李會(huì)軍，李宗利

摘 要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程、水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在工程結(jié)構(gòu)的方案選擇、設(shè)計(jì)中占有極為重要的地位。文章從結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題出發(fā)，提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”背景下改進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)的舉措。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2015）02-0004-03

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程、水利水電工程及相關(guān)專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，主要任務(wù)是研究桿系結(jié)構(gòu)（如梁、桁架、剛架、組合結(jié)構(gòu)和拱等）在外載、溫度、支座移動(dòng)等作用下的內(nèi)力、位移等;分析不同形式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和工程應(yīng)用;確定各類結(jié)構(gòu)的荷載傳遞路徑與承載能力;研究、提出各種新型結(jié)構(gòu)體系。其主要先修課有高數(shù)、理論力學(xué)和材料力學(xué)等，是后續(xù)“（水工）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”、“（水工）鋼結(jié)構(gòu)”、“高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”、“地基基礎(chǔ)”等專業(yè)課程及課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，在整個(gè)專業(yè)中占有非常重要的地位。長期實(shí)踐證明，學(xué)生具備扎實(shí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，利于對(duì)后續(xù)專業(yè)課內(nèi)容的掌握和理解。

目前大多院校的結(jié)構(gòu)力學(xué)課內(nèi)學(xué)時(shí)為60—80學(xué)時(shí)。該課程具有內(nèi)容多、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生普遍感覺理論不難，上課較易懂，但習(xí)題難做，不易上手。結(jié)構(gòu)力學(xué)題目靈活多變，如果學(xué)生材料力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)、學(xué)習(xí)方法不當(dāng)，要熟練掌握、靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)確實(shí)較難。本科院校的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”教學(xué)狀況仍不樂觀，學(xué)生曠課、遲到時(shí)有發(fā)生，上課心不在焉、偷偷玩手機(jī)，期末考試成績不甚理想[2-3]。在卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃啟動(dòng)的背景下，很多試點(diǎn)院校對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程改革進(jìn)行了嘗試與探索，并取得了一定成效，但仍存在一些問題亟待解決[4]。作者結(jié)合幾年來結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)經(jīng)歷、思考與總結(jié)，談?wù)劚鹃T課程的幾點(diǎn)教學(xué)體會(huì)。

一、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”教學(xué)的現(xiàn)存問題

（一）學(xué)生不重視

學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程沒有客觀、全面的了解，學(xué)習(xí)過程較茫然，自己沒有獨(dú)立的想法、看法與見解，不少學(xué)生所使用的教材有舊版、也有復(fù)印的，對(duì)該門課程重視程度不夠。教師講什么學(xué)什么，不會(huì)主動(dòng)翻閱未講授部分，下課更不會(huì)去學(xué)習(xí)、探究相關(guān)資料。還有學(xué)生認(rèn)為，目前數(shù)值計(jì)算方法發(fā)展迅速，各種力學(xué)計(jì)算軟件風(fēng)靡市場(chǎng)，用計(jì)算機(jī)能解決的問題何必徒手計(jì)算，忽略了結(jié)構(gòu)力學(xué)在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)、方案優(yōu)選、力流傳遞及后期計(jì)算結(jié)果校核中的重要性。這就要求教師在講課過程中，向?qū)W生滲透該門課程的重要性。

（二）開設(shè)課程過多，沒有足夠時(shí)間深入學(xué)習(xí)

目前，通識(shí)教育在國內(nèi)高校甚行，本科開設(shè)課程門數(shù)過多、學(xué)科過雜，這可從本科生的課表看出，導(dǎo)致學(xué)生沒有足夠的時(shí)間去深入學(xué)習(xí)、拓展專業(yè)知識(shí)，不少學(xué)生對(duì)各門課程學(xué)習(xí)不夠透徹、全面，不能領(lǐng)悟到其中的精髓。筆者在授課過程中發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)生在課堂上復(fù)習(xí)其他即將考試的課程，趕著做其他課程的作業(yè)，造成目前學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程知識(shí)掌握不夠深、不透徹。筆者利用課間時(shí)間詢問緣由，學(xué)生表示不是不想深入學(xué)習(xí)，而是課程太多、作業(yè)量大，沒有足夠的時(shí)間去復(fù)習(xí)、練習(xí)。這是目前本科教學(xué)改革的一個(gè)弊端。根據(jù)教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的基本要求[5]，結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，并且要有一定的課堂討論時(shí)間，要保證習(xí)題、作業(yè)的數(shù)量和質(zhì)量，保證學(xué)生有一定的上機(jī)時(shí)間?；诖?，教師可以利用課堂時(shí)間多講授一些典型例題，在課堂上就讓學(xué)生把所學(xué)知識(shí)消化掉。適度布置作業(yè)，不宜過多，但要精。在時(shí)間不允許的前提下，過多的作業(yè)會(huì)使得部分學(xué)生不得不去抄。

（三）課程難學(xué)，學(xué)生缺少興趣

該課程的特點(diǎn)是內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、計(jì)算過程煩瑣、方法技巧性要求高。學(xué)生普遍感到該課程難度大、枯燥，提不起興趣，這或許與學(xué)生沒有正確掌握其學(xué)習(xí)方法有關(guān)。再加上對(duì)該門課程認(rèn)識(shí)不夠、重視程度不足，沒有花足夠的時(shí)間復(fù)習(xí)與思考，對(duì)所學(xué)知識(shí)一知半解，沒有體會(huì)到解題樂趣，學(xué)習(xí)興趣不夠濃厚。教師在講課過程中可以通過風(fēng)趣的語言、有趣的算例、一題多解、不時(shí)提問等方式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。上課時(shí)可采用幽默風(fēng)趣的語言結(jié)合生活實(shí)例幫助學(xué)生理解，盡量營造一種輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍，從而提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效率。

（四）學(xué)生基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)困難

不少學(xué)生前期對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程（如材料力學(xué)、理論力學(xué)）重視程度不夠，先修課程成績差，導(dǎo)致學(xué)生感覺結(jié)構(gòu)力學(xué)難度大。授課過程中，筆者曾詢問結(jié)構(gòu)力學(xué)是否難學(xué)，學(xué)生的回答往往是前期材料力學(xué)課程沒學(xué)透，現(xiàn)在很多相關(guān)內(nèi)容聽不懂。針對(duì)此，在學(xué)習(xí)“靜定結(jié)構(gòu)的受力分析”之前，教師可以讓學(xué)生課前認(rèn)真復(fù)習(xí)一下材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)，如彎矩圖、剪力圖和軸力圖的繪制。這樣會(huì)大大改善學(xué)生的聽課效果。

（五）工程背景不清

在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的第一章，教材簡單講解了工程結(jié)構(gòu)力學(xué)模型簡化，如桁架結(jié)構(gòu)、剛架結(jié)構(gòu)及邊界約束的簡化。但在后續(xù)章節(jié)中很少涉及，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所計(jì)算結(jié)構(gòu)的工程背景不清，荷載由來不清，例如為什么剛架計(jì)算中分布荷載有時(shí)全跨布置，有時(shí)則半跨布置。在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算中，學(xué)生會(huì)計(jì)算結(jié)構(gòu)的位移，但不知道為什么要計(jì)算結(jié)構(gòu)的位移。教師在授課過程中，可以穿插相關(guān)專業(yè)背景知識(shí)，使學(xué)生有更深入、全面的認(rèn)識(shí)與理解。

二、改進(jìn)“結(jié)構(gòu)力學(xué)”教學(xué)的舉措

（一）精選教材內(nèi)容

結(jié)合我國高等院校擴(kuò)招后生源及培養(yǎng)目標(biāo)從精英教育轉(zhuǎn)向大眾教育的實(shí)際情況，在授課學(xué)時(shí)壓縮的情況下，就須提煉課程重點(diǎn)、精簡講課內(nèi)容，刪除與其他課程重復(fù)的內(nèi)容。在理論力學(xué)中已學(xué)過的桁架的內(nèi)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)力學(xué)無須花費(fèi)過多時(shí)間。矩陣位移法在該門課只有72/80學(xué)時(shí)的前提下沒有足夠的課時(shí)展開講，該內(nèi)容在有限單元法中對(duì)其有詳細(xì)介紹，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中不必講解。在材料力學(xué)中學(xué)過了靜定梁內(nèi)力圖的做法，結(jié)構(gòu)力學(xué)只需簡單帶過，側(cè)重一下不同點(diǎn)。結(jié)構(gòu)力學(xué)中的選學(xué)內(nèi)容是對(duì)基礎(chǔ)部分的進(jìn)一步深化和應(yīng)用，有時(shí)更為重要，因?yàn)槠渲泻芏鄡?nèi)容是后續(xù)課程（橋梁工程、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等）的重要基礎(chǔ)。例如，無鉸拱的內(nèi)力計(jì)算方法、包絡(luò)線的意義及工程應(yīng)用是橋梁工程的重要內(nèi)容。無剪力分配法、D 值法是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用的重要方法。教師根據(jù)學(xué)生專業(yè)的不同，講授內(nèi)容應(yīng)有所側(cè)重。

（二）注重與工程相結(jié)合，適當(dāng)增加科研成果

力學(xué)理論從工程中來，又要到工程中去。結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)離不開工程實(shí)際。結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行教學(xué)可以收到很好的效果。例如，在介紹支座、約束的具體形式時(shí)，可讓學(xué)生利用課余時(shí)間到體育館、橋梁、鋼廠房等具體結(jié)構(gòu)中觀察各種支座，了解其具體構(gòu)造與受力特點(diǎn)。

在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算章節(jié)中，當(dāng)梁的高跨比小于1/8—1/10時(shí)，這類一般梁可忽略剪切變形對(duì)位移的影響;但當(dāng)梁的高跨比較大，如為1/2時(shí)，深梁的剪切變形對(duì)位移的影響則不可忽略，在此可列舉工程中常見的轉(zhuǎn)換梁，其主要用于底層商場(chǎng)、上層住宅的底框架上剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻與底層框架連接處需設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，轉(zhuǎn)換梁就是常用的一種。教學(xué)中引入工程實(shí)例，使其獲得感性認(rèn)識(shí)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析章節(jié)中，主要闡明了結(jié)構(gòu)應(yīng)是幾何不可變體系。但千萬不要因?yàn)椤皫缀慰勺凅w系不能用作結(jié)構(gòu)”就把幾何可變體系當(dāng)成“廢物”，將它們排斥于視野之外，幾何可變體系并不總是“無用”[6]，有時(shí)人們會(huì)故意去掉幾何不變體系中部分必要約束，使它變成幾何可變體系，從而達(dá)到某種目的，例如可為施工帶來便利。許多大跨度空間結(jié)構(gòu)因跨度、高度與自重均較大，無論使用“高空散裝法”或在地面拼裝后整體吊裝都有困難。為克服該困難，人們想出了另一種施工方案：在地面組裝時(shí)暫不安裝某些部位的徑向桿（見圖1a），等組裝完成后，用液壓頂升的方法把結(jié)構(gòu)推舉到設(shè)計(jì)標(biāo)高（見圖1b），然后再連上先前未裝的徑向桿（見圖1c），這樣一個(gè)幾何可變的機(jī)構(gòu)被“鎖住”變成一個(gè)穩(wěn)定的幾何不變體系。在以上過程中，因?qū)⒔Y(jié)構(gòu)分解成為較小部件，給施工帶來了很大方便。以上例子所包含的概念是日本法政大學(xué)工學(xué)部教授川口衛(wèi)（Mamoru Kawaguchi）于1984年首次提出，稱為“攀達(dá)穹頂（Pantadome）”體系。此后，該體系又陸續(xù)成功應(yīng)用于多個(gè)大型空間鋼結(jié)構(gòu)。

（a）地面安裝，準(zhǔn)備提升

（b）提升過程中

（c）提升就位

圖1 ?“攀達(dá)穹頂”施工體系

（三）發(fā)揮多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

結(jié)構(gòu)力學(xué)中所講授的每種結(jié)構(gòu)形式（如梁、剛架、桁架和拱等）都可在實(shí)際工程中找到，因此，在對(duì)每種結(jié)構(gòu)形式受力分析前，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)直觀、生動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，搜集國內(nèi)外各類工程結(jié)構(gòu)圖片，并簡單介紹其設(shè)計(jì)背景，使學(xué)生對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式有直觀的感性認(rèn)識(shí)，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是現(xiàn)代教學(xué)手段的有效補(bǔ)充[7]，教師可將PPT課件、教學(xué)視頻、概念結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)資料上傳在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)之上，供學(xué)生學(xué)習(xí)，也可在其上答疑、布置作業(yè)等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提高了課堂利用效率，豐富了學(xué)習(xí)途徑。

（四）運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門理論性強(qiáng)、技巧性頗高的課程，教師可采用“啟發(fā)式”教學(xué)，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行問題設(shè)計(jì)，巧設(shè)懸念、“陷阱”等方法激發(fā)學(xué)生求知欲[8]，引導(dǎo)學(xué)生深入思考、理解問題。課后可以留一些思考題，供學(xué)生課后思考，學(xué)生帶著問題離開課堂，勤于思考的學(xué)生找到答案后會(huì)期盼回到下一節(jié)課堂。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過程中，由于該門課程技巧性要求頗高，教師可采用多種方法求解同一問題，啟發(fā)學(xué)生的思考模式。在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算章節(jié)中，單位荷載都是加在擬求位置之上，且方向與擬求位移一致。圖2所示為渡槽結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，忽略了側(cè)水壓力的作用，求C、D兩點(diǎn)的相對(duì)位移，EI為常數(shù)。一對(duì)單位荷載可分別相對(duì)或相背離地施加于C、D兩點(diǎn)上。此外，還可將單位力矩施加于A、B兩節(jié)點(diǎn)上，求出A、B兩截面相對(duì)轉(zhuǎn)角，確定了該相對(duì)轉(zhuǎn)角后，乘以AC或BD桿的長度h，即為A、B兩點(diǎn)的相對(duì)位移。二者計(jì)算結(jié)果相同。

圖2 ?渡槽相對(duì)位移的計(jì)算

再如擬求圖3a桁架桿a軸力?？刹捎霉?jié)點(diǎn)法，也可采用截面法進(jìn)行求解，而截面法更加便捷。

方法1：節(jié)點(diǎn)法。首先在節(jié)點(diǎn)F處應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法求得桿EF的軸力FP，然后再在節(jié)點(diǎn)E處應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法，在垂直于AD連線方向列力平衡，即可求得桿a的軸力，但a桿軸力在該方向分解時(shí)較麻煩，于是可尋求另一種求解方法——截面法。

方法2：截面法1[9]。作截面I-I，如圖3a，截?cái)?根桿，但因除桿a外其余桿件延長線交于A點(diǎn)，取I-I隔離體，將FN2移至B點(diǎn)分解，由∑MA可求出FN2的豎向分量，利用幾何關(guān)系，即可求出FN2。

方法3：截面法2。作截面II-II，如圖3b，同樣截?cái)?根桿，但因除桿a和桿EF（該桿軸力為FP）外其余桿件延長線交于D點(diǎn)，取II-II隔離體，將FN2移至B點(diǎn)分解，由∑MD可求出FN2的水平分量，利用幾何關(guān)系，亦可求出FN2。

（a）截面法一（b）截面法二

圖3 ?截面法求個(gè)別桿件內(nèi)力

（五）培養(yǎng)學(xué)生的電算能力

目前各種數(shù)值仿真軟件在工程結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析軟件的運(yùn)用能力也是該門課程的任務(wù)之一。在培養(yǎng)學(xué)生手算能力的同時(shí)，引入ANSYS等有限元軟件，電算配合手算，用電算檢驗(yàn)手算結(jié)果。讓學(xué)生應(yīng)用已學(xué)的VB、VC或Matlab等高級(jí)編程語言編寫計(jì)算程序?？蔀橐院蟮膶I(yè)課課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及工作奠定良好的基礎(chǔ)。

三、結(jié)論

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜且艱巨的任務(wù)，教學(xué)方法需要在實(shí)際教學(xué)中不斷探索、思考和發(fā)展。將課堂所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合，將力學(xué)原理的講授與數(shù)值計(jì)算的應(yīng)用相結(jié)合，才能收到更好的教學(xué)效果。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”大背景下優(yōu)化結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，發(fā)揮多媒體以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，可提高結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)效果。筆者結(jié)合幾年來結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)與工程實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)存問題及解決辦法進(jìn)行了探討，希望對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)提供新的方法與思路。

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（二）注重與工程相結(jié)合，適當(dāng)增加科研成果

力學(xué)理論從工程中來，又要到工程中去。結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)離不開工程實(shí)際。結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行教學(xué)可以收到很好的效果。例如，在介紹支座、約束的具體形式時(shí)，可讓學(xué)生利用課余時(shí)間到體育館、橋梁、鋼廠房等具體結(jié)構(gòu)中觀察各種支座，了解其具體構(gòu)造與受力特點(diǎn)。

在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算章節(jié)中，當(dāng)梁的高跨比小于1/8—1/10時(shí)，這類一般梁可忽略剪切變形對(duì)位移的影響;但當(dāng)梁的高跨比較大，如為1/2時(shí)，深梁的剪切變形對(duì)位移的影響則不可忽略，在此可列舉工程中常見的轉(zhuǎn)換梁，其主要用于底層商場(chǎng)、上層住宅的底框架上剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻與底層框架連接處需設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，轉(zhuǎn)換梁就是常用的一種。教學(xué)中引入工程實(shí)例，使其獲得感性認(rèn)識(shí)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析章節(jié)中，主要闡明了結(jié)構(gòu)應(yīng)是幾何不可變體系。但千萬不要因?yàn)椤皫缀慰勺凅w系不能用作結(jié)構(gòu)”就把幾何可變體系當(dāng)成“廢物”，將它們排斥于視野之外，幾何可變體系并不總是“無用”[6]，有時(shí)人們會(huì)故意去掉幾何不變體系中部分必要約束，使它變成幾何可變體系，從而達(dá)到某種目的，例如可為施工帶來便利。許多大跨度空間結(jié)構(gòu)因跨度、高度與自重均較大，無論使用“高空散裝法”或在地面拼裝后整體吊裝都有困難。為克服該困難，人們想出了另一種施工方案：在地面組裝時(shí)暫不安裝某些部位的徑向桿（見圖1a），等組裝完成后，用液壓頂升的方法把結(jié)構(gòu)推舉到設(shè)計(jì)標(biāo)高（見圖1b），然后再連上先前未裝的徑向桿（見圖1c），這樣一個(gè)幾何可變的機(jī)構(gòu)被“鎖住”變成一個(gè)穩(wěn)定的幾何不變體系。在以上過程中，因?qū)⒔Y(jié)構(gòu)分解成為較小部件，給施工帶來了很大方便。以上例子所包含的概念是日本法政大學(xué)工學(xué)部教授川口衛(wèi)（Mamoru Kawaguchi）于1984年首次提出，稱為“攀達(dá)穹頂（Pantadome）”體系。此后，該體系又陸續(xù)成功應(yīng)用于多個(gè)大型空間鋼結(jié)構(gòu)。

（a）地面安裝，準(zhǔn)備提升

（b）提升過程中

（c）提升就位

圖1 ?“攀達(dá)穹頂”施工體系

（三）發(fā)揮多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

結(jié)構(gòu)力學(xué)中所講授的每種結(jié)構(gòu)形式（如梁、剛架、桁架和拱等）都可在實(shí)際工程中找到，因此，在對(duì)每種結(jié)構(gòu)形式受力分析前，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)直觀、生動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，搜集國內(nèi)外各類工程結(jié)構(gòu)圖片，并簡單介紹其設(shè)計(jì)背景，使學(xué)生對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式有直觀的感性認(rèn)識(shí)，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是現(xiàn)代教學(xué)手段的有效補(bǔ)充[7]，教師可將PPT課件、教學(xué)視頻、概念結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)資料上傳在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)之上，供學(xué)生學(xué)習(xí)，也可在其上答疑、布置作業(yè)等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提高了課堂利用效率，豐富了學(xué)習(xí)途徑。

（四）運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門理論性強(qiáng)、技巧性頗高的課程，教師可采用“啟發(fā)式”教學(xué)，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行問題設(shè)計(jì)，巧設(shè)懸念、“陷阱”等方法激發(fā)學(xué)生求知欲[8]，引導(dǎo)學(xué)生深入思考、理解問題。課后可以留一些思考題，供學(xué)生課后思考，學(xué)生帶著問題離開課堂，勤于思考的學(xué)生找到答案后會(huì)期盼回到下一節(jié)課堂。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過程中，由于該門課程技巧性要求頗高，教師可采用多種方法求解同一問題，啟發(fā)學(xué)生的思考模式。在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算章節(jié)中，單位荷載都是加在擬求位置之上，且方向與擬求位移一致。圖2所示為渡槽結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，忽略了側(cè)水壓力的作用，求C、D兩點(diǎn)的相對(duì)位移，EI為常數(shù)。一對(duì)單位荷載可分別相對(duì)或相背離地施加于C、D兩點(diǎn)上。此外，還可將單位力矩施加于A、B兩節(jié)點(diǎn)上，求出A、B兩截面相對(duì)轉(zhuǎn)角，確定了該相對(duì)轉(zhuǎn)角后，乘以AC或BD桿的長度h，即為A、B兩點(diǎn)的相對(duì)位移。二者計(jì)算結(jié)果相同。

圖2 ?渡槽相對(duì)位移的計(jì)算

再如擬求圖3a桁架桿a軸力。可采用節(jié)點(diǎn)法，也可采用截面法進(jìn)行求解，而截面法更加便捷。

方法1：節(jié)點(diǎn)法。首先在節(jié)點(diǎn)F處應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法求得桿EF的軸力FP，然后再在節(jié)點(diǎn)E處應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法，在垂直于AD連線方向列力平衡，即可求得桿a的軸力，但a桿軸力在該方向分解時(shí)較麻煩，于是可尋求另一種求解方法——截面法。

方法2：截面法1[9]。作截面I-I，如圖3a，截?cái)?根桿，但因除桿a外其余桿件延長線交于A點(diǎn)，取I-I隔離體，將FN2移至B點(diǎn)分解，由∑MA可求出FN2的豎向分量，利用幾何關(guān)系，即可求出FN2。

方法3：截面法2。作截面II-II，如圖3b，同樣截?cái)?根桿，但因除桿a和桿EF（該桿軸力為FP）外其余桿件延長線交于D點(diǎn)，取II-II隔離體，將FN2移至B點(diǎn)分解，由∑MD可求出FN2的水平分量，利用幾何關(guān)系，亦可求出FN2。

（a）截面法一（b）截面法二

圖3 ?截面法求個(gè)別桿件內(nèi)力

（五）培養(yǎng)學(xué)生的電算能力

目前各種數(shù)值仿真軟件在工程結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析軟件的運(yùn)用能力也是該門課程的任務(wù)之一。在培養(yǎng)學(xué)生手算能力的同時(shí)，引入ANSYS等有限元軟件，電算配合手算，用電算檢驗(yàn)手算結(jié)果。讓學(xué)生應(yīng)用已學(xué)的VB、VC或Matlab等高級(jí)編程語言編寫計(jì)算程序?？蔀橐院蟮膶I(yè)課課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及工作奠定良好的基礎(chǔ)。

三、結(jié)論

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜且艱巨的任務(wù)，教學(xué)方法需要在實(shí)際教學(xué)中不斷探索、思考和發(fā)展。將課堂所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合，將力學(xué)原理的講授與數(shù)值計(jì)算的應(yīng)用相結(jié)合，才能收到更好的教學(xué)效果。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”大背景下優(yōu)化結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，發(fā)揮多媒體以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，可提高結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)效果。筆者結(jié)合幾年來結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)與工程實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)存問題及解決辦法進(jìn)行了探討，希望對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)提供新的方法與思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]周臻，陸金鈺，尹凌峰等.面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].2012，（4）.

[2]劉永軍，宋巖升，王宇.結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“四模塊體系”探索及實(shí)踐[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2012，（3）.

[3]劉新柱，王冬，潘佳卉.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)的工程力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，

2014，（1）.

[4]夏江濤.建筑學(xué)專業(yè)建筑力學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)探討[J].?黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2010，（11）.

[5]教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校理工科非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等

教育出版社，2012.

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

[7]賈杰.基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的材料力學(xué)課程教學(xué)改革[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2013，（5）.

[8]付果，彭旭龍.“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐探討[J].中國電力教育，2013，（10）.

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

（二）注重與工程相結(jié)合，適當(dāng)增加科研成果

力學(xué)理論從工程中來，又要到工程中去。結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)離不開工程實(shí)際。結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行教學(xué)可以收到很好的效果。例如，在介紹支座、約束的具體形式時(shí)，可讓學(xué)生利用課余時(shí)間到體育館、橋梁、鋼廠房等具體結(jié)構(gòu)中觀察各種支座，了解其具體構(gòu)造與受力特點(diǎn)。

在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算章節(jié)中，當(dāng)梁的高跨比小于1/8—1/10時(shí)，這類一般梁可忽略剪切變形對(duì)位移的影響;但當(dāng)梁的高跨比較大，如為1/2時(shí)，深梁的剪切變形對(duì)位移的影響則不可忽略，在此可列舉工程中常見的轉(zhuǎn)換梁，其主要用于底層商場(chǎng)、上層住宅的底框架上剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻與底層框架連接處需設(shè)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，轉(zhuǎn)換梁就是常用的一種。教學(xué)中引入工程實(shí)例，使其獲得感性認(rèn)識(shí)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析章節(jié)中，主要闡明了結(jié)構(gòu)應(yīng)是幾何不可變體系。但千萬不要因?yàn)椤皫缀慰勺凅w系不能用作結(jié)構(gòu)”就把幾何可變體系當(dāng)成“廢物”，將它們排斥于視野之外，幾何可變體系并不總是“無用”[6]，有時(shí)人們會(huì)故意去掉幾何不變體系中部分必要約束，使它變成幾何可變體系，從而達(dá)到某種目的，例如可為施工帶來便利。許多大跨度空間結(jié)構(gòu)因跨度、高度與自重均較大，無論使用“高空散裝法”或在地面拼裝后整體吊裝都有困難。為克服該困難，人們想出了另一種施工方案：在地面組裝時(shí)暫不安裝某些部位的徑向桿（見圖1a），等組裝完成后，用液壓頂升的方法把結(jié)構(gòu)推舉到設(shè)計(jì)標(biāo)高（見圖1b），然后再連上先前未裝的徑向桿（見圖1c），這樣一個(gè)幾何可變的機(jī)構(gòu)被“鎖住”變成一個(gè)穩(wěn)定的幾何不變體系。在以上過程中，因?qū)⒔Y(jié)構(gòu)分解成為較小部件，給施工帶來了很大方便。以上例子所包含的概念是日本法政大學(xué)工學(xué)部教授川口衛(wèi)（Mamoru Kawaguchi）于1984年首次提出，稱為“攀達(dá)穹頂（Pantadome）”體系。此后，該體系又陸續(xù)成功應(yīng)用于多個(gè)大型空間鋼結(jié)構(gòu)。

（a）地面安裝，準(zhǔn)備提升

（b）提升過程中

（c）提升就位

圖1 ?“攀達(dá)穹頂”施工體系

（三）發(fā)揮多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

結(jié)構(gòu)力學(xué)中所講授的每種結(jié)構(gòu)形式（如梁、剛架、桁架和拱等）都可在實(shí)際工程中找到，因此，在對(duì)每種結(jié)構(gòu)形式受力分析前，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)直觀、生動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，搜集國內(nèi)外各類工程結(jié)構(gòu)圖片，并簡單介紹其設(shè)計(jì)背景，使學(xué)生對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式有直觀的感性認(rèn)識(shí)，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是現(xiàn)代教學(xué)手段的有效補(bǔ)充[7]，教師可將PPT課件、教學(xué)視頻、概念結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)資料上傳在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)之上，供學(xué)生學(xué)習(xí)，也可在其上答疑、布置作業(yè)等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提高了課堂利用效率，豐富了學(xué)習(xí)途徑。

（四）運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門理論性強(qiáng)、技巧性頗高的課程，教師可采用“啟發(fā)式”教學(xué)，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行問題設(shè)計(jì)，巧設(shè)懸念、“陷阱”等方法激發(fā)學(xué)生求知欲[8]，引導(dǎo)學(xué)生深入思考、理解問題。課后可以留一些思考題，供學(xué)生課后思考，學(xué)生帶著問題離開課堂，勤于思考的學(xué)生找到答案后會(huì)期盼回到下一節(jié)課堂。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)過程中，由于該門課程技巧性要求頗高，教師可采用多種方法求解同一問題，啟發(fā)學(xué)生的思考模式。在結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算章節(jié)中，單位荷載都是加在擬求位置之上，且方向與擬求位移一致。圖2所示為渡槽結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，忽略了側(cè)水壓力的作用，求C、D兩點(diǎn)的相對(duì)位移，EI為常數(shù)。一對(duì)單位荷載可分別相對(duì)或相背離地施加于C、D兩點(diǎn)上。此外，還可將單位力矩施加于A、B兩節(jié)點(diǎn)上，求出A、B兩截面相對(duì)轉(zhuǎn)角，確定了該相對(duì)轉(zhuǎn)角后，乘以AC或BD桿的長度h，即為A、B兩點(diǎn)的相對(duì)位移。二者計(jì)算結(jié)果相同。

圖2 ?渡槽相對(duì)位移的計(jì)算

再如擬求圖3a桁架桿a軸力?？刹捎霉?jié)點(diǎn)法，也可采用截面法進(jìn)行求解，而截面法更加便捷。

方法1：節(jié)點(diǎn)法。首先在節(jié)點(diǎn)F處應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法求得桿EF的軸力FP，然后再在節(jié)點(diǎn)E處應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法，在垂直于AD連線方向列力平衡，即可求得桿a的軸力，但a桿軸力在該方向分解時(shí)較麻煩，于是可尋求另一種求解方法——截面法。

方法2：截面法1[9]。作截面I-I，如圖3a，截?cái)?根桿，但因除桿a外其余桿件延長線交于A點(diǎn)，取I-I隔離體，將FN2移至B點(diǎn)分解，由∑MA可求出FN2的豎向分量，利用幾何關(guān)系，即可求出FN2。

方法3：截面法2。作截面II-II，如圖3b，同樣截?cái)?根桿，但因除桿a和桿EF（該桿軸力為FP）外其余桿件延長線交于D點(diǎn)，取II-II隔離體，將FN2移至B點(diǎn)分解，由∑MD可求出FN2的水平分量，利用幾何關(guān)系，亦可求出FN2。

（a）截面法一（b）截面法二

圖3 ?截面法求個(gè)別桿件內(nèi)力

（五）培養(yǎng)學(xué)生的電算能力

目前各種數(shù)值仿真軟件在工程結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析軟件的運(yùn)用能力也是該門課程的任務(wù)之一。在培養(yǎng)學(xué)生手算能力的同時(shí)，引入ANSYS等有限元軟件，電算配合手算，用電算檢驗(yàn)手算結(jié)果。讓學(xué)生應(yīng)用已學(xué)的VB、VC或Matlab等高級(jí)編程語言編寫計(jì)算程序?？蔀橐院蟮膶I(yè)課課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及工作奠定良好的基礎(chǔ)。

三、結(jié)論

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜且艱巨的任務(wù)，教學(xué)方法需要在實(shí)際教學(xué)中不斷探索、思考和發(fā)展。將課堂所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合，將力學(xué)原理的講授與數(shù)值計(jì)算的應(yīng)用相結(jié)合，才能收到更好的教學(xué)效果。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”大背景下優(yōu)化結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，發(fā)揮多媒體以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，可提高結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)效果。筆者結(jié)合幾年來結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)與工程實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)存問題及解決辦法進(jìn)行了探討，希望對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)提供新的方法與思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]周臻，陸金鈺，尹凌峰等.面向卓越土木工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].2012，（4）.

[2]劉永軍，宋巖升，王宇.結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“四模塊體系”探索及實(shí)踐[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2012，（3）.

[3]劉新柱，王冬，潘佳卉.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)的工程力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，

2014，（1）.

[4]夏江濤.建筑學(xué)專業(yè)建筑力學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)探討[J].?黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2010，（11）.

[5]教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校理工科非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等

教育出版社，2012.

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

[7]賈杰.基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的材料力學(xué)課程教學(xué)改革[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2013，（5）.

[8]付果，彭旭龍.“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐探討[J].中國電力教育，2013，（10）.

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