基于地方本科院校应用型“卓越计划”的《结构力学》教改研究

孙明，周磊

摘要：针对地方本科院校应用型“卓越计划”的要求，找出《结构力学》课程教学中存在的不足，结合土木专业的特点，从教学内容、教学模式、和实践教学三个方面对课程教学改革进行思考，提出改进措施。

关键词：结构力学；教学改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）14-0035-02

结构力学是高等院校土木工程专业中非常重要的一门专业基础必修课，它以高等数学、理论力学、材料力学等课程为基础，是学习结构设计、结构抗震方面的专业课程之前必须掌握的基础课，在教学中起着沟通理论知识和工程实践的桥梁作用，其教学质量决定了后续相关专业课程的教学效果，并直接影响学生解决实际工程问题的能力。在各高校纷纷制定“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）的背景下，对以培养应用型卓越土木工程师为主要任务的地方本科院校土木专业而言，如何使《结构力学》教学适应时代的发展与当前“卓越计划”的需求，成为土木工程专业教学改革的重要研究内容。

一、《结构力学》教学中存在的问题

《结构力学》的内容可分为两个模块：第一个模块为结构静力学部分，主要研究工程结构在静载荷作用下的变形和应力状态，以此引申出结构优化的原理，是结构力学其他分支学科的基础；第二个模块为结构动力学部分，主要研究工程结构对动力载荷的响应和性能[1]。通过近年来对多所地方本科院校教学反馈意见的总结和对学生考试情况的统计分析，发现当前地方院校土木工程结构力学教学中普遍存在下列问题：

1.理论化教学与应用能力培养割裂。结构力学作为一门理论性非常强的力学课程，通常都是将其直接作为一门纯理论课程开展教学活动，教学过程以理论讲解为重点，实践环节缺失。学生在完成结构力学课程的学习后，纵使掌握了对静定结构、超静定结构的内力计算方法，却不知如何在工程实践中应用，无法将理论分析时简化的刚架、桁架等典型结构和实际建筑联系到一起。而且随着计算机性能日益提高，工程结构形式日趋复杂，电算取代手算成为结构分析、设计与优化的首选。走向工作岗位的土木毕业生是否已经掌握或已经具备了迅速掌握结构分析程序的基础已成为就业的重要砝码。但目前在地方本科高校大多将结构力学知识的教学局限于传统课堂，对结构设计软件单独开课，两门课程开课时间往往相隔一个学年，学生在学习设计软件时往往只着眼于如何使用软件，而不是为什么要这样使用软件，理论与实践难以融合到一起。这样的教学方式培养的学生难以毕业后快速成长为能够胜任工程结构设计、施工等多种岗位技术工作的应用型卓越工程师。

2.固定教学模式与创新意识培养的矛盾。传统的结构力学教学以板书、教科书为载体，并采取口授方式进行教学，在承载信息的种类和能力上存在着较大的局限性，难以适应现代教学的要求。教学模式枯燥单调，理论表达形式抽象，推导公式过程繁琐，重复性、机械性工作较多，效率低下。尽管随着现代教育技术的发展，多媒体教学方法得到了广泛的应用，可以使抽象枯燥的教学内容可以生动形象地表现出来。但是如果舍弃板书教学，只采用多媒体，授课时间教学信息量大，学生没有充分时间理解授课内容，重点难以把握，学生难以积极参与到教学过程当中，这与卓越计划重点培养学生的科学精神、创造性思维和创新能力的要求相矛盾。

3.师资力量与卓越计划执行的矛盾。除少数开办土木工程专业时间较长的老牌地方高校外，多数地方高校的土木专业都只有数年历史，都相对比较薄弱，尤其结构力学的师资往往都是力学专业出身或者从高校土木工程专业直接研究生毕业的年轻教师，缺乏工程实践经验。而在教育部构建大土木专业的要求下，结构力学在土木专业的授课对象往往要涵盖房建、道桥、岩土等多个方向的学生，青年教师将理论知识应用于工程实践经验不足的问题与“卓越计划”培养在工程现场从事相关工程技术的现场应用工作的人才这个任务相矛盾。

二、《结构力学》教学改革的思考

《结构力学》课程教学的目的是培养具备一定结构分析能力、计算能力、自学能力和表达能力，基础扎实的工程应用人才[2]。因此针对课程教学中存在不足进行的改革也应该围绕为后续专业课程的学习和毕业后走向社会从事专业技术工作打下牢固基础这个核心任务，进行思考和探索。

1.与“卓越计划”匹配的教学内容研究。土木专业应用型“卓越计划”的主要培养目标是为社会培养掌握土木工程专业的基本知识和基本理论、获得土木工程师的基本训练并具有创新能力、适应我国经济社会发展需要的实用型工程技术人才[3]。结构力学教学首先要保证能够有效地传授学生基本知识、基本理论，并让学生得到足够的基本训练，逐步培养创新能力。结构力学教学的核心是理论分析背景下的数值计算，尽管教材中涉及的计算方法多样，但归根结底都是围绕着力的平衡方程、变形的几何连续方程、应力与变形的物理方程这三类基本方程进行分析计算。所以在教学中首先要将对三类基本方程的知识进行重点讲解，确保学生掌握问题的核心。而且由于计算机技术的发展，实际工程中已经用电算代替了手算，所以作为电算理论基础的能量原理、结构矩阵分析也是需要加强讲授的内容。并且必须要考虑到地方院校生源质量，和学生在之前大学课程中对高等数学、线性代数的掌握程度，对这部分内容进行深入浅出地解析，让学生能够理解这些知识点的作用。

2.结构力学教学模式创新研究。在教育部大土木规划和应用型“卓越计划”背景下，实践课程大为增加，而结构力学的学时则一再压缩。传统的板书教学速度太慢，难以在有限的课题时间传授清晰教学大纲要求的所有知识，而多媒体教学则讲解速度太快，由于结构力学计算都比较复杂，学生需要思考时间，很容易产生学生学习进度与教学进度脱节的情况。所以在进行授课的时候，采用多媒体教学与板书结合的办法，对理论讲解使用多媒体，利用图片，视频让学生对理论能有一个直接的认识，在讲解习题的时候使用板书教学，引导学生跟着老师的思维循序渐进地分析题目。而且在课堂中还应该增进与学生的互动，可以采用让学生口头回答问题或者上黑板做题的方法，促使学生积极思考问题。

3.结合实践的应用型“卓越工程师”结构力学实践教学研究。根据“卓越计划”的培养标准，课程体系和教学内容应该以土木工程行业对毕业生的要求为导向，以强化工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力为核心，将工程教育理念贯穿整个卓越工程师培养教学环节，注重学生工程意识、现场解决实际问题和应用设计能力的培养，课程体系与能力训练建设为教学改革主线，使学生获得较好的创新意识培养和工程创新能力训练。结构力学虽然是理论课程，却依然可以加入实践教学内容，既提高学生的学习兴趣，也增强他们的实践能力。计算是连接结构力学与工程实践的桥梁，计算也是学生最头痛的问题。所以可以在结构力学课程中设置配套的计算机实验课时，每教授一章知识点，就安排学生上机实验，学习使用结构力学求解器，分析简单结构，并与手算内容相对照。在结构力学课程后期还可以增加对结构设计软件PKPM中PK模块的教学，让学生通过对简单排架结构的分析，发现工程中实际使用软件和教学软件，以及手工计算的异同，启发学生对理论应用的思考，激发他们的主观能动性。

三、结语

结构力学是土木工程专业最重要的专业基础课程之一，通过于立足于应用型卓越工程师培养，结合地方高校特色，将结构力学理论与工程实践紧密联系起来，增加实践教学内容，培养学生正确建立力学模型，选定合理计算方法，掌握先进计算工具的能力。同时提高学生获取知识和运用知识的能力，增强学生学习的主动性和创造性，活跃学生的工程思维，增强工程创新意识，为学生后续相关专业课程的学习以及未来成长为卓越土木工程师打下坚实的基础。

参考文献：

[1]李廉锟.结构力学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]龙驭球，包世华，袁驷.结构力学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]周臻，陆金钰，尹凌峰，缪志伟.面向卓越土木工程师培养的结构力学教学改革与实践[J].高等建筑教育，2012，21（4）：74-77.

基金项目：湖南省教育厅教改项目（湘教通[2012]401号第429项）。

作者简介：孙明（1985—），男，博士研究生，讲师，研究方向：结构加固，计算机仿真。