改进结构力学教学方法 提高学生实践创新能力

刘京红， 祝 捷， 何洪明， 杜光乾

（1.河北农业大学城乡建设学院，河北保定071001；2.中国矿业大学力学与建筑工程学院，北京 100083）

改进结构力学教学方法 提高学生实践创新能力

刘京红1， 祝 捷2， 何洪明1， 杜光乾1

（1.河北农业大学城乡建设学院，河北保定071001；2.中国矿业大学力学与建筑工程学院，北京 100083）

结构力学是土木工程专业的一门重要的专业基础课，是联系基础理论和专业知识的桥梁。结构力学的学习目的是为学生在专业课学习阶段提供理论基础，为学生在将来工作中解决工程问题提供计算工具，其教学质量的好坏直接影响到土木工程专业后续课程的学习和学生综合能力的提高。在结构力学教学过程中，通过各个教学环节改变学生的思维方式，培养学生的学习能力、实践能力、创新能力和完善自我的能力，以促进学生的全面发展，为学生以后的继续学习和创业打下良好的基础。

结构力学；教学方法；综合能力

结构力学是土木工程专业重要的专业基础课之一，是一门结构严密、逻辑性强的课程［1］；是联系基础理论和专业知识的桥梁［2］。结构力学的教学目的是为学生在专业课学习阶段提供理论基础，在将来的实际工作中解决工程问题提供计算方法。故结构力学教学质量的好坏直接影响到土木工程专业后续课程的学习和学生综合能力的提高。在结构力学教学中，教师必须坚持科学发展观，积极优化教学内容，改革教学方法，充分调动学生学习的主动性和创造性，增强学生从业从教的实践能力，培养创新型的优质合格人才。

结构力学作为土木工程等工科专业的一门专业基础课，其教学目的不但要求学生熟练掌握书本上讲授的理论知识，还要求学生能够灵活运用所学结构力学理论知识去解决工程中实际存在的问题。随着经济的发展，建筑结构的形式越来越多，利用结构力学对建筑结构的计算也日益复杂。如何在结构力学教学中培养和提高学生的实践创新能力，成为结构力学课程的教学任务。提高学生的实践创新能力，作者认为应从以下方面考虑：

一、整合教学内容，培养学生适应时代发展的能力

随着计算机的普及，结构力学的课程内容也由单纯的手算演变为手算和电算的结合。在掌握手算为主的基本理论的基础上，利用计算机进行结构力学计算、结构分析、结构设计与结构研究已成为必然趋势。为了培养适应型人才，结构力学教研组整合和重组了结构力学课程教学内容，优化了结构力学课程体系。将结构力学课程体系划分为经典结构力学、计算结构力学、结构力学专题和定性结构力学4个模块。经典结构力学由原来的适于手算的结构力学基本理论知识和基本解题方法组成，侧重于结构力学的基本概念、基本理论和基本方法，是整个结构力学新体系的基础。计算结构力学主要包括矩阵位移法的相关内容，教学目的为培养学生基于结构力学基本理论进行计算机建模能力、使用常用结构软件和数值分析软件进行分析计算的能力。结构力学专题包括结构动力、稳定计算、结构极限荷载及塑性分析。定性结构力学着重于对计算所得数据和电算结果等迅速做出综合分析和判断的能力。

结构力学课程的教学内容不仅应满足学生学习后续专业课的要求，也应重点考虑学生毕业后所从事专业工作、新项目开发研究、继续学习的要求。以此为目的，在结构力学教学中主张“以学生为中心”，即把结构力学教学的重点从基本理论知识的传授，转移到学生实践创新能力培养上。按照土木工程专业“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的培养目标［3，4］，经多次研究讨论，结构力学课题组教师修改并制定了土木工程专业结构力学课程教学大纲。在新的课程体系下，结构力学课程建设按照“厚、精、现、新”（厚基本理论、精选内容、现代化教学手段应用、新知识和新成果纳入教学内容）的原则，整合课程内容，形成自己的特色。

二、运用互动式教学方法，培养学生的自学能力

在信息时代，知识更新周期越来越短，大学所学的知识很快会过时。具备自学能力，就可以不断的为自己充电。具备自学能力、能不断为自己进行知识充电的工程师，也正是社会的需求所在。因此，在结构力学教学过程中培养学生的自学能力，对他们走向工作岗位后及时补充业务新知识，提高岗位竞争力是非常必要的。

结构力学课程内容较多，与先修的理论力学、材料力学课程联系紧密，学生普遍感到比较难学。而且如果不适当把握结构力学的教学方法，则很容易让很多学生的学习成为“被动学习”。为帮助学生把“被动学习”变成“主动学习”，任课教师除了适当增加分析讨论课之外，还在平时的教学中引入启发式教学，教师在课堂上尽量把每个学生的学习积极性都调动起来，为课堂留出讨论时间让学生积极讨论，引导学生从中不断发现问题、提出问题、独自思考，尝试解决问题的途径和方法。比如在瞬变体系的讲解中，先讲概念，瞬变体系原本是一种几何可变体系，经过微小的几何位移后，系统变为的几何不变体系，这样的体系被称为瞬态系统。如图1（a）中，当链杆1与链杆2共线，A点可以沿弧Ⅰ，弧Ⅱ的公切线方向发生运动，此时体系是几何可变的。当A点沿切线方向位移至链杆1与链杆2不再共线，如图1（b）所示，则体系变为几何不变体系，这样的体系被称为瞬变系统。教师可以在解释完瞬变体系的概念后提问：“瞬变系统是否可用于结构呢？”让学生讨论两分钟。学生们的讨论结果一定会有两种：可以用作结构或不可以用作结构。可以选出两名代表，分别阐明他们认为瞬变体系能用作结构或不能用作结构的理由。然后教师进行瞬变体系的的内力分析，并以内力分析的结果告诉学生，瞬变体系在很小的荷载的作用下可以产生巨大的杆件内力，造成杆件的强度破坏，故几何瞬变体系绝对不能作为结构使用，只有几何不变体系才能作为建筑结构使用。这样，通过启发式互动教学，帮助学生把“被动学习”变成“主动学习”，不但激发了学生的学习积极性，使他们对瞬变体系有了更深入的理解，而且也培养了他们的创新思维。

图1 瞬变体系示意图

在启发式教学过程中，老师引出的问题要由浅入深，使学生能在熟知的知识中学到新的方法和知识。避免直接阐述课本外的较难理解的与之相关的内容。同时，教师要对在启发式教学中发现的问题及时进行总结和归纳，拓宽学生的知识面，使学生所学的知识前后融会贯通。

三、理论联系实际，培养学生的实践能力

土木工程专业的学生，毕业之后大部分要从事结构设计或现场施工等方面的工作，因此，建立正确的力学概念，掌握分析方法的基本原理应是结构力学课程的基本目的。

结构力学中的计算主要是在结构计算简图上进行的，学生不容易建立实际结构与计算简图之间的联系，因此在教学过程应注意介绍工程设计中的实际问题以及如何将实际结构简化成结构计算简图的过程，同时引导学生自己动手处理实际工程结构问题。从身边的建筑讲起，实际结构如何选取结构力学的简化计算模型、结构计算简图受力分析、结构的内力方法的选择计算到结构的设计，安全性的判定等等，把各种结构力学计算简图的创建与实际建筑物进行对比，让学生做到学以致用。鼓励学生到施工现场参观实习，加深对实际结构的理解，以便把书中所讲的计算简图与实际建筑物对应起来进行计算；通过对实际结构的计算，调动了学生的学习兴趣，培养了他们发现问题、独立分析问题和解决问题的能力，训练了他们的创造性思维，使学生所学的知识“活”起来。

四、引入科技新成果，培养学生创新能力

教学与科研是一种互动互长关系。钱伟长院士说：“教学没有科研作底蕴，就是一种没有观点的教育，没有灵魂的教育”［5］。没有创新精神的教师，不可能培养出具有创新能力的人才。高等学校工科专业的教学必须和科研相联系，如果教师不搞科研，教师知识更新慢，就无法把本专业科技前沿的知识传达给学生，达不到理想的教学水平；如果教师不能站在学科前沿，就培养不出具有创新实践能力的学生。同样，教学对科研也是非常有帮助的。教学的过程，其实就是再学习和再思考的过程。清华大学袁驷教授正是通过教学与科研的相长关系［6］，在教学中发掘和开辟出了多项学科前沿新课题和新领域，取得了丰硕成果。在结构力学教学中，教师给学生介绍本学科的研究成果时，要注意学生的接受能力，尽量结合所学的知识用简单的方法讲清问题的实质，让学生觉得自己有能力去进一步研究这个项目、应用这个成果，而且让学生觉得这个成果是联系基础知识和专业学习的桥梁，让学生感觉到很想通过学习来参与到项目的研究中去，进而培养学生的创新思维，提高学生应用科研成果的创业能力。

五、提高课堂教学效果，激发学生学习兴趣

结构力学教学中，传统教学方式仍是教学的主导方式。在传统教学方式下，教师可以控制推导公式的快慢节奏，能用简单的计算简图和精炼的话语把某个复杂的结构力学问题分析清楚透彻，在讲课过程中可以边讲理论边绘图，突出教学重点。教师可以及时从学生在课堂反应中了解学生对教学内容理解的程度、哪里出现的难题及原因等，并可及时采取适当的方法来解决问题，发挥教师的主导性。使得学生可以与教师思维同步，及时掌握所学的内容，这对提高结构力学教学效果起着至关重要的作用，也是任何现代技术所无法代替的。

但在结构力学课程内容增加而学时数缩减的现实下，单纯使用信息量小的传统教学方法的确难以满足培养厚基础、宽口径的实践创新型人才的要求。所以有必要采取多媒体教学方式作为结构力学课程教学的辅助手段。对于那些比较抽象、难以用语言描述清楚的教学内容，采用动态视频、动画、照片和声音等来进行讲解，增加学生的感性认识，帮助他们更好地理解和接受结构力学的概念和原理。结构力学课程中所讲授的每一种结构类型都可以在实际的土木工程结构中找到很好的例子。因此，在讲解每一种结构类型之前，搜集国内外属于此种结构类型的著名结构图片或身边的结构照片，对该结构的设计背景或设计者加以简单介绍，使学生对该种结构形式有直观的认识，激发学生的学习兴趣。

只有合理利用多媒体和板书，课堂才能真正地生动起来，学生才能真正成为教学的主体，积极参与到课堂教学中来。教师应根据结构力学教学内容选择不同的教学手段，在课堂讲授中，不论选择哪种教学手段，一定要充分发挥教师在教学中的主导作用，多媒体只是一种辅助性的教学手段。只有将教师的主导性与多媒体的辅助性结合起来，才能使两者在教学中实现优势互补，取得良好的教学效果。

总之，结构力学教学中培养学生实践创新能力意义深远。结构力学的课程内容和教学目的应服务于培养学生的实践能力和创新能力。对于工科院校的应用型人才培养，应特别注意增强毕业生的工程实践能力及创业能力，因此，在结构力学教学中，必须坚持科学发展观，大力加强教学改革工作，切实提高人才培养质量，促进学生的全面可持续发展。

［1］ 刘京红，何洪明，高宗章，等.结构力学教学中培养学生可持续发展能力研究［J］.河北农业大学学报（农林教育版），2008（1）：56－58.

［2］ 龙驭球，包世华.结构力学［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［3］ 刘鸣，王新华，贾红英.从土木工程专业培养目标看结构力学课程建设［J］.高等建筑教育，2006（3）：67－70.

［4］ 胡晓光.论结构力学教学改革中学生综合能力的培养［J］.黑龙江高等教育研究，2005（9）：104－105.

［5］ 钱伟长.谈教师创新与学生创新的关系［J］.群言，2002（209）：1.

［6］ 袁驷.一个基础两座大厦［J］.力学与实践，1998（4）：56－58.

On improving students′extensive ability in the reform ofStructureMechanicsteaching based on the scientific outlook on development

LIU Jing－hong1，ZHU Jie2，HE Hong－ming1，DU Guang－qian1
（1.College of Urban and Rural Construction，Agricultural University of Hebei，Baoding 071001，China；
2.School of Mechanics ＆Civil Engineering，China University of Mining ＆Technology，Beijing 100083，China）

StructuralMechanicsis one important special basic course of civil engineering specialty and is the bridge contacting basic theory and the professional knowledge.The learning aim ofStructuralMechanicsare not only acquiring rationale for study specialized course in college stage but also provides one kind of the implement for the students to resolve in the project problem in their future actual work.The quality ofStructuralMechanicsteaching has direct impact on the follow－up special course study and impact on improving extensive synthetical ability of students.It also has signicance to the students′extensive ability include learning ability，practical ability，innovation ability and perfect oneself ability based on scientific outlook on development through improving everyStructuralMechanicsteaching segment.It could stimulate the students′integrated development that is to lay down a fine basis for students＇later study and their career.

structural mechanics；teaching method；extensive ability

G 642.0

A

1008－6927（2011）03－0339－03

2011－04－19

河北省教学创新高地建设重点建设项目（土木工程专业）；河北农业大学第七批教学研究项目（项目编号：10－B14）；中国矿业大学（北京）课程建设与教学改革项目（项目编号：K100601）资助。

刘京红（1975－），女，博士，副教授，从事结构力学教学与结构研究。

（

刘雪春）