以实际工程项目为背景的结构力学教学改革研究

2021-06-02黄瑶蓝丽江

现代职业教育·高职高专 2021年9期

黄瑶蓝丽江

[摘要] 在现阶段的教育实践中，为了培养更多能够适应企业或者是行业需要的人才，高等教育积极进行了教学改革与创新，开始着力强调应用型本科办学理念的应用。基于应用型本科的办学理念，在部分专业比如设计、施工、管理等教学实践中，必须要结合具体的社会实践或者是工程大背景，这样，学生所学的内容才会更具针对性，其在实践中的应用能力体现也会更加的突出。就结构力学教学实践来看，基于应用型理念进行教学创新，必须要依据实际工程项目展开教学分析与讨论，这样，结构力学的整体教学和工程实践的匹配性会更加的突出。分析研究以实际工程项目为背景结合虚拟案例的结构力学教学改革，旨在为教育实践提供帮助与指导。

[关键词] 实际工程项目;虚拟;结构力学;教学改革

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）09-0080-02

对结构力学的具体教学进行分析可知，其是现阶段土木工程专业中的一门重要基础课程，是固体力学的一个分支。从科学地位和价值角度进行分析，结构力学基于理论力学和材料力学等课程之上，在钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等专业类课程的设计计算实践中能够发挥突出的作用，因此说结构力学在土木工程专业中的地位和价值不容小觑。总的来讲，强调结构力学的教学，实现结构力学的教学效果提升能够有效解决工程结构设计实践中的受力分析问题，这对于学生自身的应用能力提升有显著的作用。基于结构力学的学科应用特点，以实际工程项目為背景对结构力学的教学改革等做全面的分析，具有突出的现实价值。

一、结构力学教学改革的紧迫性

在当前的教育实践中之所以要强调结构力学的教学创新与改革，主要是因为结构力学教学改革对于这门学科的教学进步有突出的现实价值。从具体分析来看，结构力学不仅是一门具有悠久历史的学科，更是一门发展比较迅速且具有突出应用前景的学科[1]。在过去，计算机应用以及有限元分析软件等方面存在着明显的限制，所以一些较为复杂的工程会因为技术问题难以付诸实践。就常规的工程结构设计来看，其多为比较规整的结构，这样的结构实现了结构计算的极大简化，而且此类型的结构在定量分析的过程中更利于结构力学方法的使用。从这个角度分析来看，在进行结构力学教学的时候需要对求解方法和技巧予以更多的关注。

就近年来社会大环境的发展来看，新型的工程材料和施工工艺大量出现在工程建设实践中，这对结构力学提出了更高的要求，同时也为结构力学的研究提供了新内容[2]。就目前的分析来看，工程结构的复杂性在显著提升，计算机的普及也在持续性推进，加之基于矩阵位移法建立的有限元软件得到了快速的发展，这使得结构力学在实际分析中有了更加强大的工具，正因为这些工具的使用，计算机在结构定性分析和定量计算的过程中成为不可或缺的一部分。在传统的教学中使用的计量模型多是经过简化且假定好的，学生在面对实际工程的时候不知道如何使用。就实践来看，很多学生在进行建筑施工图设计的时候会产生奇思妙想，但是在计算的时候会一筹莫展，由此可见，学生所学的实用性比较差。基于这样的大背景，为了全面提升学生的实际操作能力，必须对现阶段的教学模式以及教学方法进行创新与改革，即让学生在相关工具应用的过程中面对真正的工程，立足于工程实践掌握技术以及工具的应用，在设计实践中，其整体设计能力会有效提升。总之，从教学效果提升和学生实际问题解决能力提高的角度进行分析，结构力学教学创新势在必行。

二、结构力学教学方法的改革

就土木工程这个专业的具体学习来看，学生无论是在专业课程的学习中还是在毕业设计和日后参加工作实践中都离不开结构力学的相关理论以及分析方法，所以在教育阶段必须加强结构力学的学习[3]。从整体教学分析来看，在大环境改变的情况下，传统的结构力学教学方法和内容已经不能满足实践需要，因此，为了进一步培养学生的实际问题分析能力和工具应用能力，需要基于当前大环境，结合工程实践对结构力学内容的模拟教学方法等进行改革与创新。以下是基于传统教学方法的教学改革与创新分析。

（一）启发式教学法

对结构力学教学实践进行分析，采用启发式教学法能够有效消除传统教学法的弊端。就启发式教学法的具体应用来看，其首先需要在上课的时候进行问题的提出。比如在学生掌握了单跨静定梁的反力和内力计算方法后提出问题：如何进行多跨静定梁的反力和内力计算？基于具体的问题，学生会进行针对性的思考。当学生确定了将多跨静定梁划分为单跨静定梁进行问题解决的基本思路之后，老师继续提出问题：如何将多跨静定梁划分为单跨静定梁？在此问题的基础上，学生继续应用所学知识进行分析，比如利用几何组成规则进行几何分析。总而言之，老师利用问题不断地启发学生，提醒学生思考的方向，从而让学生对所学的内容进行串联和思考，这样，学生在学习的过程中不仅会表现得更加主动，其对知识的联系性认知也会更加深刻[4]。总之，在结构力学教学实践中积极强调启发式教学法的利用有突出的现实价值。

（二）以工程实例为背景的虚拟案例教学法

在结构力学的教学实践中，为了使学生对计算机等工具的利用有更加熟练的掌握，从而在实践中可以有效地使用工具，可以在工程实例的背景下开展虚拟案例教学法。就虚拟案例教学法的具体实施来看，首先是对实际工程当中涉及的结构力学知识进行分析与总结，即以实践为依托激发学生对具体内容的学习兴趣，并培养学生学以致用的能力[5]。比如在教学中，基于某实践工程，老师以工程中的石板凳为例进行简支梁计算简图以及在自重下的受力情况讲解，同时以工程中的活动中心连续梁为立足点引入超静定的概念，并同时分析多跨超静定梁的计算简图以及受力情况。简单来讲，老师针对工程实践将项目实施中涉及的力学问题进行统一阐述，然后引导学生进行相关问题的具体分析，比如基于工程实践让学生分析荷载简化、节点简化以及计算简图选择的重要性，并基于不同的计算模型做对比取舍。同时，基于实践工程虚拟案例教学，老师引入需要学生重点掌握的概念，并对相关的规则、方法，比如几何组合分析过程等进行训练加强，这样，学生的感官和识图读图能力会有全面的提升。总之，基于虚拟案例进行典型的工程实例呈现，会让学生的综合应用能力、创新能力等获得显著的增长。

（三）传统教学和电算并举

对现阶段力学结构分析中的具体工具应用做分析，会发现力学求解器的应用比较普遍[6]。从该工具的具体使用来看，其是一款非常不错的能够实现辅助分析的计算软件，就该软件在实践中的利用来看，其求解内容囊括了结构力学中涉及的诸多内容。在结构力学的教学实践中，老师可以随时随地向学生传递力学求解器的应用方法，然后再让学生以实际工程为模拟具体案例构建相应的计算模型，之后进行相关的力学计算与变形分析。基于工具的使用方法掌握，学生在毕业设计或者是以后的结构力学问题分析实践中，会有更加显著的实际问题解决能力。简言之，通过力学求解器的使用方法强调，学习内容和实践分析的距离明显拉近，学生整体能力有了显著提升。

（四）强调自主讨论并开展结构竞赛实践活动

在結构力学的教学实践中，部分内容相对比较基础，而且理解也更加简单，其完全可以由学生自学完成[7]。因此在教学中，针对简单且易掌握的内容，老师可以组织学生进行分组，并通过小组讨论的方式完成相关内容的学习。通过这样的方式可以培养学生的自学和自主讨论习惯。在教学实践中，为了让学生对具体所学有更加深刻的掌握，使其能够在应用实践中准确地利用相应的原理或者是技术，专业内部可以虚拟设置赛题开展结构竞赛实践活动，主要评价学生在结构模型设计实践中的思考与力学分析。通过这样的大赛让学生明确自身所学的不足，这对学生的针对性提高有突出的意义。

三、结构力学考试方式的改变

就当前的结构力学课程具体教学来看，要实现教学创新，不仅仅需要强调方法创新，更要重视考试方式的改变[8]。基于现实分析可知，传统的教学考核主要强调的是理论，所以学生在学习的时候重理论、轻实践，但是结构力学教学的最终目的是提升学生的结构受力分析能力，进而加强其实际问题解决能力，所以在考核中必须以解决实际问题为基本导向。基于此，在结构力学的考试方式应用中，可以实施如下方式：（1）传统考核方式，即利用书面的方式考查学生的理论掌握。（2）虚拟案例分析考核法。所谓的虚拟案例分析考核法指的是在考核的过程中基于工程实例让学生具体解决相应的问题，比如分析某结构的受力、计算结构受力的情况等等。通过这样的考核方式加强学生对实践的认知与掌握。

综上所述，在结构力学教学实践中，对教学目标进行分析，并基于教学目标强调教学改革与创新，这对于现阶段的结构力学教学实践效果提升帮助巨大。文章分析研究以实际工程项目为背景结合虚拟案例的结构力学教学改革，旨在为当前的教育实践提供帮助与指导。

参考文献：

[1]田芳，鲁红权.以应用设计为导向的结构力学课程教学改革[J].山西建筑，2018（8）：252.

[2]沈晓梅.结构力学课堂教学改革措施研究[J].山西建筑，2019，45（6）：238-240.

[3]王桂英.结构力学教学与实际工程相结合的教学改革与实践[J].建筑工程技术与设计，2018（31）：3525.

[4]韦斌凝，施冬冬.基于多媒体课堂教与学同步互动的《结构力学》教学改革的研究和实践[J].教育教学论坛，2019（46）：111-113.

[5]黄川腾，熊飞峤，蒲爽.基于卓越现场型工程师的《结构力学》教学改革探究[J].高教论坛，2018，228（10）：33-36，40.

[6]李昌良，张亚.基于工程能力提升的力学课程教学研究：以“船舶结构力学”为例[J].科教导刊（中旬刊），2018.

[7]李效民，白峰涛.基于雨课堂的结构力学智慧教学实践[J].创新教育研究，2020，8（3）：6.

[8]邓春瑶.金课建设背景下基于OBE理念的混合式教学模式研究：以《工程项目管理》课程为例[J].高教学刊，2020（27）.

编辑郭小琴

①基金项目：2019年度广西高等教育本科教学改革工程项目“虚拟仿真实验对《结构力学》课程教学改革的应用研究”（2019JGA397）;2019年度校级一流课程建设项目“基于虚拟仿真实验的《结构力学》翻转课堂教学方法应用研究”（JG201909）。