结构力学专创融合育人案例

刘兴旺 李俊杰 何洪明

[摘 要]为深化创新创业教育教学改革，充分发掘、展示专业教育教学过程中的创新创业案例，推进创新创业教育融入人才培养全过程。文章围绕土木、水利类专业基础课结构力学课程，深度挖掘了课程育人案例。将寓言故事“三个和尚挑水喝”与力法章节相融合，从形象对比到内涵启发，达到课程育人的目的。通过专业教育与创新创业教育相融合（专创融合）促进学生创新创业能力培养，推进课程教学改革。

[关键词]结构力学;专创融合;教学改革

[基金项目]2019年度河北省教育厅重点基金项目“再生混凝土细观损伤破坏机理及检测关键技术研究”（ZD2019117）;2018年度河北农业大学渤海校区师生协同创新项目“结构工程质量诊断技术及维护决策研究”（bhxt201826）;2014年度河北农业大学理工基金“基于CT与声发射试验的混凝土材料细观破裂过程研究”（LG20140302）

[作者简介]刘兴旺（1987—），男，河北保定人，天津大学博士研究生在读，河北农业大学讲师，研究方向为钢结构;李俊杰（1989—），男，河北保定人，硕士研究生，河北农业大学实验师，研究方向为大学生创新创业教育;何洪明（1963—），男，河北保定人，博士研究生，河北农业大学教授，研究方向为结构工程

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0185-02[收稿日期] 2020-04-25

一、引言

深化创新创业教育改革必须全面推进创新创业教育与专业教育深度融合。支持教师开展与专业课程相适宜的基于问题、基于项目、基于案例的教学方法和考核方式的探索与实践，着力培养学生的首创精神和分享创意的习惯，鼓励学生勇于创新、乐于创新、善于创新，在探索的过程中，自觉融入团队，分享乐趣、增长智慧、丰富经历[1]。结构力学作为土木、水利类专业的一门重要的专业基础课，在专业教学过程中占有非常重要的位置[2]。将结构力学专业教育与创新创业教育深度融合，充分挖掘课程教学过程的育人案例，能够有效提高教学质量，增加学习兴趣，拓宽学习方式，推进教育教学改革。

二、案例—“三个和尚挑水喝”

（一）产生背景

在讲授第12章“力法”第1节的时候，需要对超静定结构的定义和特点进行介绍。概念的引入对培养学生的学习兴趣起着至关重要的作用[2]，尤其是力法的概念。第12章“力法”在结构力学整体知识体系中，处在承上启下的关键节点。如同力法本身的求解思路一般，它既是针对的超静定结构，同时又是利用静定结构的求解方法，关键步骤在于将超静定结构转化成静定结构，而转化的核心在于寻找“多余约束”。超静定结构区别于静定结构的主要特点是有多余约束存在，对多余约束的理解是进入超静定结构的第一步[3-4]。因此，在针对超静定结构的定义和特点，尤其是多余约束的概念进行讲解的时候，通过“三个和尚挑水喝”这个经典故事的类比，可以将依次增加的“和尚”个数与超静定结构中依次增加的“约束”个数相对照，给学生一个更加生动形象的理解，从而实现从静定结构到超静定结构的顺利过渡。

（二）案例内容

在讲解“超静定结构”与“静定结构”的区别和联系时，引入经典寓言故事“三个和尚挑水喝”的故事，对机构、静定结构、超静定结构的特点做一个生动的讲解和对比，并结合竞赛获奖进一步介绍专业知识与双创竞赛的创新融合。

故事原文大意是讲“一个和尚挑水喝，两个和尚抬水喝，三个和尚互相推诿，没有水喝。故事启示人们做事应互相帮助，团队协作，并善于发现和改正错误。”在课堂讲授时，可按如下形式讲解：“从前有座山，山上住着一个小和尚，小和尚每天去山下的小河边挑水喝，黑板上绘制模型，一个支座两个平衡力，代表机构（如图1）。后来又来了一个高和尚，从此两个人一起去山下的小河抬水喝，同时黑板绘制模型，两个支座，中间一个集中力，代表静定结构（如图2）。再后来又来了一个胖和尚，结果三个和尚没有水喝，绘制模型，三个支座，两个集中力，代表超静定结构（如图3）。最后将三个和尚没水喝的原因与超静定结构多余约束无法直接用静力平衡方程求解相类比，提示学生多余约束需要引入其他条件。”通过故事的方式将三个和尚没水喝和超静定结构具有多余约束无法按静力平衡方程直接求解相对照，对“多余约束”的关键作用做一个定量和定性的分析，让学生能够更感性的认识到超静定结构的特点。同时，也对机构、静定结构、超静定结构三种不同的体系进行对比介绍，从组成形式和受力分析两个层面进行体系之间区别和联系的介绍。更进一步的，可以通过此案例，将体系、可变体系、不变体系的概念进行区分和对比，使学生清楚什么时候用“体系”进行表述？滿足什么条件才能称为“结构”？从概念上将结构力学的研究对象进行整体的把控。

（三）案例作用

“三个和尚挑水喝”的故事从表面看，可以简单将“几个约束”与“几个和尚”相对应，给学生以生动形象的认识，使重难点问题能够较为轻松的引入。使枯燥的力学问题趣味化，使严肃的课堂生动化。从故事内涵看，在讲解超静定结构由于具有多余约束，相对于静定结构具有更高的安全储备时，可以与故事的内涵相结合。启发学生如果团结协作，齐心协力，会获得更大的效率和成功。通过深化故事内涵与科学问题的关联性，引导学生在进行科学研究过程中要善于融入团队合作，发挥自身优势，抓准关键科学问题，透过表面看本质，提高科学研究的层次。

从专业知识与双创竞赛的融合方面讲，可以将多余约束的识别过程，与“大学生结构设计竞赛”中设计具有更合理约束形式的结构形式相关联。例如：“大学生结构设计竞赛”题目要求通常为“设计具有更轻质量 、更高承载力的结构形式”。通过三个和尚的故事对多余约束力进行生动形象的理解，在设计结构的过程中，在对结构进行优化的时候，其目标即是对不同的节点进行约束力的分析，根据是否为“多余约束力”来判断这个杆件是否可以“去掉”。相反的，也可以利用多余约束具有更多安全储备，来进行薄弱环节的“加强”处理。从这个关系上来讲，可以让学生通过案例更好地将专业知识运用到双创竞赛当中，进一步实现专创融合教学。

三、结语

党的十九大报告指出，中国特色社会主义进入了新时代，党中央、国务院高度重视高校创新创业教育工作[5]。创新创业教育能全面培养大学生的创新精神、创业意识和创新创业能力。创新创业教育与专业教育相融合，是推进“金课”建设的有效途径，是全面提高人才培养质量的有效抓手。通过专业教育与创新创业教育深度融合，进一步促进课程改革创新，培养符合社会需求、具有创新创业能力的新时代大学生。

参考文献

[1]樊云飞，刘全明.河北农业大学深化创新创业教育改革的思考与实践[J].河北农业大学学报（农林教育版），2017，19（06）：1-4.

[2]刘兴旺，刘燕.浅谈结构力学教学过程中教学效果的提高[C].中国力学学会.第十五届北方七省市区力学学术会议论文集.中国力学学会：中国力学学会，2014：406-408.

[3]龙驭球.结构力学方法论的哲思回望[J].工程力学，2019， 36（04）：1-7.

[4]龙驭球，包世华，袁驷.结构力学I—基础教程（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[5]习近平新时代中国特色社会主义思想学习纲要[M].北京：学习出版社/人民出版社，2019.