高校结构力学课程教学改革探索

夏雨　胡淼珍　余颖烨

摘 要 近年来很多教师和学者在结构力学教学方面一直在不断探索新的教学模式，也取得了丰硕的成果。本文主要从研发结构力学演示教学仪器、制作力学原理的演示动画、建立学习过程的考核监控体系等几个方面来探讨结构力学课程的教学改革，对结构力学的教学提供一些有益的建议。

关键词 结构力学 课程改革 教学仪器 质量评估体系

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.047

结构力学是一门非常重要的专业基础课程，它对学生毕业后从事与工程相关的各项工作都有很重要的影响，特别是工程结构设计。具备扎实的结构力学知识，是土木工程从业人员的坚实基础。只有真正掌握并能正确分析和计算结构的受力，才有可能解决工程中遇到的各种实际问题。结构力学在执业资格考试中意义也十分重大，例如全国注册结构工程师、建造师等专业资格考试中，都需要运用大量的结构力学知识。结合教学中的一些体会，下文从几个方面对结构力学的教学改革提出一些建议。

1 开发演示力学概念及原理的教学仪器

1.1 力学概念及原理

概念和原理一直都是我们探索科学的基础，也是解释科学现象的依据和根本。一些我们日常见到的难以理解的问题，其实追根溯源都是一些概念和原理的体现。结构力学学习的宗旨就是发现工程中常见结构及构件的力学原理并运用于生产和生活实际。

结构力学这门课程涉及很多概念和力学原理，只有充分理解这些概念和掌握力学原理，初学者才能够融汇贯通，为后续课程例如钢筋混凝土结构、钢结构等打下基础，正确的分析和解决一些力学问题，然而理解这些概念和原理比较抽象，对大部分学生来说有一定困难。

1.2 开发演示力学概念及原理的教学仪器

任何一门课程的教学都不应该是枯燥无趣的，如何增加教学的趣味性、生动性，是授好一门课的关键。这些年来，各大高校相应的取得了一些成果，从教学内容上和教学方式上都进行了一些改革，如使用多媒体教学，优化讲课内容，增加实践教学等。多媒体教学便捷，节约时间又增加了课堂氛围，但还是存在一定的不足，学生们仍然对那些比较难懂的力学概念和原理的掌握不够深入、深刻。为了解决这个问题，可以设计并开发制作一些演示概念及原理的教具，能够使学生生动形象的理解课本知识。例如在多跨静定梁部分，开发可以拆装的各种梁及支座约束模型，让学生在课堂上通过搭和拆一个多跨静定梁，来体会求解过程就是拆的过程，而搭的过程就是建造结构的过程。这些教具能使课堂更加生动有趣，也能使学生们能更好的理解结构力学课程中涉及的概念和原理。

2 制作演示力学概念及原理的动画

在网络上，我们经常能看到各种各样的动画宣传片，这样的动画效果，不仅让我们记忆深刻，更吸引了我们的注意力。如果教师把抽象、难以理解的概念和理论制作出相应的小动画演示出来，那么学生们学习起来既不会觉得枯燥，又能马上理解那些概念和原理。例如学习影响线章节时，学生总是不能充分理解概念，对一些概念和方法交叉混淆运用，以致不能正确画出结构内力和位移的影响线，做题分析时经常出现错误。如果用动画的方式来显示移动荷载作用下结构受力变形的过程，学生将更容易理解影响线的概念和作法。动画给人一种即视生动感，将动画模式运用到结构力学的教学过程中，将会收到事半功倍的效果。

3 引入工程中常见力学问题及计算软件

实际工程结构很复杂，会出现各种各样的力学问题，有的问题并不能用相同的方法来解决，而有的工程问题我们可以转化为力学问题，再通过计算机软件来进行分析，这些软件中最常见并与结构力学紧密相关的就是结构力学求解器、PKPM、ANSYS等计算机软件。利用结构力学求解器，我们在求解器中输入杆件结构体系，就能对杆件结构体系进行几何构造分析。求解器还可以直接计算一般平面结构的影响线、结构内力等。PKPM是进行结构设计时常用的结构分析软件，它能分析和计算结构的内力，并给出结构施工图。ANSYS是分析特殊構件力学问题的一个有效软件，能对结构进行模拟计算，通过输入各种参数和条件以及建模求解，我们就能提前预测所建结构的安全性能。

教师在传授教学过程中，有必要反复强化理论知识点，让学生加深印象并强化理解所学知识。在学生学习掌握了教师所讲的解题方法后，教师要给学生们引入计算软件，并指导他们把所学软件知识运用到实际工程问题中来求解一些力学问题。最后最重要的就是让学生把自己手算题目的结果与软件计算求解的结果进行比较分析，分析二者所出现的误差来源和对结构的影响。利用软件求解时，如何把实际工程问题输入到软件中，就是结构力学知识点的融汇贯通，如结构力学模型的简化和选择，还有荷载的施加等，这些都需要建立在实际结构的基础之上，充分理解结构的属性和传力特点，略去次要部分，保留能反映原结构基本性能的主干。实际结构错综复杂，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的也是不必要的。在进行计算之前，都是要对结构进行简化的。这些都是要让学生理解的工程概念，只有正确理解了这些概念，才能正确有效运用软件来求解结构的力学问题。

4 完善结构力学试题库建设

4.1 学生练习试题库建设

力学知识的掌握和巩固，要通过大量的题目练习来实现。一个知识点讲完，要有充足的试题练习来进一步深化对知识的理解和掌握。在课堂作业中，经常遇到的一个现象是抄作业。为了尽可能避免这种现象，对每个知识点尽量多的建立练习试题库，尽量做到每人一题。

相对来说课本上每章节的习题数目有限，题目类型也很单一，并不能达到让学生循序渐进，由难到易，由基本理论到深入理解的效果。充足的试题库建设，避免学生不能相互抄袭作业。另外，习题库中全面和详细的答案，也为学生针对批改后作业中错误的学习和改正起到重要的辅助作用。试题库可以根据难易程度分类建立。对于一般难度试题库，目的主要是为了让学生掌握课本基本知识和基本理论，能够解决常见结构的受力分析。面对要考研的学生，可以建立适当增加难度的试题库。试题库以国内著名高校的考研题目为主。通过试题库练习，学生可以开阔眼界，明白自己的差距，也在学习做题过程中接触结构力学的多种问题，为以后无论是继续深造还是执业资格考试或者是工作打下基础。

4.2 考试试题库建设

教师对学生们学习效果的考核和监控，除了课堂上学生跟随教师思维积极配合和问答之外，最好的方式是对学生们进行考试。随堂测验、期中考察、期末考试等都是教师检验教学质量、督促学生良性学习的机会。考试是最有效的检验学习和授课成果的方式。然而，如果考试试题都由各自的授课老师命题，第一，并不能客观公正的反映学生的学习效果，也不能客观评价教师的教学情况。第二，不同的教师出题有不同的侧重点和难点，造成考试试卷因为老师个人取向问题造成考核知识点不够全面，因此应避免由任课教师直接命题考核学生所带来的弊端。采用试题库抽题组卷是实行教考分离的有效手段，既保证了考核的公平公正性，又确保了试卷的质量。

5 建立教学过程质量监控及评估体系

如何评估教学质量，如何保证学生的学习效果，这就需要一个良好的监控和评估体系。在授课过程中建立教学监控及评估体系，实时对学生的学习过程进行监控，学生的学习效果势必会有所改观。以往结构力学课程只是通过期末的考卷来考察学生对知识的掌握情况，并不能全面体现学生的能力和学习效果。立足于学生学好结构力学并产生兴趣这个目标，学校考核的方式也需要改变。改变传统单一的考试方式，以适应结构力学教学的需要。以吸引学生积极参与到结构力学学习过程中为第一要务，可从以下几个方面改进：

第一，作业是最基本的教学成果体现方式。学生平时的作业，成为最终学生平时成绩的一部分。通过作业练习监控学生的学习效果。

第二，以大作业的形式增加实践环节，提高学生对知识的应用水平。可以采取班级竞赛方式，开展设计比赛。例如设计桁架模型设计及承载力计算等，提交计算书和结构受力分析报告，既锻炼学生的动手能力又提高分析计算的思维能力。比赛成绩作为平时成绩的一部分。

第三，适当尝试增加教学环节。每节课程，在课前随机提问学生在上讲台讲解自己完成的作业。这既能增加学生的语言表述能力，又能检验学生是否真正理解了课程的内容。教师可以针对学生的讲解表现打分，作为期末考试平时成绩的加分项。

第四，当一个章节知识学习结束，对章节内容重点和难点进行复习和强调。在此基础上，尝试让学生针对此章节内容自己出3-5道题目并作出答案。要求所出的题目能够重点突出，内容全面，体现章节的重点和难点。教师可以通过学生出试卷的情况了解学生是否掌握本章节重点。此项也作为平时成绩的重要一部分。

6 结束语

结构力学课程对土木工程專业学生的重要性是不言而喻的，如何改进教学方法，帮助学生培养课程的兴趣，奠定专业基础知识是需要任课教师长期不断探索和努力的。学校教育学生的方式方法不是一成不变的。发展和变革是现代社会的潮流，接受先进的教学理念和新的思维方式也是大势所趋。学校作为锤炼人才的熔炉，任课老师需要不断改进教学方法、探索新的教学模式来适应时代的发展及课程的需要。

本文受到以下项目的资助：广西高等教育本科教学改革项目（2016JGA243），2016广西大学生创新创业训练计划项目（201610594178；201610594171）

参考文献

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