探究对口土木工程教学彰显结构力学课程魅力★

2018-03-26杨国兵

山西建筑 2018年27期

杨青杨国兵

(1.滁州学院地理信息与旅游学院，安徽滁州 239000； 2.安徽滁州技师学院，安徽滁州 239000)

1 概述

应用型本科对口招生是我国现阶段高等职业教育“立交桥”的一个通道，招生对象已扩展到中职毕业生和具有相应技能的农民工[1]，这项举措着实使广大中职生甚至失业人员圆了一个本科梦。滁州学院对口土木工程本科招生始于2014年，从目前专业课教学的课堂交流来看，某些方面并不亚于普本班级，对口班课堂气氛活跃，互动性好，学生敢于发表自己的感受，缘于他们大多已有一定的专业基础知识或实践经历，且学生倍感珍惜来之不易的学习机会。因此，针对对口班的教学理应区别于普本班。

结构力学课程是土木工程专业的核心课程，在应用型本科教学培养计划中同样占据凸显地位，尤其针对对口土木工程专业要淡化晦涩难懂的抽象理论，根据其学时安排偏少(总计32课时)实际，教师要引导带入学生“身临其境”，激发其探究专业问题的兴致，夯实专业基础,服务后续专业课乃至毕业后的职业生涯。

2 引入工程实物，分析问题实质

面对对口班学生力学基础薄弱的现实，且结构力学少学时的教学安排，授课教师课程内容必须做较大的整合。在尽可能保证学科的完整性和逻辑性的前提下，有所侧重和突出。教学中教师理应课前“备学生”，因对口班有一定结构基础。

如在讲到结构的计算简图时，不妨带领学生观察教室顶部的楼面梁，发动学生尝试画出其计算简图。抛出如下问题:楼面梁的跨数是多少，计算长度是多少，与墙或柱的支座是什么约束，梁上不同区域承受的荷载是线荷载还是集中荷载，教室外走廊(假设是外走廊)下的梁的截面尺寸与教室内梁的截面有什么不同，该教室梁上的计算荷载[2]包括哪些部分，怎么取值，计算荷载的范围如何划分，学生在感性的基础上“陷入沉思”，原来这些多是以后结构设计的前提呀。后续要求构件控制截面的内力，再进一步进行结构设计[3](截面尺寸的确定、混凝土强度的选择与配筋量的计算)等等。这种教学互动极大地丰富了书本如何选取结构的计算简图的相关理论。

在讲到桁架结构和拱结构时，要求学生注意观察各地高铁站站台的顶棚是什么结构，各地加油站站台顶棚又是什么结构，再观察各地工业园区、经济开发区的大型单层厂房的屋架是什么结构，大中城市的大跨度的桥梁是什么结构，与实心截面梁相比有什么优点，拱结构中的矢高与拱脚的水平推力有什么关系，实际工程中有哪些应用，桁架的零杆有什么作用，拱与桁架联合应用在什么地方出现过等等，我们结构力学的学习必须让学生从身边实物中加以观测，从大方向上给予合理解释，并激发鼓励他们的探究兴趣。

再如讲到位移法求解内力时，根据超静定梁“载常数”表，单跨两端固端受均布荷载时，固端弯矩绝对值为qL2/12，跨中弯矩为qL2/24，这时，要求学生与相同跨度的受相同均布荷载的简支梁的跨中弯矩进行比较，简支梁的跨中弯矩为qL2/8，这两种不同形式的梁的内力分布有什么意义。不难发现，单跨超静定跨中的弯矩只是简支梁的1/3，而超静定固端承担了简支梁跨中弯矩的2/3。这就大大减轻了梁跨中的负担，使超静定的梁的截面尺寸趋于合理(当然两端支座处加大了内力，但总体截面设计受力合理)，学生通过比较，加深了相同跨度的框架梁与简支梁在受相同均布荷载作用下的内力分布特点，印象非常深刻，为今后理解两种构件的施工配筋图或钢筋隐蔽工程的验收埋下了伏笔。

3 探究教法，彰显课程内涵魅力

当下，不论中等或高等职业教育，手机充斥课堂早已不是什么新闻，是什么造就这一时代“特征”，虽不是课任教师能够解释了的，但是，与专业课或骨干课程的接触实践的程度，体现课程的内涵魅力不无联系。职业教育课堂师生的互动被不少教学研究者提到台面上来。因此，探讨结构力学的教学方法在不断进行尝试，那种不顾学生反应的教法无疑加重了课堂的“持机率”。

如结构力学课程中静定结构位移的计算，往往不被学生理解，对刚度没有感性认识，课任教师不妨列举一例：一矩形截面悬挑梁长度为L，抗弯刚度为EI，其上分别作用三种向下荷载：1)均布荷载q；2)端部集中荷载qL；3)中部集中荷载qL；试问，该悬臂梁端部向下的位移分别是多少，哪种情况发生的位移最大，情况1)2)3)关系如何，另假设该悬臂梁的截面面积保持不变，试问，当截面高宽比分别是1∶1，2∶1，3∶1情况下，悬臂梁端部的向下位移之间的关系又如何(仍可以以前述教室楼面梁外走道下的悬臂梁为例)使学生情趣大增，埋头开始演算。

通过紧张的图乘法[4]，相互比照结论，争论，最后形成以下共识：对于悬臂梁构件，同样数量的荷载，作用在自由端的，截面高宽比为1∶1的情况向下的位移最为不利，1)2)3)情况下，结构自由端向下的位移比分别是6∶16∶5；同一种情况下的构件截面面积一定，高宽比分别是1∶1，2∶1，3∶1；结构自由端向下的位移比分别是1∶1/4∶1/9。这一比较，说明了抗弯刚度的价值与意义，说明了增加截面高度远比增加截面宽度对构件的抗弯刚度“贡献”大。

带有探究好奇的心理，班级的所有的学生同时应用结构力学图乘法的实用公式，进行计算静定结构的位移的演算，进一步用探究法或身边实物的情景法进行互动，同时也积累了专业知识，大家用“亲身经历”得出的结论远比课任教师“口干舌燥的讲演”来得“透彻”。像这样，课任教师总计划着把身边的结构作为“案例”进行剖析，发动学生的能动作用，相信结构力学再不会嚼而无味。

4 与其他核心课程的融合

运用结构力学知识理解工程图集问题，是土木工程专业学生必备的素质，课任教师要挖掘材料给予举例说明。如不同抗震等级的框架结构的梁柱，为什么规定钢筋的接头位置就在此处和相应的接头率，箍筋的加密长度区域、位置等等。当然构件的承载力计算会涉及其他专业课程，如混凝土结构原理；混凝土结构设计；钢结构设计；砌体结构设计等等，但作为静定结构的平衡方程，将会是结构设计中承载力计算公式建立的前提。简单力法或力矩分配法的运用将是简单框架结构、刚架结构、多跨连续梁控制截面内力计算的重要方法，结合各种构件指出其弯矩、剪力、轴力、扭矩和位移控制截面，给后续专业课铺垫基础，这方面的案例往往会引发学生浓厚的兴趣。