结构力学课程建设的实践与体会

[摘 要]文章从土木工程专业力学课程类的设置入手,以结构力学所处的地位为切入点,探讨了构建地方高校结构力学课程体系,结构力学课程教学内容的调整与优化,教学手段、教学方法改革的思路与做法,介绍了结构力学课程建设的实践经验,提出了提高教学质量的建议与思考.

[关 键 词]结构力学课程建设实践与体会教学质量

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2013）012-0060-02

结构力学是土木工程专业力学系列课程中一门非常重要的专业基础课,与混凝土结构原理一起被誉为该专业的“基本功”、“看家本领”,因此,结构力学课程的教学质量对于培养基础扎实、高素质、实践能力强的土木工程师起着举足轻重的作用.

一、厚基础、宽口径,谈土木工程专业力学类课程的设置比重

土木工程专业的力学类课程包括理论力学、材料力学、结构力学和弹性力学.它们在专业培养方案中所占的学分比例体现了该类课程的重要性,也是制订专业教学计划、进行教学改革的依据之一.调研结果显示,国内土木工程专业力学类课程学分占总学分的比例较小,不计“两课”与英语课等所占学时数,力学课程的学分比例会有所提高,但总的教学时数与国外相比仍然偏低.因此,应注重学生基础知识的培养,使学生毕业后能够具有主动获取专业知识的能力.这就要求教学计划应体现“教学以教师为主导”、“学习以学生为中心”的指导思想,以体现“基础扎实”的要求；结合“大类”招生基础教学平台,体现“宽口径、高素质”的要求；设置实践环节比重大于25%,体现实践能力强的培养要求.另外,在课程体系上也要对力学课程的内容进行整合优化,突出重点,避免重复,建议力学类学分应占学生毕业总学分的10%～15%.

二、满足基础扎实、实践能力强的条件,谈地方高校结构力学课程体系的构建

根据教育部高等学校非力学专业力学基础课程教学指导委员会对A类（土木工程、水利水电工程等）结构力学教学内容的基本要求,该课程主要是培养学生的分析能力、计算能力、判断能力与自学能力,课程分为基础部分与专题部分.基础部分为60～80个学时,内容包括杆件结构几何组成分析、静定结构的受力分析、虚功原理和结构位移计算、影响线、力法、位移法及弯矩分配法；专题部分内容包括结构矩阵分析、结构动力计算、结构稳定性计算及结构极限荷载.为此,从厚基础土木工程专业的视角,结合地方高校培养目标要求,应考虑其他并行课程的进度与要求,我们整合和重组了课程内容,分成3个模块教学：第一、第二模块为专业必修模块,第三模块为专业选修模块.第一模块内容包括杆件结构几何组成分析、静定结构的受力分析、虚功原理和结构位移计算、力法、位移法,弯矩分配法与剪力分配法,为结构力学基本原理部分,共72学时,侧重于结构力学的基本概念、基本理论和基本方法；第二模块内容包括影响线、矩阵位移法、结构动力计算基础；第三模块内容包括结构动力计算、结构稳定性计算及结构极限荷载,为结构力学应用与专题部分,共56学时,注重实用计算与应用.上述内容体系是经过多年的实践及不断适应与调整而成的,历年学生考研成绩、参加结构设计竞赛成绩等证明,教学效果明显.

三、锐意改革,浅谈结构力学课程教学内容的调整与优化

重点是进行课程教学内容的调整与优化,修订结构力学课程教学大纲.根据教学大纲的要求,对课程知识点的掌握程度分三个层次：熟练掌握、掌握及了解.主要调整如下：拓宽绪论章节的内容,注重工程实例,加强学生对该课程的整体认识及课程的重要性认识；删去第二章中计算自由度的讲解,着重讲3个判别法则；增加3、4、5章节的课时,重点放在刚架的内力计算方法及技巧上；力法、位移法的课时,强调基本概念、基本原理、基本方法、基本技巧对后续章节的作用；删掉变截面杆件的结构计算、复杂斜杆的计算；增加动力计算章节的课时,减少影响线章节的课时；淡化迭代法,加强D值法的讲解；减少稳定性和极限荷载内容的课时,把主要时间用在提高学生对基本概念、基本原理、基本方法、基本技巧的掌握上；加强矩阵位移法讲解,合理安排上机实践课时,提高学生电算能力.

四、保证教学质量,浅议结构力学教学方法与教学手段的改革

(一)课堂教学做到“互动+三个结合”

探索先进有效的教学方法与教学手段,研究教与学的相互关系,贯彻“教学以教师为主导”、“学习以学生为中心”的指导思想对提高教学质量有至关重要的作用.

在围绕培养学生的分析能力、计算能力、判断能力、继续学习能力方面,我们有重点地在绪论章节中培养学生的“分析能力”.例如,如何选择计算模型；在力法、位移法、弯矩分配法等章节中培养学生的基本计算能力,掌握结构力学的经典内容,也是核心、基本功内容；在矩阵位移法章节中培养学生的基本电算能力,给学生计算软件,学生自己选题,计算多跨多层框架结构,并要求分析计算结果以验证基本概念；通过趣味题目、典型问题提高学生的判断能力、定性分析能力.

课堂教学上做到精讲多练,启发式、讨论式教学,注重概念、理论、能力的协调讲授.（1）课堂教学中师生互动.针对所讲的内容引导、启发学生进入新内容的学习,讲清问题的来源背景、解决的方法、过程及工程应用等,提高课堂教学效率.（2）课堂教学与相关课程的教学相结合.例如,讲影响线章节时与混凝土结构课程相结合、讲动力学章节时与建筑结构抗震相结合,让学生了解专业基础课与专业课之间的关联,增强学生专业知识的系统性与趣味性以及对专业的热爱.（3）课内与课外相结合.通过作业、小测验,对结构力学课程的基本概念、基本原理、基本方法及基本技巧进行深入掌握,从趣味性例题,对结构的受力机理进行仿真模拟,增强判断力.在培养学生动手能力上,参加各层次的设计大赛,强化概念,锻炼实践能力,激发学生的学习热情.（4）基本原理与实际应用相结合,在毕业设计中培养学生综合应用和解决实际问题的能力.（二）多媒体辅助教学与网上教学资源建设

多媒体教学有它的优势,但是不能替代传统模式.其最大缺点是速度快、与学生的理解速度不协调、不能记录,但其优点也非常明显：信息量大,动画、视频、声音等生动形象,可使人产生深刻印象.例如,对于比较抽象的瞬铰、瞬变体系、塑性铰、振型等概念以直观的动画形式制作课件；在矩阵位移法中,矩阵计算多,采用多媒体后大大减少了教师板书的时间,教师把精力投入到讲透基本原理和实际应用上,收到了事半功倍的效果,有其独特的作用.

除了课堂教学形式之外,网络课堂建设也具有重要的作用与地位.网络课堂内容一般包括教学大纲、网上答疑、典型习题与例题等方便学生课后学习的资料与内容.以上三方面相互关联,既体现教师“教”的主导地位,也体现学生“学”的中心地位,取得了良好的教学效果.

五、培养实践能力与创新精神,广泛开展第二课堂活动

学生实践活动是检验课堂教学效果的方法之一,也是培养学生动手能力和创新精神的有效途径.举办结构设计大赛是济南大学每年坚持的活动之一,同时也参加省级以上的结构设计大赛,取得了良好成绩.从学生制作的结构模型,可以了解学生对结构构件受力的准确把握程度；通过模型制作,学生能对结构受力作出定性判断,极大提高了学生对受力概念的理解,制作出结构新颖、受力合理的结构形式,培养了学生的创新精神.课堂中,笔者以学生的参赛作品为例题,先从概念上判断其作品的结构合理性,分析结构中哪些部位容易出现问题,再对比比赛录像验证判断的结果.这种方法非常有效,学生的热情高涨,对概念的理解更深刻,为今后出色地工作奠定了坚实的基础.

六、结束语

培养基础扎实、高素质、实践能力强的专业工程技术人才,需要高水平的教师、先进的教学内容、恰当的教学 方法与良好的教学手段.笔者在“强化概念、掌握原理、重视实践、注重应用”的教学理念指导下,致力于结构力学课程建设,取得了良好的教学效果.需要指出的是,教师的科研成果必须融入课程建设中,没有创新的课程就是没有灵魂的课程.

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[责任编辑：绿洲]