周臻 陸金鈺 尹凌峰 謬志偉

摘要：文章分析了結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)在卓越土木工程師培養(yǎng)中的重要地位及存在的不足，指出了結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革的目標(biāo)和思路，結(jié)合教學(xué)實踐提出了引入趣味結(jié)構(gòu)力學(xué)知識、融入工程背景及典型案例分析、開展結(jié)構(gòu)力學(xué)課外知識講座、進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作4項具體措施。通過調(diào)查反饋對改革措施和效果進(jìn)行了實證分析，并從優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、開展系列專題講座和構(gòu)建研學(xué)實踐平臺3個方面提出了教學(xué)改革設(shè)想。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；卓越工程師；教學(xué)改革

中圖分類號：TU311；G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909(2012)04-0074-04

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確提出：將“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”列為未來10年內(nèi)中國全日制工科高等教育的重大改革項目［1］。土木工程是工科中的傳統(tǒng)專業(yè)與基礎(chǔ)專業(yè)，其內(nèi)容涵蓋建筑、橋梁、地下空間等方向，構(gòu)成了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最重要的行業(yè)。如何順應(yīng)國際高等教育的發(fā)展趨勢與工科高等教育的發(fā)展需求，在未來10年內(nèi)成功實施土木工程行業(yè)的“卓越工程師”計劃，培養(yǎng)大批高質(zhì)量土木工程技術(shù)人才，已成為目前土木工程教育亟待解決的問題。

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革的必要性

在土木工程專業(yè)課程設(shè)置體系中，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程具有不容置疑的重要地位，是聯(lián)系基礎(chǔ)力學(xué)課程與工程設(shè)計課程的紐帶，是從力學(xué)基本理論過渡到工程實際應(yīng)用的重要橋梁［2］。在各個高等工科院校土木工程專業(yè)的教學(xué)計劃中，均將結(jié)構(gòu)力學(xué)視為最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時也是大部分高校招收土木工程專業(yè)研究生時重點考試和考察的課程。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的定量計算和求解能力，這在計算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)尚不發(fā)達(dá)的情況下值得肯定。但隨著結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的突飛猛進(jìn)，工程實際中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的定量分析大多借助于專用的分析軟件和先進(jìn)的數(shù)值計算方法進(jìn)行，在此背景下，精確的定量計算和求解能力并不是衡量一名優(yōu)秀土木工程師的最重要依據(jù)［2］。實際工程中需要的更應(yīng)是力學(xué)概念清楚、工程思維

性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新意識濃厚的優(yōu)秀技術(shù)人員。換言之，能夠?qū)⒘W(xué)概念與實際工程進(jìn)行緊密聯(lián)系、有效融合，進(jìn)而在概念分析基礎(chǔ)上進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的卓越土木工程師。這恰好與“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”中“強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力”特點和要求高度吻合。

為適應(yīng)卓越土木工程師培養(yǎng)需求，應(yīng)在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革，適度弱化計算能力方面的培養(yǎng)，突出概念分析與工程思維能力培養(yǎng)，并探索出適合、有效的教學(xué)方式，以形成集知識性、趣味性、工程性和思維性于一體的面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)創(chuàng)新性教學(xué)模式。

二、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革思路與實踐

基于以上分析，筆者認(rèn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革應(yīng)以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為基礎(chǔ)，圍繞力學(xué)基本概念及其科學(xué)運(yùn)用這條主線，以工程實踐為背景，工程思維與創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為根本目標(biāo)。為此，在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教材內(nèi)容與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，筆者在教學(xué)實踐中嘗試引入了如下改革舉措。

(一)引入趣味性結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)容

針對經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教材內(nèi)容中的主要概念，融入了相關(guān)的一些趣味性知識內(nèi)容(如表1)，以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

(二)分析工程背景及典型案例

結(jié)合各章知識點和基本力學(xué)概念，在導(dǎo)入新知識內(nèi)容前，通過圖片、視頻和動畫等動態(tài)元素，創(chuàng)設(shè)實際工程情境，從而引出本部分教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的工程任務(wù)，以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。在相關(guān)理論知識點講解完畢，通過典型的工程案例分析進(jìn)行強(qiáng)化，讓學(xué)生在潛移默化中將工程思維滲透到結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中。各教學(xué)章節(jié)部分相關(guān)工程背景舉例如表2。

(三)開展結(jié)構(gòu)力學(xué)課外知識講座

邀請學(xué)校名師開展了“怎樣學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)”的學(xué)習(xí)方法講座；邀請外校名師開展了“卓越工程師概念分析能力的培養(yǎng)”的課外研學(xué)講座；邀請課程組教師開展了“結(jié)構(gòu)力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)”的前沿知識講座。通過知識講座拓展了學(xué)生的思維眼界，豐富了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，促使學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)與工程實際的聯(lián)系進(jìn)行深入思考。

(四) 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作

為提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的應(yīng)用和工程實踐能力，在課外教學(xué)中引入了結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作。首先，針對結(jié)構(gòu)在移動荷載作用下的受力分析，要求學(xué)生根據(jù)命題要求，利用有機(jī)玻璃設(shè)計和制作橋梁結(jié)構(gòu)，并通過手拉小車施加移動荷載。此外，針對近年來全球范圍內(nèi)地震頻發(fā)所導(dǎo)致的大量工程結(jié)構(gòu)事故，要求學(xué)生利用木材制作一個多層房屋結(jié)構(gòu)，在各層通過鐵塊施加附加質(zhì)量，并通過實驗室振動臺施加汶川地震荷載，讓學(xué)生近距離感受地震對于結(jié)構(gòu)的破壞作用，初步了解如何通過合理的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識設(shè)計具有良好抗震性能的工程結(jié)構(gòu)。

三、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革措施和效果的實證分析

在初步實施上述教學(xué)改革思路后，發(fā)放問卷，了解學(xué)生對改革措施和效果的反應(yīng)（表3）。82.5%的學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)很有趣，但同時66.25%的學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)難懂，這

充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)力學(xué)趣味性較強(qiáng)但同時對思維性亦要求較高的特征；絕大部分學(xué)生認(rèn)為各項改革舉措都有必要，其中對趣味知識、工程背景和模型實踐的需求最為突出；82.5%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)改革有助提高學(xué)習(xí)興趣，75%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)改革對學(xué)習(xí)有幫助，同時對于教學(xué)的總體滿意率為97.5%，教學(xué)改革取得了初步成效。

四、改革設(shè)想

(一) 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

由表3調(diào)查結(jié)果可知，學(xué)生對于結(jié)構(gòu)力學(xué)的趣味和工程知識有較大需求，但目前的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)課時較為有限，兩者之間存在一定矛盾。如何優(yōu)化經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，使之與趣味性和工程性補(bǔ)充知識有效融合，讓學(xué)生在掌握基本力學(xué)概念的基礎(chǔ)上，充分增加學(xué)習(xí)興趣，鍛煉工程思維能力，也是進(jìn)一步改革的重點。

(二) 開展系列專題講座

表3調(diào)查結(jié)果中有70%的學(xué)生覺得有必要開展課外講座，但仍明顯低于其他三項改革舉措，這與初次開展結(jié)構(gòu)力學(xué)講座的主題針對性不強(qiáng)、系統(tǒng)性不夠有關(guān)。在進(jìn)一步的改革舉措中，應(yīng)針對教學(xué)過程中學(xué)生感興趣的主題，由淺入深、分層次開展系列專題講座，以進(jìn)一步提高講座效果。

(三) 構(gòu)建研學(xué)實踐平臺

表3調(diào)查結(jié)果中有41.25%的學(xué)生認(rèn)為在課外引入結(jié)構(gòu)模型實踐很有必要，居4項改革措施之首。這充分體現(xiàn)了學(xué)生對工程研學(xué)實踐的渴望。但目前引入的結(jié)構(gòu)模型實踐仍以集中和教師命題式為主，開展的時間和形式有一定局限性，還不能充分鍛煉概念應(yīng)用和工程實踐能力。在今后的教學(xué)改革中，應(yīng)著重構(gòu)建柔性開放式結(jié)構(gòu)力學(xué)研學(xué)實踐平臺，針對教學(xué)內(nèi)容設(shè)計多個模擬工程實踐項目，供學(xué)生自主選題并可隨時開展研學(xué)活動，使學(xué)生將力學(xué)概念與工程實踐的聯(lián)系常態(tài)化，從而真正實現(xiàn)工程思維能力與創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

げ慰嘉南祝邯

［1］ 林健.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標(biāo)準(zhǔn)研制［J］.高等工程教育研究,2010(4): 21-29.

［2］ 周臻,尹凌峰,繆志偉.基于首要教學(xué)原理的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程重構(gòu)［J］.高等建筑教育,2011(5): 59-64.

［3］ 黃達(dá)海,郭全全.概念結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

［4］ 單建.趣味結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社,2008.

［5］ 朱慈勉,張偉平.結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.2版.北京:高等教育出版社,2009.

［6］ 朱慈勉,郭志剛,張偉平.概念力學(xué)分析中的延拓方法［J］.力學(xué)與實踐,2011,33(4): 61-62.

［7］ 龍馭球,包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)I—基本教程［M］.2版.北京:高等教育出版社,2006.

お

Teaching reform and practice of structural mechanics owards eminent civil engineer training

ZHOU Zhen, LU Jinyu, YIN Lingfeng, MIAO Zhiwei

(School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, P. R. China)

Abstract： The importance and deficiency of structural mechanics teaching in eminent civil engineer training is analyzed. The objective and thought of structural mechanics teaching is presented, and four concrete and practical teaching measures are advised, including introducing interesting structural mechanics knowledge, incorporating engineering background and typical example analysis, organizing extra-curriculum knowledge lectures, and developing structural model design activity. The reform effect is analyzed through investigation feedback. The further teaching reform scheme is presented through three aspects: optimizing course teaching content, developing series special topic lectures, and constructing research and study practice platform.

Keywords： structural mechanics; eminent engineer; teaching reform

ぃū嗉 梁遠(yuǎn)華）