土木工程应用型少学时结构力学课程内容整合及教学反思★

杨 青 杨国兵

(1.滁州学院土木与建筑工程学院，安徽 滁州 239000； 2.安徽滁州技师学院，安徽 滁州 239000)

1 概述

结构力学是一门传统专业基础课，历来已久，堪称土木工程类专业课程的“中流砥柱”，其传授的知识点不仅需要理论力学、材料力学和高等数学做铺垫，而且为理解和掌握后续专业课如钢结构设计、混凝土结构设计及结构抗震等课程搭建了力学模型与桥梁，在土木类毕业生今后的职业岗位群中，作为工程技术人员分析和处理各种结构问题和施工方案应必备的专业素养之一。当下课程改革，应用型土木工程结构力学课时数由原来的90缩减为56，削减量达1/3以上[1]，通常被称之为“少学时”。我们认为此举并不是削弱了该课程在专业改革中的地位与作用，而是根据应用技术型培养目标对教学内容的整合与教学方式改进提出了更高要求。阳令明等[2]探讨了翻转课堂在结构力学课程教学的适应性，构建了教学应用模型；王振波等[3]提出对课程内容进行模块划分，对学生分层次组织进行教学，同时强调结构力学课程改革“重训练、强应用”的多种教学方法；贾穗子等[4]建立了结构力学课程与结构试验的结合，用“带斜肋加强型结点”模型模拟钢管混凝土框架刚结点，而直板结点、槽钢结点及角钢结点都无法保证刚结点的属性，让学生参与老师科研课题进行探讨，从而构建将计算简图中的刚结点转化为实际应用中，实现模型应用的飞跃；马艳梅[5]探讨了如何利用时下慕课、雨课堂、超星学习等网络手段，进行结构力学教学方式的改革；王磊等[6]讨论了通过简易材料制作的结构力学模型在课堂进行演示，让学生直观感受一些较为抽象难以接受或理解的概念，效果明显；这些学者都对结构力学的教学做出了有益且有力的探索。对于学时受到特定限制时的应用型结构力学教学应对措施，目前探讨的尚很难见到，笔者拟探讨在“少学时”控制下，对应用型土木类专业结构力学课程进行有效的教与学的问题，为教学改革提供参考。

2 选好教材

选择区别于学术研究型大学的应用型本科结构力学教材，具有针对应用型人才的培养目标这一鲜明特色，此类教材一改理论艰深、内容繁杂、形式古板、偏重公式推导之貌而凸显应用特色，学生易于接受，实用性强，可完成工程师基本训练，适合培养较强实践能力的高级专门人才，见表1。选好教材，仅为专业学习提供范本，但此类教材要求的学时数仍远超出少学时，如何在规定学时内完成合理的教学任务，为后续专业课提供进一步研究的基础，值得仔细斟酌。

表1 部分应用型土木工程结构力学本科教材一览表

3 教学内容的整合

手算绘制简单静定与超静定结构的内力图是结构力学的根基，必须要求学生熟练掌握。在静定结构这部分，考虑材料力学也有涉及，我们把叠加法及控制截面法作内力图作为新的抓手，课堂精讲，课下组织采用力学竞赛以求达到熟练掌握。静定结构位移计算一方面是理解力法典型方程意义的基础，另一方面也是结构刚度校核的手段，更是服务于超静定结构位移计算与结构软件(如SM Solver和ANSYS)应用的前提。图乘法是解算静定结构位移的有力工具。力法基本结构的选取，技巧性强，可以发动学生课后思考，实施课堂竞赛法。位移法典型方程的建立与方程系数的计算对于应用型学生是教学难点，特别是单跨超静定梁的形常数与载常数概念的来历与运用，学生往往不能吃透，这部分内容作为解算超静定结构的核心，教学当给予时间保障，否则学生定会产生迷茫。渐近法中的剪力分配法，对水平作用下框架结构手算内力十分合适，对学生毕业设计必不可少，理当加强。影响线部分概念可以与之前内力图对比给予处理，因为学时原因，可予略讲。矩阵位移法；结构的动力分析；结构的稳定分析；结构的极限分析内容，一般来说，因为少学时原因，可予忽略，对于部分有提升要求的学生，通过开展力学讲座形式，给予兼顾(不占用学时)，具体课时安排见表2。

4 教学方式反思

毋庸讳言，基础比较薄弱的学生学习结构力学课程往往信心不足，因此激发学生兴趣，让学生感受到本课程与混凝土结构设计、砌体结构、钢结构、建筑施工技术等其他专业课的清晰的内在脉络关系，必然会引起学生关注进而产生压力与动力。如果学院没有实施该课程与后续专业课的利害关系及其在毕业结构设计中的无可替代作用的后果体现，学生定然因畏惧而懈怠，那样即使学时再多也无益于教。让学生自觉“走出课堂”，融入“施工场地”，不失为一适应应用型培养目标的可行方案，应用型培养的人才不是培养研究性学者，而是“知其所以然”的技术型工程师。因此，应用型结构力学教师同时应担负核心专业基础课架设核心专业课桥梁的策划师，善于利用当今慕课、雨课堂、超星学习等网络手段，对学科发展前沿典型工程结构实物，和现代城市高速发展涌现的各种结构形状加以分析，积极开展结构力学课程学习通教学资源平台为课程服务，实施周边工程案例的力学分析(如2018年1月4日合肥公交站台因暴雪而坍塌事故，2019年10月12日无锡高架桥侧翻工程事故，2020年3月7日福建泉州酒店整体倒塌事故)。关注时事，关注身边的结构力学，兴趣加专注，化解“少学时”之不足。

表2 少学时课程学时数安排表

5 教学考核的改进及效果

期中期末考试只是考察学生学业成绩的手段之一,加强过程考核的评价方法成为共识。为此，我们鼓励参与国家级、省级、市级(校级)力学建模大赛的学生，获取优秀以上等级可获取课程学分，对利用课时外积极参与身边结构类型调查与分析报告，或利用结构软件进行模拟分析并得出较为有用结论的做法同样参与课程评分，我们的做法见表3。通过15级、16级、17级教学实践，学生学习结构力学的激情燃放，活动踊跃参加，如我们多次举办力学模型大赛，结构弯矩图和剪力图大赛，滁州学院笔者所任教的班级参加全国周培源力学竞赛2016年安徽省大学生力学竞赛获三等奖7人，2017年第十一届全国周培源大学生力学竞赛安徽赛区获三等奖16人，2019年第十二届全国周培源大学生力学竞赛中获三等奖2人，安徽省第二届大学生力学竞赛获三等奖18人，二等奖1人。获奖率和获奖层次均在安徽省同类高校前列。

表3 近3年来结构力学课程改革综合考核成绩方案

6 结语

通过对应用型少学时结构力学课程教学探讨与实践，得出教学内容整合的几点原则：1)兼顾与专业课的交叉性；2)对毕业结构设计有利；3)充分理解结构施工图；4)处理结构问题或理解施工方案；5)利于学习结构软件。应用型土木工程的结构力学的教学，应在应用型上大胆改革，大胆创新，寓教于究，化繁琐为简洁，化抽象为具体，化定理、规则理论为分析问题的方法与岗位的需求，以实用为原则，唯有以“有用”为原则才能真正接“地气”，使得“少学时”的改革值得推崇。