蔡?hào)|升 劉榮桂

摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程大類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)土木工程大類專業(yè)復(fù)合型人才教學(xué)計(jì)劃體系中起著承上啟下的重要作用。在“大土木”背景下，從結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科體系出發(fā)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及政策導(dǎo)向等方面進(jìn)行分析探討，以促進(jìn)教學(xué)方法的改革。

關(guān)鍵詞：土木工程大類專業(yè)；結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：TU311；G6420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909(2012)04-0062-04

1998年10月教育部頒布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》，將原土木建筑類的8個(gè)專業(yè)(建筑工程專業(yè)、交通土建工程專業(yè)、城鎮(zhèn)建設(shè)專業(yè)(部分)、礦山建設(shè)專業(yè)、工業(yè)設(shè)備安裝工程專業(yè)、涉外建筑工程專業(yè)、飯店工程專業(yè)、土木工程專業(yè))合并為土木工程專業(yè)。土木工程學(xué)科由20世紀(jì)50年代較窄的專業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦摹按笸聊尽蹦Ｊ?，現(xiàn)今的“大土木”范疇并不是以前土木工程相關(guān)專業(yè)的簡(jiǎn)單歸并與重復(fù)，而是更高意義上的整合和擴(kuò)展，文章稱之為“土木工程大類專業(yè)”。同時(shí)，伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與市場(chǎng)化程度日益深化，土木工程類企業(yè)參與國(guó)際市場(chǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，對(duì)土木工程大類專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求。土木工程大類專業(yè)人才培養(yǎng)一直以來(lái)存在“?！迸c“通”的矛盾，即專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才和復(fù)合型人才培養(yǎng)的矛盾［1］。

目前，相關(guān)教育管理部門、各高校及學(xué)者基本形成共識(shí)：土木工程大類專業(yè)人才的培養(yǎng)應(yīng)“強(qiáng)基礎(chǔ)、寬口徑、多方向”。其中，“強(qiáng)基礎(chǔ)”是“寬口徑、多方向”的前提，國(guó)內(nèi)開設(shè)土木工程大類專業(yè)的高校學(xué)制4年的總學(xué)時(shí)一般控制在2 500學(xué)時(shí)左右,公共平臺(tái)課（含公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課及人文社科選修課）占教學(xué)計(jì)劃總學(xué)時(shí)的80%，約2 000學(xué)時(shí)，基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)時(shí)較為充裕，能較好地滿足土木工程大類專業(yè)復(fù)合型人才“強(qiáng)基礎(chǔ)”的培養(yǎng)要求。國(guó)外土木工程大類專業(yè)特別注重力學(xué)類課程的學(xué)習(xí)，如：密歇根州立大學(xué)力學(xué)類課程為17學(xué)分，占總學(xué)分(128學(xué)分)的13%；佛羅里達(dá)大學(xué)力學(xué)類課程26學(xué)分，占總學(xué)分(131學(xué)分)的20%；威斯康星麥迪遜大學(xué)力學(xué)類課程24學(xué)分，占總學(xué)分(125學(xué)分)的19%；南加利福尼亞大學(xué)力學(xué)類課程21學(xué)分，占總學(xué)分(135學(xué)分)的16%。力學(xué)類課程在總學(xué)分中所占的比重高是“強(qiáng)基礎(chǔ)”的充分體現(xiàn)［2］。需要強(qiáng)調(diào)的是：基礎(chǔ)課根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)要求,重在讓學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)理論?；A(chǔ)教學(xué)不僅應(yīng)從專業(yè)教育的需要來(lái)考慮，還應(yīng)著眼于學(xué)生今后的發(fā)展，為“寬專業(yè)”的培養(yǎng)目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律、工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)力學(xué)任務(wù)是：研究工程結(jié)構(gòu)在外載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等規(guī)律；分析不同形式和不同材料的工程結(jié)構(gòu)，為工程設(shè)計(jì)提供分析方法和計(jì)算公式；確定工程結(jié)構(gòu)承受和傳遞外力的能力；研究和發(fā)展新型工程結(jié)構(gòu)。作為土木工程大類專業(yè)承接專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要課程，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程歷來(lái)受到各高校、教學(xué)管理部門及專業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)的重視。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)江蘇分會(huì)于2011年組織舉辦了江蘇省高校首屆土木工程青年教師講課競(jìng)賽，結(jié)構(gòu)力學(xué)作為四門競(jìng)賽課程之一，江蘇省大部分土木工程類院校都安排青年教師參加，是參賽人數(shù)最多的課程，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的重要性。隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,以及力學(xué)解題方法的增加和計(jì)算機(jī)的普及,結(jié)構(gòu)力學(xué)涉及的內(nèi)容越來(lái)越多。同時(shí),由于中國(guó)高校本科專業(yè)的調(diào)整、壓縮,相關(guān)課程學(xué)時(shí)的減少，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)把結(jié)構(gòu)力學(xué)教好,以及如何合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法以適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展和現(xiàn)實(shí)的需要,就顯得尤為重要。但目前在“大土木”背景下有關(guān)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)探討還不夠充分，文章從結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科體系出發(fā)，從課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法幾個(gè)方面探討了“大土木”背景下結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)工作。

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科體系

結(jié)構(gòu)力學(xué)根據(jù)研究性質(zhì)和對(duì)象的不同分為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論，結(jié)構(gòu)斷裂、疲勞理論，桿系結(jié)構(gòu)理論，薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論等。

結(jié)構(gòu)靜力學(xué)主要研究工程結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的彈塑性變形和應(yīng)力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題，是結(jié)構(gòu)力學(xué)其他分支學(xué)科的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是研究工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下的響應(yīng)和性能的分支學(xué)科，由于涉及時(shí)間因素，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容一般比結(jié)構(gòu)靜力學(xué)復(fù)雜。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論是研究工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分支，主要研究細(xì)桿、薄板和薄殼在受壓時(shí)應(yīng)力小于屈服極限的情況下發(fā)生失穩(wěn)(皺損或曲屈)的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)斷裂和疲勞理論是研究因工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋在外載荷作用下擴(kuò)展引起斷裂破壞，或在幅值較小的交變載荷作用下引起疲勞破壞的學(xué)科。另外在對(duì)各種工程結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)驗(yàn)研究中，針對(duì)研究對(duì)象的維度差別還形成了桿系結(jié)構(gòu)理論、薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論三類。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，又涌現(xiàn)出夾層結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)［3］。

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門古老且如今發(fā)展迅速的學(xué)科，新型工程材料和新型工程結(jié)構(gòu)的大量涌現(xiàn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)提供了新的研究?jī)?nèi)容并提出了新的要求。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為結(jié)構(gòu)力學(xué)提供了有力的計(jì)算工具。結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)及其他學(xué)科的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用，如有限元法這一數(shù)學(xué)方法的出現(xiàn)和發(fā)展就與結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究有密切關(guān)系。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革探討

目前的土木工程大類專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容根據(jù)其研究性質(zhì)和對(duì)象的不同主要由三部分組成，分別是結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論。以結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)為主，涉及少量結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論。主要教學(xué)內(nèi)容大致可分為兩類，一類是針對(duì)全體學(xué)生以鞏固力學(xué)基礎(chǔ)和分析、解決問(wèn)題的能力為目的，要求熟練掌握。包括幾何組成分析,靜定結(jié)構(gòu)的受力分析,影響線,荷載、溫度、支座移動(dòng)作用下的位移計(jì)算, 超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算方法（力法、位移法,力矩分配法、矩陣位移法），結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算基礎(chǔ)等力學(xué)經(jīng)典內(nèi)容［4］。另一類是延伸學(xué)習(xí)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)位移計(jì)算中的溫度作用下的位移計(jì)算、變形體的虛功原理、用力法計(jì)算求解超靜定的桁架和組合結(jié)構(gòu)，兩鉸拱、無(wú)鉸拱、支座移動(dòng)和溫度改變時(shí)的計(jì)算，超靜定結(jié)構(gòu)位移的計(jì)算，無(wú)剪力分配法、力矩分配法與位移法的聯(lián)合應(yīng)用，迭代法、超靜定結(jié)構(gòu)的影響線、多自由度體系及無(wú)限自由度體系的振動(dòng)，能量法求自振頻率、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算、結(jié)構(gòu)的塑性分析和極限荷載等內(nèi)容［5］。課時(shí)分配一般根據(jù)專業(yè)情況有所區(qū)別，如江蘇大學(xué)對(duì)結(jié)構(gòu)類土木工程大類專業(yè)如土木建筑、交通土建分兩學(xué)期進(jìn)行，分設(shè)結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)兩門課程，課時(shí)都為45學(xué)時(shí)，共計(jì)6學(xué)分，非結(jié)構(gòu)類土木工程大類專業(yè)如工程管理、交通工程等為一學(xué)期，課時(shí)為45學(xué)時(shí)，計(jì)3個(gè)學(xué)分。

從教學(xué)內(nèi)容上看，結(jié)構(gòu)類專業(yè)基本包括了上述結(jié)構(gòu)力學(xué)的大部分教學(xué)內(nèi)容，而非結(jié)構(gòu)類專業(yè)在動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定理論上涉及較少，共同的教學(xué)內(nèi)容為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算分析理論及其應(yīng)用。筆者認(rèn)為現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容基本能滿足不同專業(yè)對(duì)力學(xué)知識(shí)的要求。但對(duì)非結(jié)構(gòu)類土木工程大類專業(yè)學(xué)生而言，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容偏少，不利于“大土木”背景下復(fù)合型人才的培養(yǎng)；現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容與后續(xù)專業(yè)課的聯(lián)系不夠緊密，尤其是課程內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范存在較嚴(yán)重的脫節(jié)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)上的作用荷載敘述不多；計(jì)算機(jī)的普及,以“手算”方法為主體的理論教學(xué)內(nèi)容,同當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況明顯脫節(jié),滯后于現(xiàn)實(shí)需要。為適應(yīng)21世紀(jì)的教學(xué)需要,電算應(yīng)成為其主要計(jì)算手段，而現(xiàn)有的課程內(nèi)容未能較好地體現(xiàn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的關(guān)系。

改革現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容，將土木工程大類專業(yè)分設(shè)兩門課程，即結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)理論和工程結(jié)構(gòu)力學(xué)。對(duì)于非結(jié)構(gòu)類專業(yè)，可以只設(shè)置結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)理論。相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容及安排見表1所示。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法探討

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程理論性、邏輯性較強(qiáng)，概念抽象，公式推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，在教學(xué)過(guò)程中若偏重于理論的直接導(dǎo)入，容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣降低，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)的主動(dòng)性差［6］。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，合適的教學(xué)方法尤為重要。文章認(rèn)為可采用以下的教學(xué)方法以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（一）結(jié)合生活中的常見結(jié)構(gòu)與工程實(shí)際進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)

在教學(xué)過(guò)程中采用結(jié)合實(shí)例、案例的啟發(fā)式教學(xué)方法是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效途徑。教學(xué)過(guò)程中，注意引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際生活中的現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的相關(guān)問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，先分析實(shí)際問(wèn)題，再提出其中的力學(xué)問(wèn)題，進(jìn)而引入力學(xué)原理進(jìn)行分析計(jì)算，最后再返回去解決實(shí)際問(wèn)題。如在講解幾何組成分析時(shí)，自由度概念可通過(guò)“開著的教室門是否自由”，“關(guān)著的教室門是否自由”，“學(xué)生的桌子是否自由”，“學(xué)生是否自由”等類似與生活直接相關(guān)的問(wèn)題引入，進(jìn)而分析其原因，導(dǎo)入課程重點(diǎn)、桿件的平面自由度、空間自由度的概念。又如講解拱結(jié)構(gòu)的合理拱軸概念時(shí)，筆者選取了實(shí)際工程中的典型拱結(jié)構(gòu)工程圖片進(jìn)行展示，其中一幅是趙州橋的圖片，拋出“作為橋梁鼻祖、世界土木工程里程碑的趙州橋?yàn)槭裁茨芤倭⒅两瘛钡膯?wèn)題，再引入合理拱軸的概念及其分析、計(jì)算方法。

（二）讓學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，將其作為教學(xué)的主體

根據(jù)課程內(nèi)容，在啟發(fā)式教學(xué)的基礎(chǔ)上，采用課堂講解、課堂討論、課堂習(xí)題等多樣化的教學(xué)方式進(jìn)行課程內(nèi)容的傳授。為讓學(xué)生能切實(shí)參與實(shí)際教學(xué)過(guò)程，可布置一些課程內(nèi)容讓學(xué)生試講和討論。為讓盡可能多的學(xué)生參與課程內(nèi)容的討論，可將4～6名學(xué)生分為一組，分析討論試講的內(nèi)容是否正確、清楚，是否理解了相應(yīng)的課堂內(nèi)容，有無(wú)補(bǔ)充等問(wèn)題。最后由教師進(jìn)行教學(xué)點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，以達(dá)到課堂教學(xué)目標(biāo)。安排習(xí)題課以鞏固理論知識(shí),習(xí)題課可選擇多個(gè)典型題,要求只討論分析求解思路,不進(jìn)行具體的解算,以培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，具體計(jì)算結(jié)果可由學(xué)生課后完成并以作業(yè)的方式上交。

四、政策導(dǎo)向促進(jìn)教師教學(xué)方法的改革

教師是實(shí)現(xiàn)教學(xué)計(jì)劃、人才培養(yǎng)目標(biāo)的主要執(zhí)行者，其教學(xué)行為直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量和高校的聲譽(yù)。由于目前高校對(duì)教師的評(píng)價(jià)體系存在“重科研”現(xiàn)象，教師的職務(wù)晉升與科研成果（課題、論文）直接掛鉤，而與教學(xué)關(guān)系不大。教師在教學(xué)上只需滿足基本工作量即可，教學(xué)水平的評(píng)價(jià)結(jié)果與職務(wù)晉升的關(guān)系不夠明確，使部分教師輕視教學(xué)。為保證教學(xué)效果，應(yīng)要求教師精心備課，明確講課重點(diǎn)、突出難點(diǎn)，盡量采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷改進(jìn)教學(xué)方法；認(rèn)真批改作業(yè), 輔導(dǎo)答疑,及時(shí)了解并解決教學(xué)中存在的問(wèn)題；實(shí)行教考分離，考試均用試題庫(kù)A、B卷及標(biāo)準(zhǔn)答案,流水批卷；對(duì)考核結(jié)果及時(shí)作出分析，提出改進(jìn)意見。根據(jù)期中課程教學(xué)情況、院系期中教學(xué)檢查情況和學(xué)生反饋,提出改進(jìn)措施；期末總結(jié)本學(xué)期教學(xué)情況及考試情況,并對(duì)下次開課提出看法；平時(shí)不定期組織聽課、教研活動(dòng)和撰寫教研論文。通過(guò)上述措施規(guī)范教師的基本教學(xué)行為，保證教學(xué)質(zhì)量。最后，對(duì)教學(xué)效果優(yōu)良的教師應(yīng)予以適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)，同時(shí)在職務(wù)晉升政策上與教學(xué)效果掛鉤，以提高教師改革教學(xué)方法的積極性，重視教學(xué)，為高校的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程大類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)土木工程大類專業(yè)復(fù)合型人才教學(xué)計(jì)劃體系中起著承上啟下的重要作用。在“大土木”背景下，文章從結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科體系出發(fā)，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法及如何促進(jìn)教師教學(xué)方法的改革方面進(jìn)行了一定的探討，以期為“大土木”背景下如何更好地培養(yǎng)土木工程大類專業(yè)復(fù)合型人才提供參考、討論。需要指出的是，結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革是一項(xiàng)極具復(fù)雜性、系統(tǒng)性的工程,其內(nèi)容與方法也在不斷地變化,需要在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中不斷探索和發(fā)展。お

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お

Teaching of structure mechanics for civil engineering specicalty

CAI Dongsheng, LIU Ronggui

(Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, Jiangsu, P. R. China)

Abstract： Structure mechanics is an important professional basic course in civil engineering specialty, it is important to connect the preceding with the following in teaching plan system of talent training for civil engineering specialty.Under big civil engineering background, beginning from the subject system of structural mechanics, some discussions of reforming teaching content, teaching method and the policy to promote teaching method reform was made in this paper.

Keywords：civil engineering specialty; structural mechanics；teaching content； teaching method

ぃū嗉 詹燕平）