孫旭峰 陶陽(yáng)

摘 要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，是聯(lián)系基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際應(yīng)用的橋梁和紐帶。由于其概念性和靈活性較強(qiáng)，所以學(xué)生普遍反映要將這門課程學(xué)深學(xué)透存在一定困難。針對(duì)這一現(xiàn)象，各高校對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的研究多致力于整體層面上教學(xué)方法、教學(xué)手段的創(chuàng)新。然而在當(dāng)前寬口徑人才培養(yǎng)模式的大環(huán)境下，用人單位和學(xué)生自身發(fā)展的需求實(shí)際上是存在明顯差異的。文章基于我校結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，分別從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體系等四個(gè)方面，論述了結(jié)構(gòu)力學(xué)差異化課程體系的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)了在滿足課程教學(xué)基本要求的前提下，更好地達(dá)到用人單位和學(xué)生自身發(fā)展差異化需求的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：土木工程；寬口徑人才培養(yǎng)；結(jié)構(gòu)力學(xué)；差異化

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）22-0085-03

Abstract： Structure mechanics is an important foundation course in Civil Engineering， which is the bridge between the basic theory and the application knowledge. Due to its difficult concept and high flexibility， many students think that it's the most difficult course for them to learn. In order to solve this problem， many colleges pay attention to reform on teaching methods and learning techniques from the overall level. Though in fact， under the circumstance of wide-scope talents training mode， the demand is obviously different for the employing unit and the students themselves. Based on practice， and from the aspect of teaching idea， teaching content， teaching method and evaluation system， the article discussed the differentiating course system construction of structure mechanics. Under this system， different demands can be met for the employing unit and the students themselves， while the basic requirements of the course can be also reached.

Keywords： Civil Engineering； wide-scope talents cultivation； structure mechanics； differentiation

在土木工程專業(yè)的課程體系中，結(jié)構(gòu)力學(xué)具有不容置疑的重要地位，它是聯(lián)系基礎(chǔ)力學(xué)課程（理論力學(xué)和材料力學(xué)）與工程設(shè)計(jì)課程（工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橋梁結(jié)構(gòu)、工程結(jié)構(gòu)抗震等）的紐帶，是使學(xué)生從力學(xué)基本理論過渡到工程實(shí)際應(yīng)用的重要橋梁。因此，在各高等工科院校土木工程專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，均將結(jié)構(gòu)力學(xué)視為最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革，目前各高校多致力于教學(xué)方法、教學(xué)手段以及如何與專業(yè)課程更好地結(jié)合等方面的研究。如東南大學(xué)[1]基于首要教學(xué)原理提出的SSBfm“一個(gè)中心、四個(gè)階段和八個(gè)支持”的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)了聯(lián)系實(shí)際、加強(qiáng)教學(xué)設(shè)計(jì)、重視學(xué)生主體、提升實(shí)踐訓(xùn)練等理念。中國(guó)石油大學(xué)[2]則提出應(yīng)在教學(xué)過程中著重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力、自學(xué)能力、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。華北水利水電學(xué)院[3]、江蘇大學(xué)[4]等院校結(jié)合卓越工程師的培養(yǎng)定位探討了提高學(xué)生綜合能力的有效方法和途徑。還有部分研究則聚焦如何定位多媒體在教學(xué)過程中的作用、如何提升其使用效果，以及Maple、Matlab等軟件在教學(xué)過程中的應(yīng)用等。

綜上所述，目前各種結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教改研究多側(cè)重于如何使其更好地服務(wù)于整個(gè)土木工程課程教學(xué)體系，以及如何進(jìn)一步提升課堂教學(xué)效率等問題。而實(shí)際上在寬口徑人才培養(yǎng)模式的大環(huán)境中，用人單位對(duì)于學(xué)生的需求定位，以及學(xué)生自身的發(fā)展定位是多種多樣的，所以對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)這樣的專業(yè)基礎(chǔ)課，其需求也應(yīng)該是個(gè)性化、分層次的?；诖?，我校自2016年開始，在土木工程專業(yè)中開展了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的差異化教學(xué)，總結(jié)三年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，筆者將從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體系等四個(gè)方面，探討寬口徑人才培養(yǎng)模式下結(jié)構(gòu)力學(xué)的差異化課程體系構(gòu)建。

一、差異化的教學(xué)理念

在土木工程專業(yè)中，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的差異化需求主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是用人單位，二是學(xué)生自身的發(fā)展。

首先，從用人單位的角度看，從事勘察、施工、管理等工作對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的要求主要是結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖以及力學(xué)定性分析，從事設(shè)計(jì)工作則要求計(jì)算簡(jiǎn)圖和一般的力學(xué)計(jì)算分析，而從事開發(fā)研究則需要深厚的力學(xué)功底，要會(huì)解決較難的力學(xué)問題。

其次，從學(xué)生的自身發(fā)展需求看，對(duì)于沒有進(jìn)一步深造要求的同學(xué)來(lái)說(shuō)，掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理、基本方法、基本求解過程，能達(dá)到理解結(jié)構(gòu)求解過程的物理含義并能正確求解力學(xué)問題的目的就可以了。而對(duì)于需要進(jìn)一步深造的同學(xué)來(lái)說(shuō)，則需要在深刻理解基本概念的基礎(chǔ)上，能達(dá)到綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，靈活而熟練地求解綜合性和難度較高結(jié)構(gòu)力學(xué)問題的目的。

在目前一刀切的教學(xué)模式中，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、考核標(biāo)準(zhǔn)都是統(tǒng)一的。在這種教學(xué)模式下，對(duì)于畢業(yè)后直接進(jìn)入用人單位的同學(xué)來(lái)說(shuō)，部分授課內(nèi)容要求偏高，并且不能讓他們對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和定性分析有進(jìn)一步深刻的認(rèn)識(shí)，從而使其在就業(yè)后競(jìng)爭(zhēng)力不足，不能滿足用人單位的需要。而對(duì)于需要進(jìn)一步深造的同學(xué)來(lái)說(shuō)，有限課時(shí)內(nèi)的大眾化課堂講授又滿足不了其對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)難題求解和綜合分析能力培養(yǎng)的需要，從而影響他們?cè)谘锌己蜕钤爝^程中的競(jìng)爭(zhēng)力。

所以，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)中建立差異化教學(xué)理念無(wú)論是對(duì)用人單位的需求，還是對(duì)學(xué)生的自身需求而言都是十分必要的。

二、差異化的教學(xué)內(nèi)容

在當(dāng)前強(qiáng)調(diào)通識(shí)教育的環(huán)境下，各專業(yè)課程的學(xué)分學(xué)時(shí)都被不同程度地壓縮了，所以將差異化的教學(xué)寄希望于課內(nèi)有限的時(shí)間是不現(xiàn)實(shí)的。依據(jù)教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的《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》（以下簡(jiǎn)稱《基本要求》），課內(nèi)時(shí)間應(yīng)被充分用于《基本要求》中必修基本部分重點(diǎn)要求掌握內(nèi)容的教學(xué)，如表1所示，詳細(xì)闡述結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理、基本方法、基本求解過程以及基本求解過程的物理含義，并留出一定的課堂練習(xí)和討論的時(shí)間。

這里需要說(shuō)明的是，在表1中，因?yàn)楹芏鄬W(xué)校將“結(jié)構(gòu)矩陣分析”一章單獨(dú)以《計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)》或《有限元法》開課，所以未予列入。

依據(jù)差異化需求，相應(yīng)的差異化教學(xué)內(nèi)容可分為面向應(yīng)用和面向研究?jī)蓚€(gè)方向：

1. 應(yīng)用方向

這部分教學(xué)內(nèi)容面向工程應(yīng)用，可結(jié)合工程實(shí)例在以下一些方面作進(jìn)一步深入講解：

首先是二維和三維結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，包括構(gòu)件、結(jié)點(diǎn)、支座、荷載等的簡(jiǎn)化。其中，構(gòu)件簡(jiǎn)化可以包含梁、板、殼、索、膜等，并可講解剛域的概念和應(yīng)用；結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化可包括剛結(jié)、鉸結(jié)、彈性連接及其對(duì)應(yīng)的實(shí)際構(gòu)造；支座簡(jiǎn)化可講解支座結(jié)點(diǎn)的自由度及其約束的施加，可包括彈性支座的概念、實(shí)際構(gòu)造及應(yīng)用；荷載則可以介紹工程中各種實(shí)際荷載的等效簡(jiǎn)化。在講解計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，還可以結(jié)合計(jì)算軟件的應(yīng)用教學(xué)（如結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、sap2000、midas等），通過計(jì)算比較進(jìn)一步理解主應(yīng)力、次應(yīng)力的概念以及計(jì)算簡(jiǎn)圖的尺度概念等。

其次是靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的特性，可結(jié)合計(jì)算軟件的參數(shù)化建模，讓學(xué)生自行探究靜力解答的唯一性、非荷載因素的影響、平衡力系及荷載等效變換的影響、超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力反力與材料及截面特性的關(guān)系、靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的受力性能比較、不同矢跨比及結(jié)構(gòu)型式的受力比較等。

可以結(jié)合具體工程算例，如腳手架、框架結(jié)構(gòu)、門剛廠房等，介紹一些計(jì)算軟件的簡(jiǎn)單應(yīng)用，講解靜力分析、影響線、臨界荷載、自振特性、動(dòng)力時(shí)程分析的求解方法。

2. 研究方向

這部分教學(xué)內(nèi)容面向?qū)W生考研，各章節(jié)應(yīng)在表2所示的內(nèi)容方面予以補(bǔ)充和強(qiáng)化。此外，還需補(bǔ)充結(jié)構(gòu)的極限荷載、結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定等兩個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。

三、差異化的教學(xué)方法

差異化教學(xué)可以利用課余、答疑、競(jìng)賽等課外時(shí)間，并結(jié)合學(xué)生的自主探究進(jìn)行。

其中，應(yīng)用方向可以考慮與土木工程創(chuàng)新競(jìng)賽相結(jié)合。事實(shí)上，在“雙創(chuàng)”的大背景下，各高校都越來(lái)越重視大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐和學(xué)科競(jìng)賽，并且很多高校還為此設(shè)立了創(chuàng)新學(xué)分。但在指導(dǎo)實(shí)踐中作者發(fā)現(xiàn)，由于創(chuàng)新學(xué)分一般不設(shè)立相關(guān)課程，所以很多學(xué)生在參加土木工程創(chuàng)新競(jìng)賽時(shí)都不知道該如何進(jìn)行計(jì)算，或者是僅憑自己去摸索，所做的計(jì)算書大都很不規(guī)范。從這個(gè)方面講，結(jié)構(gòu)力學(xué)差異化的應(yīng)用教學(xué)部分與土木工程創(chuàng)新競(jìng)賽的計(jì)算書教學(xué)，其目標(biāo)是一致的。自2016年開始，我校即利用課余時(shí)間單獨(dú)開設(shè)了一定學(xué)時(shí)的課程，對(duì)參加創(chuàng)新競(jìng)賽的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)。筆者利用這一機(jī)會(huì)，將其與結(jié)構(gòu)力學(xué)的差異化教學(xué)相結(jié)合，取得了非常理想的教學(xué)效果，既達(dá)到了培訓(xùn)目的，反過來(lái)又促進(jìn)了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念的全面理解。

結(jié)構(gòu)力學(xué)差異化的研究教學(xué)則可以利用課余和答疑時(shí)間通過逐步深入的習(xí)題訓(xùn)練和思路講解達(dá)到解題技巧的強(qiáng)化。這部分內(nèi)容可在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生的自我探究為主，教師則主要負(fù)責(zé)內(nèi)容劃定、參考教材推薦、學(xué)習(xí)計(jì)劃指導(dǎo)、思路點(diǎn)撥、答疑解惑等。

四、差異化的評(píng)價(jià)體系

結(jié)構(gòu)力學(xué)的差異化教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)在評(píng)價(jià)指標(biāo)中，否則難以達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)可由兩部分構(gòu)成，一部分體現(xiàn)大綱《基本要求》的學(xué)習(xí)效果，占60%～70%，另一部分則體現(xiàn)差異化教學(xué)的學(xué)習(xí)效果，占比30%～40%。

其中，《基本要求》的評(píng)價(jià)可由期末考試和平時(shí)成績(jī)構(gòu)成，這和傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方式相一致，而差異化教學(xué)的評(píng)價(jià)則可以采用不同形式。對(duì)于應(yīng)用方向，可以讓學(xué)生對(duì)一個(gè)給定的工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)圖和受力分析，也可以結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競(jìng)賽，讓學(xué)生對(duì)自己的作品進(jìn)行受力分析，并據(jù)此給出等級(jí)評(píng)價(jià)。對(duì)于研究方向，則可以針對(duì)補(bǔ)充和強(qiáng)化的內(nèi)容，單獨(dú)給出一份試卷對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，并據(jù)此給出等級(jí)評(píng)價(jià)。

五、結(jié)束語(yǔ)

作為土木工程專業(yè)最為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)必須探索如何去適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。結(jié)構(gòu)力學(xué)差異化課程體系的構(gòu)建，就是針對(duì)寬口徑人才培養(yǎng)模式的一種積極探索和實(shí)踐，這種構(gòu)建綜合考慮了課時(shí)資源、課堂效率、用人單位以及學(xué)生自身發(fā)展的需求，將有限的課內(nèi)時(shí)間充分應(yīng)用于《基本要求》的內(nèi)容講解，同時(shí)利用課余時(shí)間并結(jié)合創(chuàng)新競(jìng)賽，給學(xué)生提供應(yīng)用方向和研究方向的差異化選項(xiàng)，使其能依據(jù)自身需求進(jìn)行選擇。

需要指出的是，雖然差異化課程體系不占用課內(nèi)時(shí)間，但差異化教學(xué)必然會(huì)大幅增加教師的工作量，故此建議實(shí)施學(xué)校應(yīng)制定相關(guān)政策，將這部分工作量考慮在內(nèi)，以激勵(lì)教師為寬口徑人才培養(yǎng)模式而實(shí)踐的積極性和熱情。

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