探索。在今后的工作中，学生可能不会直接应用结构力学知识去解决某个具体问题，但所学到的分析和解决问题的思维方式，却是他们今后工作所不可缺少的。

参考文献：

[1]单建.趣味结构力学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黄达海，郭全全.概念结构力学[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]朱慈勉，郭志刚，张伟平.概念力学分析中的延拓方法[J].力学与实践.2011，33（4）：61-62.

[4]袁驷.程序结构力学[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5]缪加玉.结构力学中的若干问题[M].成都：成都科技大学出版社，1993.