浅论结构力学教学改革

赵昕

[摘           要]  在土木工程专业中，结构力学在应用型基础课中属于一门比较重要的课程，该课程教学内容与实际工程息息相关，因此，教学质量及水平对学生的知识掌握状况产生直接影响，此外还对学生在工程实践中的分析和解决问题的能力产生影响。在结构力学教学过程中，侧重于学生结构定量的计算能力的培养，但是伴随着计算机技术逐渐成熟及其在土木工程领域的普及应用，对结构力学教学的要求越来越高，传统教学模式已经不能满足时代及学生需求，并且存在诸多问题。

[关    键   词]  土木工程;结构力学;教学改革

[中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2021）06-0212-02

在土木工程专业中结构力学是一门重要且基础的课程，教学目标是促使学生掌握有关结构力学的理论知识及方法，进而培养学生将较为抽象的工程实际问题转变为与之相对应的力学模型，并通过计算分析软件以及掌握的理论知识对问题进行分析、解决。简单来说，结构力学其实就是在理论力学及材料力学的基础上进行的深化和扩展，同时也是之后专业课程学习的基础，因此，在整个土木工程专业中占据重要地位，充分发挥了承上启下的作用。由于结构力学题目变化多端，倘若学生基本知识不牢固，学习方法不当，要想掌握更多的结构力学知识有很大难度。面对如此严峻的形势，部分院校尝试对结构力学课程教学进行改革，并取得了一定的成绩。然而各大院校差异较大，教学方式不可生搬硬套，应该在教学实践中不断优化和完善。

一、结构力学教学改革目标

现阶段，绝大多数二本院校都在积极着手过渡为应用型本科，以培养具备较高实践操作能力的应用型人才为目标，故而，要想从根本上实现这一目标的最直接、有效的方式就是继续专业实践教学改革[1]。

伴随着社会经济的稳步发展，我国科技水平得到了很大提升，对土建类人才的要求也逐渐提高，加之城市化进程的不断加快，房屋及桥梁结构形式越来越复杂，计算机辅助设计以及有限元分析软件已经成为工程实践过程中不可或缺的工具[2]。在以往传统的结构力学教学过程中，较为注重培养学生的计算能力水平。但是这种教育观念下培养出来的人才已经不能满足企业的岗位要求及社会发展需求。尤其是独立学院的学生，就业于生产一线的概率较大。这就导致很多学生认为结构力学的相关知识对今后工作产生的影响不大，因此对结构力学的学习兴趣逐渐下降或者对其重视度不高，最终导致学生在实际工作中解决结构问题的能力不足。以上种种都说明了要想培养应用型人才，就应该将之前以理论教学为中心的结构力学课程转变成理论与实践并重的教学方式，结构力学课程教学改革已经成为一种趋势[3]。

二、结构力学课程教学存在的问题

（一）内容冗长、凌乱

就当前结构力学的培养方案而言，其中某部分内容冗长并且较为凌乱，例如桁架杆的内力计算这部分内容，在理论力学中已经出现，并且已经作为重点讲授，然而在结构力学中再次出现，又需要重新讲授一次，并且两次讲授的内容并不能很好地衔接起来，导致学生在学习时常常处于懵懂状态。又比如说矩阵位移法这部分内容在之后工作实践中不经常运用到，但是结构力学课程大纲却将这部分内容作为重点，要求教师对其深入剖析，这不但浪费课堂时间，同时还需要学生投入大量精力[4]。因此，面对如此冗长和凌乱的内容，该课程改革势在必行。

（二）内容抽象，晦涩难懂，学生理解难度大

结构力学就是对结构在各种效应下的响应进行计算，其中包括内力计算以及位移计算。例如内力计算这部分内容，鉴于内力是看不见、摸不到的，内容比较抽象，学生对这部分内容缺少感性认识，因此，极易与变形等相关概念弄混，进而导致知识点掌握不清晰。另外，学生初次涉及结构力学这一课程，再加上内容具有较强的抽象性，导致学生产生畏惧心理，甚至有些学生学习目的并不明确，如何学习、掌握知识内容，如何运用已知力学模型进行分析等问题层出不穷，致使学生空有一身知识而不知如何运用。长此以往学生对结构力学的兴趣消磨殆尽，他们根本不了解该课程的重要性以及对工作产生的影响。

（三）实践教学匮乏

鉴于结构力学有较强的理论性，教师为了加深学生对理论知识的理解，在教学过程中往往以理论讲授为主，而实践教学寥寥无几。学生在掌握結构力学知识后，尽管对静定结构及其内力计算了如指掌，但是知识在实际工作中的运用能力并不高。

三、结构力学课程教学改革的有效路径

（一）优化教学内容

1.适当删减或弱化课程相关内容

伴随着学科的不断发展，结构力学课程的课时不断减少，但是需要掌握的内容未发生变化，要想学生在一定的时间内高效实现教学目标，就应该对该课程教学内容适当进行优化和删减[5]。例如，静定平面桁架内力计算这部分内容已经在理论力学中有具体讲授，因此只需要简单复习即可，没必要详细进行讲解。再比如材料力学中的静定梁、静定钢架的内力计算以及绘制内力图的内容，只需要一带而过，应将掌握更多不同的绘制技巧作为这部分内容的重点。随着专业技术的不断发展，之前适用或者价值较高的理论在现下可能已经不再适用或者不再重要，但是在教材中依旧保留下来了，故而在制订教学任务及教学计划时应该对教学内容进行适当调整。例如，之前弯矩分配法、剪力分配法以及力法的简化等技巧较为盛行，并且这些技巧都是以手算为基础的，尽管这些技巧灵巧高明，超乎寻常，但是当前计算机技术以及工程软件技术产生并得到了广泛运用，手算技巧已经不再适用，因此这部分内容应该逐渐削弱。

2.对课程内容进行补充和加强

由于学科不断发展以及社会需要，应该提高学生对某些知识内容的认识，例如，静定结构影响线的计算，在局部加载中影响线加载运用较为广泛，应该对这部分内容进行补充，加强学生对静定结构影响线的认识，以便良好运用。再比如位移法、矩阵位移法在现代工程结构分析技术中是必不可少也是非常典型的理论内容，虽然这部分内容有着较强的抽象性，理解起来难度较大，但是就当前结构力学所使用的计算方式的发展状况来看，矩阵又是计算机基础，因此应该对位移法以及矩阵位移法的原理、使用方法及其应用作为重点内容进行深入讲解，帮助学生真正从手算中解脱出来，实现计算机计算。此外，还可以结合土木工程学习的发展需求，对相关内容进行补充和完善，例如在对结构定性分析这部分内容进行讲解时，可重点讲授结构分析内力图的核查，培养学生定性分析能力及自我纠错能力，同时提高学生内力判断的准确性。

（二）创新和优化教学方法

1.将现代教学与传统教学有机融合

众所周知，结构力学是一门理论性及逻辑性都较强的课程，需要教师灵活运用教学方式将课程内容直观展现出来，激发学生对结构力学知识的学习兴趣。通过多媒体设备将一些晦涩难懂及抽象的内容或者不能用语言表达出来的内容通过PPT或者视频等方式展现出来，加深学生对知识内容的理解和巩固，同时节省板书时间，提高课堂教学成效。当然，并不是让多媒体教学完全取代板书讲解，某些内容适用于板书讲解，例如力法、位移法的公式计算等难度较大且繁杂的内容，只有利用板书为学生具体讲解，同时一步一步进行推导，加强教师与学生之间的交流和沟通，同时便于学生理解，巩固记忆。因此将现代教学方式与传统教学有机融合，相互补充，可在提高教学质量水平的同时提高教学效率。

2.灵活运用案例教学法

学生学习结构力学知识就是为之后的工作打基础，但是鉴于结构力学内容抽象，所学知识源自理论分析，与实践有着较大差异，将其与工程实际结合起来有着较大难度。在学习概念性内容或者与工程实际紧密相连的知识内容时，将理论与实际衔接起来，甄选出一些生活中常见的工程案例，不仅可以调动学生的学习积极性，同时还容易理解。在课堂教学过程中，可以将真实工程案例融入教学当中，尽可能课堂教学中讲述的每个知识点都能联系工程实际案例。例如在讲解拱结构的合理拱轴概念时，就可以提出赵州桥为什么可以屹立到现在的问题;在对组合结构受力进行分析时，可以将其与公园秋千连接起来，用以说明怎样区分链杆及梁式杆等。这种教学方式自然而然让学生意识到结构力学在工程实际中发挥的重要作用。

（三）加强实践教学

结构力学的性质决定了应该通过理论与实践相结合的方式进行教学，并且力学的概念就是通过实践总结出来的。加强实践教学便于学生对概念类及专业知识的理解。院校应该为学生构建开放性实验教学平台，通过实验的方式加深学生对知识的理解，同时培养学生的实验技能，提高其动手操作能力及独立解决问题的能力。此外，定期举办结构大赛，有学生个体或小组设计结构模型，将学生分析能力及解决问题的能力最大限度地发挥出来。利用实践教学提高结构力学的教学质量，不再受到课堂理论教学为主的束缚，让更多的学生参与到课堂教学活动中。

四、结语

伴随着社会的稳步发展，高校应对结构力学课程人才培养目标进行重新定位，将培养应用型人才作为主要目标。只有在教学实践中不断对结构力学的教学模式进行优化和创新，紧随时代发展需求，才能有效提高该专业学生的力学分析能力及计算能力，强化学生的市场竞争力，从根本上优化应用型人才培养。

参考文献：

[1]杨期柱，贺海斌，龙会平.地方院校结构力学课程教学改革的探索与实践[J].科技创新导报，2020，17（6）：215，217.

[2]马艳梅.结构力学教学中存在的问题及改革探讨：以北京科技大学天津学院为例[J].居舍，2020（4）：186-187.

[3]王初秋，崔森.基于地方应用型本科院校的结构力学教学改革探索[J].现代经济信息，2019（22）：408.

[4]经纬.关于结构力学综合实践能力培养的教学改革方案研究[J].教育教学论坛，2019（19）：113-114.

[5]郭翠芳，蔡可键，马永政.“卓越计划”引领下结构力学课程教学改革与实践[J].宁波工程学院学报，2014，26（4）：75-78.

編辑 郭起珍