提高结构力学教学效果的方法研究

史姣 蔡坤 余卫华

【摘要】结构力学是力学、土木、水工等专业一门重要的的专业基础课，它具有逻辑性强、方法技巧性要求高，课程前后内容联系紧密，各章内容针对性强等特点。在教学中，如何利用各种教学手段提高教学效果，是目前我们在结构力学教学中亟待解决的问题。本文从结构力学教学中整体框架的把握和多媒体教学与传统教学的有机结合两个方面阐述了提高教学效果的方法和手段。

【关键词】结构力学；多媒体；整体框架；教学效果

结构力学课程[1][2]是高等院校力学、水利水电工程专业、土木工程专业必修的专业基础课，用于研究结构的组成规律及其在荷载、温度变化、支座移动作用下的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力荷载作用下的结构反应等问题。在学习结构力学之前，学生要先修高等数学、线性代数、理论力学、材料力学等课程，后续课程还有钢结构、钢筋混凝土结构、地基基础、结构抗震等，所以结构力学起到承上启下的作用，为后续课程的学习奠定力学基础，它的教学效果的优劣直接影响学生对后续课程的掌握。同时随着高校的教学改革，缩减了理论教学的课时。课时的消减使结构力学的学习对学生而言感到更困难。在这种状况下，如何提高教学效果就显得尤为重要。教学相长，通过多年来的教学经历，笔者谈谈自己的体会，希望能够为提高结构力学教学效果添砖加瓦。

一、结构力学整体框架的把握

要想学好结构力学首先要对该门课程的框架有个整体的把握。只有站到一定高度看问题、才能一目了然，更好的分析和解决问题。教材目录首先清晰地给出了有关这门课程的整体脉络。而绪论部分作为课程的起始部分，在给出这门课程的研究对象与目的的同时又具体地给出了结构力学的整体框架。良好的开始是成功的一半，要想让学生学好结构力学，首先要让学生站在一定的高度了解这门课程，对课程各章各节的分类意图有明确的把握，了解各章的研究对象和拟解决得问题，这样才不会犯瞎子摸象的错误。在学习某种方法之前就对给方法的研究对象和针对的问题有明确地认识，这样才能避免遇到具体问题不会选择有效方法的尴尬。方法过程学得再熟练，不知道该方法用于解决什么样的实际问题也是枉然。因此，对结构力学课程整体框架的把握就显得尤为重要。所以在讲解目录和绪论时教师应首先交代清楚结构力学的研究对象以及它跟前面学习的理论力学和材料力学的关系，以及结构力学各个部分之间的关系。我们知道结构力学[1]是以杆系结构为研究对象，主要讨论杆系结构的内力和变形的计算方法，最主要的是讨论超静定结构的内力和变形计算问题。整个基本教程都是围绕“用什么样的思路和方法”解决“超静定问题”而展开。

为了使学生对结构力学有整体的认识和把握，笔者建议引入结构力学目录层次图（见图1）帮助学生理解结构力学的整体框架。第一章介绍几何构造分析的概念和基本理论，通过第一章的学习掌握如何对一个体系进行几何构造分析，得出结论。通过本章学习学生可以把结构分成静定结构和超静定结构两大类。对于静定结构我们只要根据静力学的平衡方程就可以进行内力计算。再依次解决静定结构位移计算和影响线的问题。对于超静定问题，由于多余约束的存在，与静定问题的解决方法完全不同，根据解法的不同分成了力法、位移法、渐进法和矩阵位移法四章。在绪论中运用目录层次图使学生对结构力学内容有总体的把握，避免学生在后续学习中由于知识点过多，将所学内容混淆到一起，对所学公式的应用范围没有明确的认识。通过在开讲初始引入结构力学目录图，加强学生对课程的整体把握从而提高教学效果。同时给学生引入整体观的概念，对课程中的其它章节引导学生自己总结目录图。

图1 结构力学目录层次图

二、多媒体教学与传统教学的有机结合

多媒体教学能够将视频、动画、声音、图片和文本多种形式组合在一起，产生传统板书不具备的多向、立体的感官刺激，给学生留下生动、形象的印象，同时避免了教师每节课的重复劳动，其特色和优势明显可见，在当今的课堂教学中占有举足轻重的地位。但是对于结构力学这门以公式和计算为主的课程，单一的多媒体教学并不适合。由于投影范围的限制，复杂的公式推导不能同时显示在大屏上，阻碍了学生前后思路的贯通。对于计算量较大的例题只用多媒体不能加深学生对计算过程的掌握。综上所述，笔者认为对于结构力学这门课程应当实行多媒体教学方式与传统教学方式的有机结合。对于不同的内容选择不同的教学手段，将多媒体的形象性好、表现方式多样等优势与板书的同时呈现信息量大，步骤展现清晰的优势和谐统一，为提高教学效率服务。

根据笔者的教学体会，提出多媒体与板书的大概分工思路——概念理论讲解以多媒体为主，公式推导和计算例题的讲解以板书为主。例如在绪论中我们要展现大量的工程结构，了解这些结构的受力和变形特点，并与结构力学的简化结构相联系，这就需要发挥多媒体图、文、声、像并茂的优势，给学生留下该课程与实际工程联系紧密的印象，从而提高学生的学习兴趣。再例如在平面体系的几何构造分析这一章中，可以通过动画形象的演示自由度与约束、几何可变体系与几何不变体系、实铰和瞬铰等概念。对于具体的示例，可以通过flash动画的形式生动的展现体系有没有刚体位移以及会发生什么样的刚体位移。而对于静定和超静梁和刚架的内力计算，由于设计的计算较多，需要注意的细节和学生容易出现计算错误的知识点也较多，建议选用板书进行讲解，用尽量少的例题解决尽量多的计算问题，从解题的细节入手提高教学效率。

学生是学习的主体，教师除了注重改进教学方法和教学手段以外，还要注重对学生学习兴趣的培养，教与学互相促进，相得益彰，从而内因外因共同作用有效提高结构力学教学效果。

参考文献：

[1]龙驭球，包世华.结构力学教程I—基本教程（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李家宝.结构力学（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1999.

基金项目：西北农林科技大学2013年教学改革研究项目JY1302049，JY1092050。