胡白香，李傳勛，蔡東升，陸春華

摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課。由于目前課程學(xué)時少、內(nèi)容多，因此針對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程系統(tǒng)性強(qiáng)、概念多的特點，結(jié)合教學(xué)實踐，從教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法改進(jìn)、教學(xué)手段優(yōu)化等方面對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)進(jìn)行了探索，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。從而為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)、畢業(yè)后從事土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計及進(jìn)一步深造打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)興趣；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力；能力培養(yǎng)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0260-03

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課。它是學(xué)生學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)等專業(yè)課的基礎(chǔ)，與工程實踐聯(lián)系緊密，是溝通基礎(chǔ)課和專業(yè)課的紐帶。為了滿足土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，我們對當(dāng)前《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容、方法及手段等方面進(jìn)行了改革。

一、合理選擇教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力

結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的內(nèi)容必須為培養(yǎng)工程師的高等工程教育服務(wù)。通過精選教學(xué)內(nèi)容，簡化課內(nèi)教學(xué)時間，給學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)的時間。《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程內(nèi)容多，主要分成基本和專題兩大部分?；静糠质钦n程的基礎(chǔ)，對這部分內(nèi)容我們加強(qiáng)了課堂教學(xué)力度，但與材料力學(xué)課程重復(fù)的內(nèi)容可以精簡教學(xué)。如平面體系幾何組成分析中的組成規(guī)則，我們先重點講解三剛片規(guī)則：平面內(nèi)的三個剛片用不在一直線上的三個鉸兩兩相連，組成無多余約束的幾何不變體系。把組成規(guī)則中的關(guān)鍵詞一一詳解，再提問學(xué)生，逐步培養(yǎng)他們分析問題的能力，從中總結(jié)自學(xué)過程中該注意的一些問題。然后通過實鉸、虛鉸的作用；剛片與鏈桿的轉(zhuǎn)換得到兩剛片規(guī)則和二元體規(guī)則，因此后面兩個組成規(guī)則就可少講，留出時間給學(xué)生具體分析體系。結(jié)構(gòu)彎矩圖的繪制，在材料力學(xué)中已講過梁，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中則著重強(qiáng)調(diào)荷載與內(nèi)力的微分關(guān)系及對應(yīng)于彎矩圖、剪力圖中的圖形特征，重點介紹疊加法繪制彎矩圖。在此基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)剛架內(nèi)力圖繪制時需要注意的問題，尤其是剛結(jié)點處橫梁和豎柱的彎矩關(guān)系。又如靜定結(jié)構(gòu)的位移計算，雖然虛功原理十分重要，但其原理推導(dǎo)相當(dāng)復(fù)雜，學(xué)生不容易理解，反而讓學(xué)生覺得結(jié)構(gòu)力學(xué)很難學(xué)。目前我們的做法是略去繁雜的公式推導(dǎo)，重點講其物理意義，然后給出公式及其應(yīng)用范圍，這樣可避免學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)的恐懼心理，還可壓縮授課時間。專題部分不可能像基礎(chǔ)部分那樣精講，我們是根據(jù)不同的專業(yè)來進(jìn)行選學(xué)。通過合理選擇教學(xué)內(nèi)容，教師可在有限的學(xué)時里把課講完，把基本知識傳授給學(xué)生。

二、多種教學(xué)方法結(jié)合，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

在合理選擇教學(xué)內(nèi)容的同時，也要改革教學(xué)方法?！皩W(xué)為主體，教為主導(dǎo)”是教學(xué)的原則和規(guī)律，教師必須認(rèn)真研究如何引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。在今后的工作中，學(xué)生可能不會直接應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識去解決某個具體問題，但所學(xué)到的分析和解決問題的思維方法，卻是他們今后工作所不可缺少的。在教學(xué)方法我們注意了以下幾方面：

1.發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。從結(jié)構(gòu)力學(xué)的整個內(nèi)容看，靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析是關(guān)鍵，其分析方法仍然是材料力學(xué)中介紹過的截面法，但結(jié)構(gòu)力學(xué)中桿件數(shù)目多，多數(shù)學(xué)生覺得難以迅速準(zhǔn)確地選擇隔離體，以至有的學(xué)生覺得靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算沒有規(guī)律，從而產(chǎn)生害怕心理。事實上，按幾何不變體系的組成方式看，靜定結(jié)構(gòu)是無多余約束的幾何不變體系，其構(gòu)成模式不外“簡支”和“三鉸”兩種基本模式，再通過復(fù)合可構(gòu)成其他靜定結(jié)構(gòu)。在對靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析時，“簡支式結(jié)構(gòu)”一般是利用平面一般力系的三個平衡方程求出全部反力再求內(nèi)力；而“三鉸式結(jié)構(gòu)”一般是先整體、再局部分析求出全部反力。規(guī)范化處理靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的具體步驟是：①對結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何組成分析，掌握其組成方式，對于梁式結(jié)構(gòu)，先找出其中的靜定梁；對于組合結(jié)構(gòu)，先找出基本部分和附屬部分，這是靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中的重要一步；②按幾何組成相反的順序選擇合適的內(nèi)力求解步驟，例如，對有基本部分和附屬部分的結(jié)構(gòu)，應(yīng)從附屬部分入手；③由截面法求出控制截面的內(nèi)力；④用分段疊加法繪制彎矩圖，軸力圖、剪力圖則可以根據(jù)外力直接繪制。為了幫助學(xué)生準(zhǔn)確、熟練地掌握這部分內(nèi)容，我們增加了習(xí)題討論課，把典型題目精選出來精講，讓學(xué)生從具體例子中總結(jié)各種方法的應(yīng)用，逐步提高自己分析和自學(xué)的能力。我們以“討論”為中心來組織習(xí)題課教學(xué)，著重討論解題思路、方法，使學(xué)生逐步掌握解題的基本方法。課后留一些典型習(xí)題讓學(xué)生自己做，可以說做題實踐是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)最有效的方法之一。

2.多種教學(xué)手段并用，實現(xiàn)全方位立體教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，為了增強(qiáng)教學(xué)效果，要充分利用多種教學(xué)手段。多媒體課件可將理論公式、圖片、動畫和講授內(nèi)容有機(jī)結(jié)合在一起。我們在制作多媒體教案時搜集了大量的動畫圖片和工程實例，形象、生動、有效地幫助了學(xué)生理解和記憶。多媒體教學(xué)一方面能刺激學(xué)生的多個感官，使教學(xué)過程生動活潑，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，也節(jié)約了教師課堂板書的時間，可增大教學(xué)容量，提高教學(xué)效率，是解決教學(xué)時數(shù)少、教學(xué)內(nèi)容多這一矛盾的有效手段。要利用好多媒體這一有效的輔助教學(xué)工具。傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢該保留，如教師與學(xué)生之間富有人情味的交流、教師提問以活躍氛圍等。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)黑板板書相結(jié)合，教學(xué)效果會更好，也可改善學(xué)生長時間盯著大屏幕給眼睛帶來的不適。對一些發(fā)展動態(tài)等，可以播放多媒體課件讓學(xué)生快速瀏覽一遍，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.引入計算軟件，培養(yǎng)學(xué)生的電算能力。由于工程結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，隨著計算機(jī)計算速度的提高，模擬、分析軟件的功能增強(qiáng)，工程實踐中的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，已基本由電算取代了手算，學(xué)生工作后是否會用結(jié)構(gòu)分析軟件已成為衡量其業(yè)務(wù)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。因此，我們在教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行工程計算的能力，我們主要介紹的軟件有：①結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器。結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器面向教師、學(xué)生及工程技術(shù)人員，其求解內(nèi)容包括平面結(jié)構(gòu)的幾何組成分析、靜定及超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計算、影響線等經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中所涉及的問題，對于平面結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算，可繪制內(nèi)力圖，位移計算可繪制位移圖；平面結(jié)構(gòu)的自由振動分析可計算前若干階頻率，彈性穩(wěn)定分析可計算屈曲荷載，并可靜態(tài)或動畫顯示各階振型和失穩(wěn)模態(tài)。②MATLAB和Simulink。在超靜定結(jié)構(gòu)的力法、位移法教學(xué)中可以介紹MATLAB軟件，讓學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，通過簡單的編程，即可完成相關(guān)問題的內(nèi)力計算和內(nèi)力圖繪制，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣。在動力學(xué)教學(xué)中我們介紹了MATLAB軟件和其中的工具箱Simulink，主要是指導(dǎo)計算振動系統(tǒng)的自振頻率、阻尼、振型向量等動力特性，計算振動系統(tǒng)在簡諧荷載和一般荷載作用下的動力反應(yīng)，并把計算結(jié)果用圖形或動畫表示出來。③有限元計算軟件。有限單元法是常用的數(shù)值分析方法，它可有效地解決復(fù)雜的工程計算。土木工程行業(yè)常用的有限元軟件有ANSYS、ABAQUS、SAP、ADINA等。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中我們簡單介紹了它們的應(yīng)用。

4.以科研帶動教學(xué)，努力提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。教師在授課時介紹了李春設(shè)計建造的趙州橋，茅以升造橋、炸橋等故事，葛洲壩工程，上海的環(huán)球金融中心，奧運會主會場-“鳥巢”工程，世博會中國館等大型結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工，既增添了課程活力，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們在教學(xué)中還十分注意將最新科研成果和工程應(yīng)用融入教學(xué)，以科研帶動教學(xué)，提升教學(xué)層次。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程組成員先后主持、參與了國家和省部級基金項目8項，參與了十多項橫向課題的研究，如高鐵蘇州段技術(shù)支撐、泰州電廠及陳家港等電廠的鋼內(nèi)筒吊裝技術(shù)研究。通過這些工程應(yīng)用項目的研究，課程組成員可以深入淺出地將工程領(lǐng)域的技術(shù)問題融入到日常課堂教學(xué)中，不僅消除了學(xué)生對工程項目的畏懼心理，也直接激發(fā)了學(xué)生對書本知識的學(xué)習(xí)熱情和動力。課堂教學(xué)和課外研學(xué)有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生的知識應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。課程組十分注重指導(dǎo)學(xué)生將結(jié)構(gòu)力學(xué)知識應(yīng)用于大學(xué)生科研立項、大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃，提高他們的工程素質(zhì)和實踐能力。

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是土木工程的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對土木工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。我們只有不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革，才能穩(wěn)步提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生真正掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課及今后的實際工作打下良好的力學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng)出高素質(zhì)的、與時俱進(jìn)的土木工程專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈影，于桂蘭，徐艷秋，結(jié)構(gòu)力學(xué)研究性教學(xué)初探[J].高等建筑教育2011，20（3）：116-118.

[2]龍馭球，包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)教程（I）、（II）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]李秀梅，陳建芳.提高結(jié)構(gòu)力學(xué)多媒體教學(xué)效果的幾點建議[J].教育教學(xué)論壇，2011，（29）：200-202.

[4]陳曉燕.淺談“學(xué)為主體，教為主導(dǎo)”在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2009，（11）：171-173.

[5]李繼生，趙文菊.MATLAB在結(jié)構(gòu)力學(xué)計算和作圖中的應(yīng)用[J].邵陽學(xué)院學(xué)報（自然利學(xué)版），2011，8（1）：44-47.

[6]王德玲，沈疆海.計算軟件在結(jié)構(gòu)動力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009，（33）：253-254.

基金項目：江蘇大學(xué)“842工程”課程建設(shè)項目

作者簡介：胡白香（1964-），女，江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院教授，主要從事結(jié)構(gòu)力學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)及研究。