楊 陽，胡愛萍，王進璽

(1.隴東學院 土木工程學院，甘肅 慶陽 745000；2.甘肅省高校黃土工程性質及工程應用省級重點實驗室，甘肅 慶陽 745000)

自19世紀中葉，結構力學開始成為一門獨立的學科。20世紀中葉，電子計算機和有限元法的問世使得大型結構的復雜計算成為可能，從而將結構力學的研究和應用水平提到了一個新的高度。結構力學是固體力學的一個分支，它主要研究工程結構受力和傳力的規(guī)律，以及如何進行結構優(yōu)化的學科，探討各類經典結構的特性及相關計算的實現，相關定義、概念和知識點較多，抽象性強[1-2]。近年來，隨著社會不斷發(fā)展進步，它作為土木工程專業(yè)學生必修的一門專業(yè)核心基礎課，對于其他專業(yè)課程的學習起到承前啟后的重要作用，同時也是土木工程專業(yè)后續(xù)混凝土結構設計、鋼結構設計等專業(yè)課程和課程設計、畢業(yè)設計等實踐課程的基礎，在土木工程各專業(yè)的學習中均占有重要的地位[3-5]。

1 課程現狀及存在問題

傳統(tǒng)結構力學課程教學過程中存在以下問題[6]：(1)課程內容繁瑣、零亂，概念抽象,針對理論內容的抽象講解更容易使學生產生學習誤區(qū)，讓內容變得更加晦澀難懂；(2)應用能力要求在不斷提高，但課時量不斷減少；(3)傳統(tǒng)教學方式單一。傳統(tǒng)結構力學教學仍停留在教師課堂講授、學生被動接受知識、即以教師為主體的“填鴨式”狀態(tài)，引入新型教學模式，注重力學知識體系的強化，引導學生從知識體系的高度來認識、理解、歸納各種力學概念、理論與方法，加強力學概念和培養(yǎng)綜合分析能力，并在這個過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和初步的科研能力，便顯得尤為迫切。

2 課程教學改革探索與研究

針對結構力學課程教學中存在的問題和不足，本課程改革主要從以下幾方面進行：

2.1 激發(fā)學生的學習興趣

興趣是最好的老師。結構力學課程的學習關鍵在于要激發(fā)學生學習結構力學的興趣，提高自身的主動性，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，對于結構力學的學習由“未知—感性的認識—濃厚的興趣”，從而可以改進學習方法，提高學習效率，并且具備應用結構力學知識分析問題和解決問題的能力。例如：開課前給學生介紹參考書《趣味結構力學》[7]，該書包括結構力學基本部分(幾何組成分析、靜定結構內力計算、結構位移計算、力法、位移法和力矩分配法、影響線)的內容，也涉及結構力學的專題部分(動力分析、穩(wěn)定、極限荷載)的部分內容。通過豐富的例題及工程實例，在闡明結構力學基本概念和原理的基礎上，揭示了課程的趣味性，旨在激發(fā)學生學習結構力學的興趣。另外加強對歷年來結構設計大賽獲獎的情況宣講，讓學生對結構力學知識的應用成果有直接的認識，從而增強他們對結構力學等課程的感性認識和學習興趣。

2.2 改革教學模式

傳統(tǒng)的教學手段主要以教師講授為主，不能充分地發(fā)揮學生的主觀能動性。因此，在傳統(tǒng)結構力學課程教學改革研究的基礎上，首次提出在“慕課+翻轉課堂”的基礎教學中融入結構電算和結構模型設計的“4+1”教學模式，應用信息化教學手段，建立結構力學課程學習平臺，通過任務驅動、課堂翻轉、案例教學、有限元分析與圖像展示、現場實踐，促使學生實現了從“被動、依賴、統(tǒng)一、虛擬與認同”的傳統(tǒng)學習方式向“主動、獨立、獨特、體驗與問題”的現代學習方式轉變，真正做到了以學生為主導的教學模式。

2.3 優(yōu)化教學內容

針對結構力學教學內容繁瑣和概念抽象的情況[8]，可以根據學情，注重教學內容邏輯性和科學性的同時對相關內容的先后順序進行靈活調整，突出重點，分散難點，穿插對結構力學學習方法的講解，引導學生歸納知識點，合理安排教學內容，在滿足基本教學要求的前提下取得最好的教學效果。例如：在力學結構第2章結構的幾何組成分析中[8]，介紹了兩種方法：(1)幾何不變無多余約束的平面桿件桿系的幾何組成規(guī)則；(2)體系的計算自由度。這兩種方法都能判定結構體系的組成情況，計算自由度法更直觀、更容易被學生接受。為了讓學生更加容易理解，可以對兩種方法的教學內容做先后次序的調整，先介紹體系的計算自由度法，后介紹幾何不變無多余約束的平面桿件桿系的幾何組成規(guī)則，以便于學生更好地掌握結構的幾何組成分析。

2.4 加強結構力學實踐應用

應用型本科教學重點是要強化學生的動手能力和應用能力，讓學生真正做到學以致用。因此，將結構模型制作引入結構力學課程教學環(huán)節(jié)中，通過結構力學知識的學習可以指導學生制作各種結構模型，反之，也可用結構模型驗證各種結構力學概念，將抽象的力學概念轉化為實際的力學結構模型。例如：牽頭成立了大學生結構設計協(xié)會，組織學生利用竹材制作簡支梁等簡易結構模型以及框架核心筒、大跨度網架和電力輸電塔等復雜結構模型并進行加載試驗，為學生架起由“力學理論”到“實際結構”的橋梁，可加強結構力學實踐應用，培養(yǎng)學生的實踐應用能力。

2.5 提高科技創(chuàng)新能力

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是現代高等教育最重要、最明確的目標。在結構力學學習過程中，結合有限元軟件強大的計算分析和圖像展示功能，應用力學原理對結構模型進行計算分析，不僅提高了學生的學習興趣，而且使結構力學課程中靜定結構內力計算、結構位移計算、矩陣位移法等教學內容可以得到更好的展示，并且依托于大學生結構設計競賽的平臺，在立足于解決實際問題的基礎上，激發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的科技創(chuàng)新能力，使學生可以實現對力學知識的應用，參與各種創(chuàng)新性研究項目，發(fā)揮課程的輻射作用，全面推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)。近三年來依托于大學生結構設計競賽，組織學生積極參與，認真實踐并不斷改革創(chuàng)新，參加省賽的6組學生先后獲得甘肅省結構設計大賽二等獎1項，三等獎4項，優(yōu)秀獎1項，并且積極參與到教師的創(chuàng)新性項目和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中，使學生的科技創(chuàng)新能力有很大的提高。

2.6 改革考核方式

土木工程專業(yè)依據學校的“應用型”的辦學定位和專業(yè)特色，要求學生畢業(yè)后具有：(1)堅實的土木工程學科基本理論知識和基本應用能力；(2)具備系統(tǒng)解決土木工程領域較為復雜工程問題的能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力；(3)具有一定的國際視野、團隊協(xié)作精神和溝通管理能力。結構力學課程作為土木工程專業(yè)的核心課程和支撐課程，必須與專業(yè)培養(yǎng)目標相一致。以往課程考試一直采用閉卷考試，考試題型有選擇題、填空題、判斷題、計算題和分析題等。學生卷面不及格率較高，力學實踐應用能力較差，不能完全反映學生的真實學習情況。因此，對傳統(tǒng)以考試為主的考核方法進行改革勢在必行。改革考核方式迫在本著“應用型和實踐型”的原則，應該加強日常管理，考核過程中應考慮學生日常表現(5%)、課堂表現(5%)、章節(jié)測試(10%)、期末考試(40%)、有限元分析能力(10%)、模型制作能力(10%)和力學實踐應用能力(20%)等進行綜合評定，后期課程改革過程中也可根據改革效果，逐步大力提高課程成績評定中有限元分析能力、模型制作能力、力學實踐應用能力等綜合實踐能力所占權重比例，最終達到60%左右，全面提高學生的綜合素質和培養(yǎng)質量，真正意義上體現“應用型和實踐型”的原則。

3 結語

基于“4+1”模式的應用型高校結構力學課程教學，以結構力學教學為中心，基于目前在全球得到快速發(fā)展的慕課教育技術平臺，同時引入國外翻轉課堂的教學方法，使結構力學電算、結構模型設計實踐與結構力學課程學習相結合，提出了任務驅動、課堂翻轉、案例教學、有限元分析與圖像展示、現場實踐等教學改革研究，從教學內容體系規(guī)劃和教學方法等方面改革，加強對土木工程專業(yè)結構力學課程的建設，旨在提高學生學習的主體性、趣味性和參與度，形成了“知識—訓練—實踐”良性循環(huán)的新型結構力學課程教學模式，從而提高土木工程專業(yè)學生面向工程實際的力學分析與計算能力。