基于工程案例的结构力学课程教学探索与实践

【摘要】工程案例教学法直观生动，内涵丰富。文章将工程案例教学法引入结构力学课堂教学实践中，从工程案例的选择、讲课技巧以及评价机制三个方面展开论述，可以为相关课程的教学提供参考。

【关键词】结构力学  工程案例  教学

【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）40-0220-02

案例教学（Case Method）是由美国的克里斯托弗·哥伦布·朗代尔（C.C.Langdell）在1870年最先提出，后经推广传播到世界各地，其代表了未来教育方向的一种成功教育方法。我国引入案例教学始于20世纪80年代。

案例教学，是一种开放式、互动式的新型教学方式。通常，案例教学要经过事先周密的策划和准备，要使用特定的案例并指导学生提前阅读，要组织学生开展讨论或争论，形成反复的互动与交流，并且，案例教学一般要结合一定理论，通过各种信息、知识、经验、观点的碰撞来达到启示理论和启迪思维的目的。在案例教学中，所使用的案例既不是编出来讲道理的故事，也不是写出来阐明事实的事例，而是为了达成明确的教学目的，基于一定的事实而编写的故事，它在用于课堂讨论和分析之后会使学生有所收获，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。

由于工程案例的直观性，学生可以从书本上的理论知识中脱离出来，增强学生的感性认识，学生的积极性及兴趣都可以得到很大的提高。

结构力学课程是土木工程及其相关专业领域一门重要的专业基础课[1]，对于相关专业的本科生来说，该课程在所有课程中有着举足轻重的地位，一方面，学好该门课程可以为后续的专业课学习打下基础，另一方面，随着考研热的兴起，结构力学也是土木及其相关专业硕士研究生入学考试的一门必考科目之一。通过学生的反馈情况来看，学生知道该课程的重要性，但又普遍感觉不太好学，有些学生甚至因此丧失信心，进而影响到后续课程的学习，为了使学生从一开始接触就喜欢上这门课程，让结构力学变得简单易学，笔者在授课过程中将案例教学法引入课堂，学生都普遍感觉到受益匪浅，对结构力学课程的学习兴趣也大大提高，起到了非常好的效果。

通过近几年的实践，笔者认为，要把工程案例真正完全引入到课堂实践当中去，需要做到以下几个方面：

一、工程案例的资料收集

与课堂理论知识相对应的工程案例的收集工作量大，需要教师查阅大量相关资料，更重要的是教师需要一定的判断经验，能够对工程案例做出甄别判断，找出真正适合所讲内容的工程案例，这样才能起到真正的效果，否则就会适得其反。笔者在讲授结构概念部分时，拿国内外的典型实际工程案例如鸟巢、水立方、悉尼歌剧院、哈利法塔等不同结构类型作为对结构概念的讲解，在讲授固定铰支座和活动铰支座约束概念的时候，引入桥梁支座加深学生对支座约束概念的理解，在讲解结构的动力计算这一章时，首先给学生观看了1940年美国塔克玛大桥风震破坏的视频资料，虽然涉及到复杂的桥梁动力学的理论知识，但是将其作为结构能真正“动”起来的比较有力的证据则再合适不过，通过塔克玛大桥的破坏案例自然地引入到结构动力学学习的必要性，激起学生的求知欲望，起到了良好的课堂效果。又如在讲授阻尼对结构振动的影响这一节时，为了让学生更直觀的感受阻尼可以减少结构振动反应时，拿伦敦千禧桥作为工程案例讲授，通过加设TMD和粘滞阻尼器后这座长达350 m的桥才能正常使用，让同学们真正了解了阻尼所产生的效果。工程案例的选择与甄别需要教师做大量的搜集工作，建立结构力学授课工程案例库，同时还要求任课教师具有较好的专业素养，能从工程案例中提炼出与课本知识相对应的理论，因为只有选择有针对性的工程案例进行讲授，才能真正起到让学生能够理论联系实际的作用，起到良好的课堂效果。

表1列出了课堂授课过程中采用的部分工程实例。

二、工程案例的课堂讲授技巧

好的工程案例对课堂内容起到了相当大的补充作用[3][4]，教师应针对工程案例多采用启发式、设问式的授课方式，让学生积极主动思考问题，让学生由被动学习变为主动学习，这样一方面活跃了课堂气氛，另一方面也可以提高学生思考问题、解决问题的能力。比如在讲解结构自振频率的内容时，从学生熟悉的单摆自振频率的测定讲起，逐步过渡到上课所在教学楼结构的自振频率如何测定，让学生自己琢磨方法，然后讲解结构自振周期测定的常用方法，让学生不仅学习了书本知识，还拓宽了视野，增长了知识。又比如在讲解超静定结构时，为了加深对超静定结构的认识，选择最为常见的桥梁结构作为工程案例进行教学，让学生分辨哪些是静定桥梁哪些是超静定桥梁，接着设问超静定桥梁为什么较静定桥梁普遍采用的原因？最后通过受力分析和变形分析找出超静定结构的优点。通过采用一定的课堂讲授技巧，教师可以从一个好的工程案例当中引申出很多课堂外的知识，扩充学生的知识面，当然这需要教师不断学习并积累课堂经验，对教师本人的素质提出了更高的要求。

三、工程案例教学法的评价机制

目前结构力学的评价基本上是以考试做计算习题为主，并且是总成绩考核的主要组成部分（期末成绩占80%，平时成绩占20%），为了凸显工程案例教学法的实际效果，平时成绩中除课堂出勤，作业等占有一定的比重外，工程案例的课堂讨论也有必要作为平时成绩的一部分，对于对工程案例积极思考，踊跃发言的学生应加大平时成绩的分数，改变期末考试结构力学仅做计算习题的模式，可以适当增加与工程案例有关的简答或计算习题，这些工程案例应该在课堂上有所提及或案例内容基本接近，提高学生运用知识解决问题的能力。另外还可以改变目前单一由期末成绩和平时成绩决定总成绩的评价模式，增加实践评价环节，让学生到现场接触工程实例，回去制作实物模型或采用软件进行结构简化计算等，提高运用软件解决问题的能力。

四、结语

采用以工程案例为核心的结构力学课程授课方法可以极大提高学生上课的积极性，充分调动学生学习的主观能动性，结构力学课程变得不再枯燥，艰深的理论知识与具体的工程案例相结合相得益彰，互为补充，让学生切实体会到理论联系实际的重要性，提高学生思考问题、解决问题的能力，达到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]龙驭球，结构力学[M]，北京，高等教育出版社，2012

[2]单建，趣味结构力学M]，北京，高等教育出版社，2008

[3]袁驷，一个基础，两座大厦-结构力学课程改革的思路与实践[J]，力学与实践，1998（4）：56-58

[4]孙庆巍，谈结构力学课程教学中的案例式教学[J]，中国科教创新导刊，2010，NO.29

作者简介：

吴平川（1979年10月-），男，汉族，河北省曲周县人，河北工程大学土木工程学院副教授，博士研究生学历，研究方向：结构抗震与振动控制。