现今结构力学教学中存在的若干问题探讨

赵威 董建华

摘 要：针对结构力学教学过程中存在的相关问题进行了深入的探讨，从教学的角度出发，以学生的反馈为基础，提出了从教学课时安排，教学内容，教学方法以及考核方式等方面的教学改革相关措施。

关键词：结构力学；教学方法；教学内容

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）19-0131-03

Abstract： As for the related problems in the teaching process of the subject of Structural Mechanics， the teaching approaches and contents are discussed. From the perspective of teaching and on the basis of the feedback of students， the relevant measures of teaching reform are put forward from the aspects of teaching time arrangement， teaching content， teaching methods and assessment methods.

Keywords： structural mechanics； teaching methods； teaching content

一、概述

在土木，水利，交通等專业课中结构力学占有极其重要的位置，虽然各个学校的培养计划不同，每个专业的侧重点不同，但都把它作为最重要的一门专业基础课之一，它是走向专业教学前的一门核心课程。它以高等数学，理论力学，材料力学以及计算机技术为基础，以“力法”“位移法”为主要方法，全面而系统的阐述了杆系结构体系在荷载，温度变化，支座移动等外界因素下引起的内力分布和变形情况。我国的结构力学教材不下百种之多，配套的练习更是千变万化，其运用广泛程度非一般专业课程可比。因此，经典的结构力学学习是非常重要的。然而，在现今的教学理念大的框架下，结构力学的教学也在不断的改革，不断发展。虽然教学大纲更加重视学生对于知识的运用，以及解决实际问题的能力，并也提出的实践环节，但是在教学过程中作者仍然发现很多问题。通过对教学工作的深入思考，以对学生调研的反馈为基础，本文对于结构力学教学中存在的主要问题进行探讨，旨在提升教学质量，获得更好的教学效果。

二、结构力学教学中存在的若干问题

（一）基础部分不够扎实

在本科教学中对于是否应该让大学生承担过重的课业的压力这个问题，每个老师都有自己的观点，一直在探讨而没有结论。其中有些教师认为应该以授课为主，充分发挥课堂时间，课后尽量减轻学生的作业压力。相反，有些教师则认为，授课只是引导学生和启发学生学习，而学生对课程的大部分学习应该在课后完成。在这两种思想的背后，导致了学生对结构力学这门课程的学习不够投入。

结构力学这门课是比较特殊的，既要重视理论，更要不断实践。首先，学习力学主要是学习概念，概念上清楚是深入学习的基础。这里的概念包括力学物理量的含义以及对基本原理的理解，而《结构力学》这门课程更是要求对概念有深刻的理解。在课堂上，为了增加互动，作者偶尔会提出一些简单而富有迷惑性的问题，学生们会给出各种各样的答案，而大部分答案都是错误的。这充分说明了学生在学习概念时只是流于表面，而没有真正理解。同时，不可否认的是，《结构力学》的学习需要大量的练习作为辅助。这门课程所研究的对象是杆系结构。杆系结构的特点是在形式上富于变化，每变化一种形式可能计算的方法都不太一样。这需要充分的练习积累经验才能很好的掌握，而大部分同学在课堂上听懂后，不重视课后的复习和练习，面对题目经常会表现出“眼高手低”，能大致给出计算方法，却算不出正确结果，这就需要充分的练习，有了量的积累才能真正学会学懂这门课程。因此，针对结构力学这两个特点，对于结构力学的教学应该是两种意见相结合，在教学过程夯实基础就显得格外重要。这里面的基础包括两方面：一是如何让学生深刻理解概念，二是如何让学生积累经验。对于第一点，作者认为，让学生概念清晰，教师首先要概念清晰，授课时的逻辑性，条理性要十分清晰，能够将多本教材对同一概念的描述综合起来，给出一个全面的解释。同时将概念结合工程应用，再把概念从工程中抽离出来，这样非常有助于学生的理解。针对第二点，作业的布置是必要的，但并非一定要过量，需要教师在授课之前对习题有充分的了解和掌握。可能教师要每一道习题都要去做一遍，但并不是每一个习题都需要学生去做，挑出最有代表性的算例让学生们去做，然后针对问题集中讲解，把每一道题深度挖掘拓展，让学生们把每一个知识点吃透，同一道题提倡多种思路，多种方法，反复练习，这样既达到量的积累，又比题海战术效果要好得多。当然，现在是个多元化的社会，每个人有不同的追求。但是，如果真的要从事土木工程专业，花在这专业上的时间是非常有必要的。

（二）综合运用的训练不够多

结构力学的课程都是分单元或者章节的，每个单元后面都有课后习题。讲完一个章节会布置其后的课后习题，当然，学生做题时会很自然的想到：这些题应该用本章节的知识来解决。然而，结束一个学期的学习后，随便从一个章节中选择一题，或者将两部分章节内容出一道综合题，学生可能就会无从下手了，究其原因是综合训练不够多。在中学阶段，教师的办法是通过大量的综合练习与模拟考试来解决这个问题，这个办法在大学里可能无法实现，但是可以改进后推广。在大学里面，综合训练的形式更多的应该是大作业或者课程设计来体现。作者是非常提倡布置大作业的，首先，大作业不能够互相抄袭，因为留给每个人的问题不同，更能反映学生学习的真实情况。另外，大作业的完成是需要学生将学过的知识综合掌握并运用，而不是简简单单机械性的照搬书中的算例就能完成的。体现了学生的综合素质，特别能够提高学生综合运用的能力，不但能够将各个章节内容联系起来，还能与其他课程相联系，比如数学，计算机应用等等，同时能够锻炼学生解决实际问题的能力。就目前而言，作者认为，恰当的布置大作业是学习《结构力学》最好的方法。但从大多数高校的目前情况来说，大作业与课程设计的安排明显不够。

教师授课过程中也应该重视综合性。同济大学朱慈勉老师的结构力学就非常重视这一点。在介绍每章内容之前会先“开飞机”，即宏观的角度来讲解这章是干什么的，通过这一章学的内容可以解决什么问题或者达到什么目的，这样学生学习就有目的性；同时对知识难点都是通过生动的类比、肢体语言甚至讲段子来帮助学生理解，犹如变形的不是一个冷冰冰的杆件，而是他身体的一部分。学生在这种夸张的表现下一边笑着一边记住了很多东西。作者认为，《结构力学》这门课在授课过程中，教师应该前后结合，讲前面内容的时候有铺垫，讲后面内容的时候有回应。这样的方法能够使得学生在学习的过程中就前后连贯，不会将知识支离破碎，而有一个整体性，系统系，综合运用起来自然就回好很多。同时在讲课不能过于偏重于对解题的规律（例如位移法里的顺时针转角引起顺时针弯矩）的强调，往往忽略掉对基本原理或概念的深化，导致可能学生只会运用所谓的力学知识来解讲过的题，然而这种力学知识更多的是基本原理或概念的一种应用，一种组合表现。

（三）课时安排不得当

结构力学作为三大力学的最后一门，它所要解决的问题应该是理论力学和材料力学解决不了的问题。对于现有结构力学教材而言，为了与前面的课程衔接，其内容安排大体是这样的：先介绍静定结构的内力计算，位移计算，然后介绍用力法，位移法解超静定结构。其中静定部分的内力计算的授课课时以及习题课学时总和在20学时左右，课时安排占据了几乎整门课程学时的三分之一。位移计算一般为8学时，力法解超静定问题大致需要10學时。这三部分内容占据了整个学时的将近三分之二，从学时上来说这部分内容是《结构力学》这门课程的重点。但实际情况是，由于静定结构的内力计算，位移计算的部分内容以及力法解超静定的思想在前序课程《材料力学》中都已经学习过，材力成绩好同学对于此部分内容的掌握已经很好，而《结构力学》一半以上的课程实际上是重复了《材料力学》的内容，这部分内容授课时只是在知识运用层面上逐步加宽加深，而本质上没有新的概念和方法的出现。相反，对于位移法，作者认为是结构力学中的新思想，而且是极其重要的思想。因为这一思想将贯穿后续《结构力学》课程中的众多方法，比如力矩分配法，矩阵位移法，甚至能够与高等力学中有限单元法相联系（其基本思想是一致的）。作者觉得这部分内容是结构力学的重中之重，而且也是学生学习这门课程的难点以及新问题。而对于位移法这部分内容的学时安排只有6-8个学时，占总学时（结构力学上64学时）的不足八分之一。通过学生的反馈和对学生考核，作者明显的感觉到学生对结构力学静定部分内容的掌握远远好于对超静定部分内容的掌握，对力法的掌握要远远好于对位移法的掌握，用学生的一句话来说就是“我对力法已经很熟悉了，位移法却连基本思想都不是很清楚，对于这两种方法的理解程度完全不在一个层面上”。作者认为这样的学习效果不能够与结构力学这门课程的高度和重要程度相匹配，应该适当的调整学时安排，在不能够提高整体学时的条件下，分配给位移法更多的学时，这样的安排才更为合理。

（四）对学生的考核不够严格

由于以上三个问题的存在，导致在期末考试的把关上，也显得不够严格。因为学习的基础不扎实，缺乏知识综合运用能力，以及学时的安排不够合理，导致学生的期末考核效果很不理想。有的时候，老师觉得考卷很简单，因为所有的内容都是课堂上讲过的，所有的题型原型都是课件上给出的，甚至很多题目都是出自书后习题，但是最后卷面分数还会有50%以上的人不及格，授课老师面对这样的问题无法解决，只能将考试题越出越简单，不断增加平时成绩的百分比，考试也很难反映真实水平。这个问题的存在有老师的原因，也有学生的原因。课堂的教学可以看出一个老师的态度和水平；而平时的作业可以看出一个学生的态度和水平。大学的结力老师分两种，一种是搞力学的，一种是搞工程的。搞力学的更注重的是对概念原理的理解，搞工程的人更注重对工程中实际结构的强调，作者认为，两方面应该结合，即结构力学考试应该弱化计算，但是着重考察概念和实际应用。首先，这种考试是你没法靠突击来得分的，因为只机械地记住了方法考察概念时用不上，其次，既考察了概念的理解又考察了综合运用能力，把理论和实践更好的结合。这就要求教师在课堂上授课时要把握方向，本质的问题还是作业的布置。课后作业的布置是反映教师水平的另一个标准，作业布置得合理能够使学生引起足够的重视，能高效的掌握知识和概念，而且能够理论联系实际，又起到考核学生的作用。曾经在国外作为访学，我也了解到，国外的学生作业量是远远超过国内，同时对待作业的重视程度（我们不说认真程度）也是要远高于国内。经常会看见同学为了完成老师的大作业，借阅了大量书籍，在图书馆通宵不眠。从这样的过程中学生掌握了概念，夯实了基础，提高了综合运用能力，其实也就通过了这门课程的考核，分担了最终考试的压力。

作者通过对教学的调研和学生的反馈还发现：学生认为课堂小测是一个很好的方式，但需要学习一段时间，对新掌握的知识消化吸收后测验，非常很有助于对知识的掌握和综合运用；增加课堂的互动环节，多进行演示实验等方式也能够激发学生对枯燥力学的学习兴趣；此外，老师的授课风格，肢体语言和表达方式等等都会对学生的学习产生影响。

三、结束语

结构力学是土木工程以及相关专业一门重要的专业基础课，在各个高校所占有的学时都是最多的。即便如此，作者仍然感觉的授课学时的紧张，对于教师来说，很多内容不能够展开，对于学生来说，理解并加以练习的时间不够。当然，这个问题可能不单单在结构力学教育中存在，应该是所有课程教育中都有类似的问题。但作为一门考研的专业课程，其重要性不言而喻，对于现在结构力学的授课效果，大部分学生是不够满意的。结构力学是一门成熟的学科，但授课过程可能仍然存在着问题，这样的问题需要在今后的教学工作中不断探讨，不断优化，才能最终达到这门课程本身所能企及的高度。

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