结构力学实验促理论的教学方法探索与实践

曲激婷 陈廷国 黄丽华

摘要：总结了目前结构力学实验教学的现状，介绍大连理工大学在结构力学实验教学方面开展的系列工作，并在此基础上探讨了将结构力学理论教学与实验相结合的教学模式，有利于应用型人才和精英人才的培养。

关键词：结构力学；实验教学；精英人才

中图分类号：O342 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）43-0146-02

一、引言

结构力学是土木、水利、港工、海洋、交通、土木工程管理等专业的一门必修专业基础课程，授课主要采用课堂理论教学模式，并未如材料力学课程一样设置实验教学内容。该课程理论学习有一定难度，且工程实际中的结构看起来往往和结构力学中的简化计算模型相去甚远，难免会造成学生工程认识与理论认知的脱节，对课程的学习兴趣度不高，授课内容难以消化，从而导致学生对学习结构力学有畏难情绪。虽然如今科学计算已经与理论分析和实验技术相并列，成为第三种科学方法，但力学实验技术无论是作为认识和检验真理的最终标准，还是作为直接解决实际工程中的力学问题的重要手段，仍然有着不可替代的地位。

二、结构力学实验教学的国内外现状

目前，国外高校仍然侧重结构力学基本理论的讲授及学生手算能力的培养，尚未开展结构力学相关实验的研究。国内关于结构力学实验课程建设的研究还较少，有6所高校开展了结构力学实验的相关建设。武汉大学出版了《结构力学实验》教材[1]，设计共29个基础实验供学生自选。哈尔滨工业大学成立实验结构力学教学研究团队，开展实验结构力学课程平台建设，以实验教学为主、课堂教学为辅[2]。沈阳建筑大学结合该校结构力学课程的教学特点和实验室现有条件搭建了实验平台，积极筹备开设结构力学实验课[3]。合肥工业大学在汲取其他高校在结构力学实验课程方面的经验的基础上，结合其自身的基础也在积极探索实验结构力学的教学[4]。扬州大学[5]对土木工程专业进行了课程实验的教学改革，建立了土木工程专业本科系列开放性实验教学平台，将材料力学、结构力学、土木工程材料、土力学和混凝土等课程的实验整合为土木工程专业基础实验课程。

大连理工大学建设工程学部结构力学团队与烟台大学、烟台新天地实验技术有限公司共同研制了一种结构力学教学平台，并于2016年授权发明专利（如图1所示），该实验平台（如图2）集成了结构力学模型、加载装置、测量装置，实现一体化。平台为四立柱门式框架自反力结构，上下横梁采用H型钢梁。上下横梁、立柱均安装直线导轨，导轨隐藏在型钢内部，导轨上安装可移动的小车，小车上可安装支座、加载油缸等。可对实验模型多点施加竖向荷载、水平荷载及结点弯矩；也可用于空间结构模型实验，实现多点、多方向拉压力加载，能系统完成结构力学基本理论的相关验证实验，且开展一些综合性设计性实验。经过几年的探索，团队已经开发完善了十四个实验题目及相应的实验报告，带头人陈廷国教授已于2016年秋季首次开始了实验结构力学选修课，共计20学时，有25名学生选修了课程，由考试成绩分析可知，选修了实验结构力学课程的学生成绩普遍较好。

不同于单独设置的实验结构力学选修课，大连理工大学旨在设计更适于与结构力学理论教学相辅相成的实验内容，帮助学生更好的理解重点和难点知识点，陈廷国教授主编的结构力学实验教材已完成编写，很快将与读者见面。

三、结构力学实验与理论相结合的教学实践

大连理工大学结构力学课程教学为不同的结构力学实验内容设计不同的表现方法，结合现代教育技术手段，利用不同的平台为学生们提供多层次的实验，以提高教学质量和学生们的学习兴趣，具体实践包括如下内容：（1）课堂实物演示：根据研究内容设计实验装置，便于在课堂为学生们演示以及实际操作；（2）实验视频：设计实验内容及脚本，进行实验视频的拍摄与后期制作，根据学时安排和实验内容将实验视频加入课程PPT，部分视频可上传至课程学习APP及结构力学课程网站，方便学生课后学习；（3）自主创新实验：鼓励学生根据授课内容，自行设计实验模型及方案，通过亲自实验体会力学原理，提高学生的创新能力和分析问题、解决问题的能力，此外，也有助于不断扩充实验结构力学资料库。

四、结语

为达到高等教育面向高素质、精英人才的培养目标，深入“理论联系实践”的教学理念、教学思想和教学方法的改革，提出对结构力学课程开展理论与实践相结合的教学探索。通过参加与否结构力学实验课的学生成绩的对比发现，结构力学实验教学不仅可以加深学生对基本理论和基本概念的理解，参与实验的学生成绩平均分更高，学生由过去的被动学习转变为主动学习，而且可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，充分发挥学生个体和群体的创造性，有利于应用型人才和精英人才的培养。

参考文献：

[1]刘礼华，欧珠光.结构力学实验[M].武汉：武汉大学出版社，2006.

[2]陈再现，王焕定.实验结构力学教学改革初探[J].力学与实践，2015，37（5）：647-651.

[3]孙威，劉永军，倪伟宁.高校开设结构力学实验课的探索与实践[J].长春教育学院学报，2013，29（21）：79-80.

[4]朱亚林，李端洲.关于《结构力学》实验课程建设的探讨[J].科技资讯，2014，（29）：147-148.

[5]孙旭峰，陶阳.土木工程专业结构力学课程实验教学实践探讨[J].高等建筑教育，2013，22（5）：133-136.

Abstract：This paper summarizes the current situation of structural mechanics experiment teaching，dalian university of technology in structural mechanics experimental teaching in carrying out a series of work，and on this basis discusses the combining structural mechanics theory teaching and experiment teaching mode，is beneficial to the development of the applied talents and elite talent.

Key words：structural mechanics；experimental teaching；elite