结构力学Ⅱ教学方法改革初探

2017-08-18于通顺潘新颖陶山山

课程教育研究 2017年27期

关键词：结构力学材料力学力学

于通顺潘新颖陶山山

（中国海洋大学工程学院山东青岛 266100）

结构力学Ⅱ教学方法改革初探

于通顺潘新颖陶山山

（中国海洋大学工程学院山东青岛 266100）

结构力学Ⅱ是港口航道与海岸工程专业一门重要的专业基础课，对后续的专业学习及工程实践有重要作用。本文从港航专业结构力学Ⅱ教学现状及存在的问题出发，提出了若干有针对性的改革措施并进行具体实践，提高了教学质量。

结构力学Ⅱ 教学方法教学改革教学手段

港口、航道与海岸工程专业的培养目标是培养在港航工程领域以及相关工程领域（水利工程、海洋工程和土木工程等）从事工程建设各方面工作的高级工程技术人才，因此材料力学、结构力学等专业基础课程的学习对培养目标的达成有重要作用。结构力学Ⅱ承担了教授港航专业学生结构动力学基础知识的任务，是本专业结构动力计算的基础。在新的历史条件下，要做好高等教育的持续发展，首先要进行教学内容和教学方法的改革，提高教学质量[1]。本文对目前港航专业结构力学Ⅱ教学过程中出现的问题，就如何提高课堂教学效果谈一些体会和思考。

一、结构力学Ⅱ教学中存在问题的原因

相对于结构力学Ⅰ，结构力学Ⅱ着重研究结构对于动载荷的响应（如位移、应力等的时间历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。结构动力学同结构静力学的主要区别在于它要考虑结构因振动而产生的惯性力（达朗伯原理）和阻尼力。因此，结构力学Ⅱ在教学过程中会涉及数学建模、演绎、计算方法和数值模拟等多个研究领域，同时具有鲜明的工程与应用背景[2-3]。在课程学习过程中，大部分学生都对其中复杂的推导、繁琐的公式、难以掌握的求解过程特别头疼。由于授课学时紧张，教师在授课过程中对于某些概念无法透彻讲解。学生的学习过程中理解不够深刻，做题无从下手，考试时又感觉没有掌握的知识点太多。综合分析学习效果不好的原因，笔者认为有以下几个方面：

（1）结构力学Ⅱ的先修的力学课程涉及到理论力学、材料力学和结构力学Ⅰ，这几门课程在学习的过程中学生普遍反映公式较多、理解不深刻、掌握难度大，基于自己的学习经验，学生对结构力学Ⅱ的学习存在着恐惧心理，因此在学习过程中学习动力不足，主动探索的积极性较低。

（2）高等数学也是结构力学Ⅱ的一门重要的先修课程，要学好结构力学Ⅱ必须要有扎实的数学基础。在课程设置上高等数学Ⅰ、Ⅱ作为所有力学课程的先修课程只能在大一学年讲授，而结构力学Ⅰ、Ⅱ作为理论力学、材料力学的后修课程只能在大三学年之后讲授。因此到了大三学年高等数学掌握不够扎实的同学对数学知识存在比较严重的遗忘，严重影响了结构力学Ⅱ的学习。另外对结构力学Ⅱ学习有重要帮助的数学知识如Fourier变换等在高数学习中作为了选学内容，这也在一定程度上增加了结构力学Ⅱ学习的难度。

（3）结构力学Ⅱ学习课时有限，上课节奏比较快，需要学生课后复习巩固课堂学习效果。但是大三学年专业课陆续开始学习，需要课后巩固的专业课程比较多，有些学生压缩了结构力学Ⅱ的课后复习时间，导致学习效果比较差。

（4）教学过程中授课教师为提高学生学习效果，会不断地帮助学生复习高数及基本力学知识，学生可能会把较多的精力放在数学过程推导、力学概念的理解上，忽略了结构力学Ⅱ理论体系的理解和掌握。因此缺乏对习题举一反三的能力，对于课堂讲授的例题能够理解，但是对于出现的新题型不能很好地解答。

二、对症下药、提出针对性的解决措施

鉴于以上原因，笔者对症下药、提出以下针对性的解决措施：

（1）整理结构力学Ⅱ的教学内容与理论力学、材料力学、结构力学Ⅰ所学内容的联系。每次下课都明确下次上课即将用的到基础力学知识点，指出这些知识点对后期学习的重要性，督促学生在下次上课前复习并掌握。比如在进行“结构的稳定计算”这一章的学习前，提醒学生要复习好材料力学中“绕曲线微分方程的建立”这个知识点。通过提前复习的学习方式，减轻了学生对新知识学习的恐惧心理，避免了课堂时间的浪费，在课堂上可以充分利用有限的时间学习结构力学Ⅱ的知识点，提高了学习的效率。

（2）整理结构力学Ⅱ学习过程中可能会用到的高等数学、线性代数知识，将下次上课时即将用到的数学的基础知识以作业的形式布置给学生，要求学生在上课前提交作业并掌握。比如在讲授“单自由度体系的自由振动”和“单自由度体系的受迫振动”之前要求学生将“齐次微分方程”与“非齐次微分方程”的求解公式掌握。并在微分方程的求解过程中通过提问的方式增加学生的参与程度。通过布置作业的方式，使得学生对所学知识有了预习，无需在课堂上带领学生复习高数知识，提高了学习效率。

（3）教师课下多与学生沟通交流，了解学生的学习动态，通过总结作业中出现的问题的方式掌握学生对所学知识的掌握程度，对于普遍掌握不好的知识点及时巩固。

（4）教师加强对备课工作的重视，梳理结构力学Ⅱ整个理论体系的要点和难点，总结历届学生在学习过程中的经验教训，不断提高对学生学习的引导效果。在解题过程中着重解题思路的培养，针对不同的题型，总结出相应的解题过程，通过与学生的沟通，以最通俗的方式教授给学生知识点。

三、丰富教学方法与教学手段，提高学生兴趣

现代科学技术的迅猛发展也对高等院校对人才的培养提出了更高的要求。因此，结构力学Ⅱ在讲授过程中也应该顺应时代发展的潮流，在教材使用上、教学方法和教学手段上多做工作，提高学生兴趣，提高教学质量。在教材使用上，结构力学Ⅱ所使用的教材是龙驭球主编的《结构力学Ⅰ》[4]和《结构力学Ⅱ》[5]，这份教材比较经典，是众多高校普遍认可的结构力学教材，因此主要从教学内容、教学方法与教学手段三个方面，提高教学质量。具体工作如下：

（1）优化教学内容，明确教学内容与以前所学基础课的联系，突出教学重点。明确结构力学Ⅱ在培养学生中的地位：课程的基本要求是什么，通过课程培养学生哪些能力和素质等等。明确结构力学Ⅱ与先修课程高等数学、材料力学、结构力学Ⅰ等的联系，上课之前指明先修课程中需要提前复习的知识点，督促学生复习。

（2）改善教学方法。拟在现有知识点讲解法基础上，增加课上与学生互动，提高学生的参与度，调动学生的积极性。同时合理安排学生进行课下预习、复习，使学生对所学知识有更好、更深刻的理解。

（3）丰富教学手段。多媒体教学技术是目前应用比较多的教学手段，这种方式带来了课堂效率的大大提高。通过多媒体技术的应用，可以借助图片、动画、视频等形象地展示结构动力学中的一些力学概念和力学过程，使学生能更好的理解所讲授的知识。在多媒体技术应用中切记采用简单的文字、公式介绍，在公式推导等方面可以结合板书，通过求解过程的一步步推导，引导学生共同进行动力学过程的求解，增强学习效果。