王慧萍 胡曉倫

摘要：結(jié)構(gòu)力學在土木工程專業(yè)中占有特別重要的位置，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。文章根據(jù)自己多年的教學經(jīng)驗，從幾個方面探討了提高結(jié)構(gòu)力學教學質(zhì)量，保證教學效果的方法，為結(jié)構(gòu)力學課程教學改革與創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學；教學方法；學習興趣；定性分析

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）10-0154-02

結(jié)構(gòu)力學課程是土木、交通、水利等專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它與前續(xù)基礎(chǔ)課程如高等數(shù)學、理論力學和材料力學等關(guān)系緊密，同時又是后續(xù)專業(yè)課程的核心基礎(chǔ)，作為承接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，在教學計劃體系中起著承上啟下的重要作用，歷來受到各個高等工科學校的重視。結(jié)構(gòu)力學教學效果的好壞不僅直接影響到學生對專業(yè)課程的掌握，而且還會影響到學生在實際工程中分析問題和解決問題的能力。因此，如何提高結(jié)構(gòu)力學教學質(zhì)量，有效保證和相關(guān)專業(yè)課程的銜接，提高學生運用所學的力學知識，分析解決實際工程問題的能力，是每位結(jié)構(gòu)力學教師必須面對的課題。下面是筆者在結(jié)構(gòu)力學課程教學中的幾點經(jīng)驗和體會。

一、激發(fā)學生學習結(jié)構(gòu)力學的興趣

興趣是推動學生求知的內(nèi)在力量，孔子曾說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！苯Y(jié)構(gòu)力學是一門非常重要同時又有點枯燥乏味，且相當難學的課程，因此，激發(fā)學生學習結(jié)構(gòu)力學的興趣就顯得尤為重要。

1.挖掘結(jié)構(gòu)力學課程的人文知識。結(jié)構(gòu)力學課程涉及力學人物、力學原理發(fā)展、工程應用歷史等諸多力學知識，在課堂教學中，可以適當穿插些力學史、力學人物及生平事跡、經(jīng)典工程實例，有助于豐富課堂知識，拓展學生視野，增強學習興趣，促進大學生人文素質(zhì)的培養(yǎng)。

2.挖掘結(jié)構(gòu)力學課程內(nèi)容的趣味性。在教學中有意識地加入相關(guān)有趣的內(nèi)容進行講述，以激發(fā)學生的學習興趣。如東南大學單建教授編著的“趣味結(jié)構(gòu)力學”一書起到了很好的引導作用。

3.合理使用現(xiàn)代化教學手段。精心設(shè)計多媒體教學課件，通過文字、圖形、圖像、聲音和動畫，將結(jié)構(gòu)力學中的概念、原理和方法形象直觀地表現(xiàn)出來。優(yōu)質(zhì)多媒體課件會使課堂教學具有生動性、形象性、趣味性及高效性，達到優(yōu)化教學效果和寓教于樂的目的。

二、培養(yǎng)結(jié)構(gòu)力學定性分析能力

結(jié)構(gòu)力學從能力培養(yǎng)上可以分為三大部分：經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學、計算結(jié)構(gòu)力學和定性結(jié)構(gòu)力學，也可稱為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)力學、程序結(jié)構(gòu)力學和概念結(jié)構(gòu)力學，其基本含義是一致的。經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學強調(diào)的是結(jié)構(gòu)力學基本知識、基本原理和計算方法的掌握，注重的是定量分析的能力；計算結(jié)構(gòu)力學培養(yǎng)的是對結(jié)構(gòu)計算程序的使用和計算能力，注重的是結(jié)構(gòu)電算的能力；而定性結(jié)構(gòu)力學所訓練的是對結(jié)構(gòu)進行正確的力學分析、判斷與估算的能力，如對計算結(jié)果進行校核，對內(nèi)力分布的合理性做出定性判斷等。

目前，結(jié)構(gòu)力學課程的教學重點仍放在第一部分，利用力學基本原理和計算方法對結(jié)構(gòu)進行定量分析。由于該課程內(nèi)容多，邏輯性強，方法技巧要求高，學生經(jīng)常熱衷于做各種習題集，力求掌握各種解題技巧和求解方法，而忽視力學基本概念和基本理論的理解和領(lǐng)悟。隨著計算機技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的廣泛引用，計算結(jié)構(gòu)力學也得到了快速發(fā)展，利用計算機軟件對結(jié)構(gòu)進行電算已非常普遍，但同時也帶來一些問題，如何從大量的計算數(shù)據(jù)中提煉有價值的結(jié)果，如何判斷計算結(jié)果的好壞，對計算機的依賴過大容易忽視結(jié)構(gòu)分析中基本力學概念的把握。而定性分析能力的培養(yǎng)在教學中還沒有得到足夠的重視，是教學的薄弱環(huán)節(jié)。從工程應用的角度來看，結(jié)構(gòu)力學價值的體現(xiàn)不僅僅是會解算各種結(jié)構(gòu)力學題目，更重要的是在面對實際工程結(jié)構(gòu)時具備一種良好的力學“感覺”，而這種“感覺”就是我們通常所說的力學素養(yǎng)，真正體現(xiàn)于對結(jié)構(gòu)宏觀上的理解和對其力學本質(zhì)的把握。能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的合理形式以及相應的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力等具有總體概念和定性分析能力，對工程中計算的數(shù)據(jù)、發(fā)生的現(xiàn)象和出現(xiàn)的問題能夠做出迅速科學的判斷，這就是所謂的概念設(shè)計。而定性結(jié)構(gòu)力學的訓練正是造就這種力學“感覺”的一個基本途徑。如勾畫結(jié)構(gòu)的變形圖在結(jié)構(gòu)力學教科書中一般沒有系統(tǒng)的介紹，但正確估計和判斷結(jié)構(gòu)受力后的變形圖，對估算和分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形有十分重要的意義。快速繪出結(jié)構(gòu)變形圖，可大致估算出結(jié)構(gòu)受力后彎矩和側(cè)移的變化規(guī)律，從而判斷桿件截面上哪一側(cè)受拉，哪一側(cè)受壓，也有助于在結(jié)構(gòu)動力學中判斷動力自由度的數(shù)目和運動方程的建立，還可用來判斷設(shè)計圖紙上的鋼筋布置是否合理。這無論是對于結(jié)構(gòu)定性分析的教學還是對于實際工程估算都有較大的實用價值。

結(jié)構(gòu)力學三個能力的培養(yǎng)是一個有機的整體，結(jié)構(gòu)定性分析的訓練必然是建立在對基本知識掌握的前提上，因此教師在課堂中要花足夠多的時間把基本概念和基本理論講清楚，講透徹，突出重點，講清難點，使學生真正地理解和掌握。只有掌握了力學的基本知識和規(guī)律，才能舉一反三，融會貫通，達到活學活用的境地。而定性分析的訓練也會反復地鞏固基本知識，相輔相成。每當遇見一個問題，我們應當培養(yǎng)學生不要急著去用一些公式計算、求解，而是應該先對其進行定性分析，充分把握問題的本質(zhì)，然后通過定量分析得出準確的結(jié)論，驗證定性判斷的正誤。另外，在利用計算機進行電算分析時，定性分析能力也顯得尤為重要，需要對電算結(jié)果從定性的角度來判斷其是否正確，從而判斷計算模型正確與否。

三、多種形式的教學方法

目前，結(jié)構(gòu)力學教學主要以教師為中心單向灌輸，屬于填鴨式的傳統(tǒng)教育方法。這種教育方式不能調(diào)動學生的積極主動性，更不利于學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力培養(yǎng)，迫切需要開展和結(jié)合多種形式的教學方法。

1.采用啟發(fā)式教學。以往的教學模式都是老師講，學生聽，缺乏互動，人的思維過程往往從問題開始，教師通過引導，啟發(fā)學生思維，引導學生對知識進行深入的理性的思考，而不是完全被老師牽著鼻子走，束縛在老師提供的固定思維模式之內(nèi)?！皩W為主體，教為主導”，使學生的課堂學習由被動變?yōu)橹鲃?，激發(fā)學生的學習興趣和學習主動性。啟發(fā)式教學需要教師根據(jù)每堂課的知識重點和內(nèi)在聯(lián)系，圍繞結(jié)構(gòu)力學中的關(guān)鍵知識點，預先設(shè)計好對應的相關(guān)問題，在講解的過程中，不斷地通過提問，拋磚引玉，由淺入深，一步步引導學生自己去思考和分析問題。如在課堂上訓練學生草繪靜定剛架的彎矩圖，不是直接把正確答案告訴他，而是針對他的錯誤結(jié)果不斷進行提示、啟發(fā)，讓他自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

2.精心組織課堂討論。課堂討論是一種啟發(fā)學生積極思維，激發(fā)學生主動學習，培養(yǎng)學生獨立思考能力的好形式。課堂討論的選題需精心設(shè)計，難度適中，典型性強，如靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的幾何特點和受力特點有何不同，為什么實際工程中的結(jié)構(gòu)更多選用超靜定結(jié)構(gòu)；又如力法和位移法是求解超靜定結(jié)構(gòu)的基本方法，二者有哪些本質(zhì)的區(qū)別和相互聯(lián)系。教師只需在必要時給予點撥，最后在學生群體智慧的基礎(chǔ)上進行歸納總結(jié)。老師也可以給學生布置合適的自學內(nèi)容，通過試講或提出問題的形式展開討論，使學生能夠充分參與進來，激發(fā)其求知欲，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力。

3.理論與實踐的結(jié)合。老師講課時，不僅僅局限于課本知識，而要盡可能多地結(jié)合生活中常見的結(jié)構(gòu)和實際的工程問題進行講解，如通過介紹李春設(shè)計的趙州橋，讓學生了解拱結(jié)構(gòu)的特點，從而引入“合理拱軸線”的概念及其分析、計算方法；對工程中常用的混凝土簡支梁、預應力連續(xù)梁、鋼桁橋和拱橋等不同結(jié)構(gòu)形式的受力情況進行對比分析，形象地說明各種結(jié)構(gòu)形式的受力特點；從汽車、火車、行人過橋的力學問題引入移動荷載的概念及影響線的分析方法。也可例舉實際工程中發(fā)生的事故案例，如上海蓮花河畔景苑大廈整體倒塌、湖南鳳凰橋在施工中的倒塌以及美國著名塔科馬海峽大橋的風毀事故等。此外，在課堂學習結(jié)構(gòu)力學理論知識的同時，增加一些科研實踐環(huán)節(jié)，讓學生自己理論聯(lián)系實際。如組織學生參加校內(nèi)外各級結(jié)構(gòu)模型制作和設(shè)計大賽，鼓勵學生運用結(jié)構(gòu)力學知識去申請創(chuàng)新性試驗項目，開展結(jié)構(gòu)力學相關(guān)知識講座等，從單一的課堂教學為主轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗤緩侥芰ε囵B(yǎng)，實現(xiàn)課內(nèi)教學與課外培養(yǎng)、理論與實踐的統(tǒng)一和結(jié)合，在科研實踐中加深對力學基本知識的理解和運用。

結(jié)構(gòu)力學是土木工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學計劃體系中起著承上啟下的重要作用，筆者從自己多年的教學經(jīng)驗出發(fā)，對結(jié)構(gòu)力學教學方法進行了幾點探索。在今后的工作中，學生可能不會直接應用結(jié)構(gòu)力學知識去解決某個具體問題，但所學到的分析和解決問題的思維方式，卻是他們今后工作所不可缺少的。

參考文獻：

[1]單建.趣味結(jié)構(gòu)力學[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃達海，郭全全.概念結(jié)構(gòu)力學[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[3]朱慈勉，郭志剛，張偉平.概念力學分析中的延拓方法[J].力學與實踐.2011，33（4）：61-62.

[4]袁駟.程序結(jié)構(gòu)力學[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5]繆加玉.結(jié)構(gòu)力學中的若干問題[M].成都：成都科技大學出版社，1993.