劉京紅， 祝 捷， 何洪明， 杜光乾

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北保定071001；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083）

改進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法 提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

劉京紅1， 祝 捷2， 何洪明1， 杜光乾1

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北保定071001；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083）

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是聯(lián)系基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)的橋梁。結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)目的是為學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)階段提供理論基礎(chǔ)，為學(xué)生在將來工作中解決工程問題提供計(jì)算工具，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到土木工程專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生綜合能力的提高。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，通過各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)改變學(xué)生的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和完善自我的能力，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，為學(xué)生以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)和創(chuàng)業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方法；綜合能力

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是一門結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)的課程［1］；是聯(lián)系基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)的橋梁［2］。結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)目的是為學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)階段提供理論基礎(chǔ)，在將來的實(shí)際工作中解決工程問題提供計(jì)算方法。故結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到土木工程專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生綜合能力的提高。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中，教師必須堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，積極優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，增強(qiáng)學(xué)生從業(yè)從教的實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型的優(yōu)質(zhì)合格人才。

結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木工程等工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目的不但要求學(xué)生熟練掌握書本上講授的理論知識(shí)，還要求學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論知識(shí)去解決工程中實(shí)際存在的問題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的形式越來越多，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算也日益復(fù)雜。如何在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，成為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)任務(wù)。提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，作者認(rèn)為應(yīng)從以下方面考慮：

一、整合教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的能力

隨著計(jì)算機(jī)的普及，結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程內(nèi)容也由單純的手算演變?yōu)槭炙愫碗娝愕慕Y(jié)合。在掌握手算為主的基本理論的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)研究已成為必然趨勢(shì)。為了培養(yǎng)適應(yīng)型人才，結(jié)構(gòu)力學(xué)教研組整合和重組了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程體系。將結(jié)構(gòu)力學(xué)課程體系劃分為經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)專題和定性結(jié)構(gòu)力學(xué)4個(gè)模塊。經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)由原來的適于手算的結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論知識(shí)和基本解題方法組成，側(cè)重于結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，是整個(gè)結(jié)構(gòu)力學(xué)新體系的基礎(chǔ)。計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)主要包括矩陣位移法的相關(guān)內(nèi)容，教學(xué)目的為培養(yǎng)學(xué)生基于結(jié)構(gòu)力學(xué)基本理論進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模能力、使用常用結(jié)構(gòu)軟件和數(shù)值分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算的能力。結(jié)構(gòu)力學(xué)專題包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力、穩(wěn)定計(jì)算、結(jié)構(gòu)極限荷載及塑性分析。定性結(jié)構(gòu)力學(xué)著重于對(duì)計(jì)算所得數(shù)據(jù)和電算結(jié)果等迅速做出綜合分析和判斷的能力。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容不僅應(yīng)滿足學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的要求，也應(yīng)重點(diǎn)考慮學(xué)生畢業(yè)后所從事專業(yè)工作、新項(xiàng)目開發(fā)研究、繼續(xù)學(xué)習(xí)的要求。以此為目的，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中主張“以學(xué)生為中心”，即把結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)從基本理論知識(shí)的傳授，轉(zhuǎn)移到學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)上。按照土木工程專業(yè)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的培養(yǎng)目標(biāo)［3，4］，經(jīng)多次研究討論，結(jié)構(gòu)力學(xué)課題組教師修改并制定了土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)大綱。在新的課程體系下，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)按照“厚、精、現(xiàn)、新”（厚基本理論、精選內(nèi)容、現(xiàn)代化教學(xué)手段應(yīng)用、新知識(shí)和新成果納入教學(xué)內(nèi)容）的原則，整合課程內(nèi)容，形成自己的特色。

二、運(yùn)用互動(dòng)式教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力

在信息時(shí)代，知識(shí)更新周期越來越短，大學(xué)所學(xué)的知識(shí)很快會(huì)過時(shí)。具備自學(xué)能力，就可以不斷的為自己充電。具備自學(xué)能力、能不斷為自己進(jìn)行知識(shí)充電的工程師，也正是社會(huì)的需求所在。因此，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，對(duì)他們走向工作崗位后及時(shí)補(bǔ)充業(yè)務(wù)新知識(shí)，提高崗位競(jìng)爭(zhēng)力是非常必要的。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容較多，與先修的理論力學(xué)、材料力學(xué)課程聯(lián)系緊密，學(xué)生普遍感到比較難學(xué)。而且如果不適當(dāng)把握結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)方法，則很容易讓很多學(xué)生的學(xué)習(xí)成為“被動(dòng)學(xué)習(xí)”。為幫助學(xué)生把“被動(dòng)學(xué)習(xí)”變成“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，任課教師除了適當(dāng)增加分析討論課之外，還在平時(shí)的教學(xué)中引入啟發(fā)式教學(xué)，教師在課堂上盡量把每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性都調(diào)動(dòng)起來，為課堂留出討論時(shí)間讓學(xué)生積極討論，引導(dǎo)學(xué)生從中不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、獨(dú)自思考，嘗試解決問題的途徑和方法。比如在瞬變體系的講解中，先講概念，瞬變體系原本是一種幾何可變體系，經(jīng)過微小的幾何位移后，系統(tǒng)變?yōu)榈膸缀尾蛔凅w系，這樣的體系被稱為瞬態(tài)系統(tǒng)。如圖1（a）中，當(dāng)鏈桿1與鏈桿2共線，A點(diǎn)可以沿?、?，?、虻墓芯€方向發(fā)生運(yùn)動(dòng)，此時(shí)體系是幾何可變的。當(dāng)A點(diǎn)沿切線方向位移至鏈桿1與鏈桿2不再共線，如圖1（b）所示，則體系變?yōu)閹缀尾蛔凅w系，這樣的體系被稱為瞬變系統(tǒng)。教師可以在解釋完瞬變體系的概念后提問：“瞬變系統(tǒng)是否可用于結(jié)構(gòu)呢？”讓學(xué)生討論兩分鐘。學(xué)生們的討論結(jié)果一定會(huì)有兩種：可以用作結(jié)構(gòu)或不可以用作結(jié)構(gòu)?？梢赃x出兩名代表，分別闡明他們認(rèn)為瞬變體系能用作結(jié)構(gòu)或不能用作結(jié)構(gòu)的理由。然后教師進(jìn)行瞬變體系的的內(nèi)力分析，并以內(nèi)力分析的結(jié)果告訴學(xué)生，瞬變體系在很小的荷載的作用下可以產(chǎn)生巨大的桿件內(nèi)力，造成桿件的強(qiáng)度破壞，故幾何瞬變體系絕對(duì)不能作為結(jié)構(gòu)使用，只有幾何不變體系才能作為建筑結(jié)構(gòu)使用。這樣，通過啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)，幫助學(xué)生把“被動(dòng)學(xué)習(xí)”變成“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，不但激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使他們對(duì)瞬變體系有了更深入的理解，而且也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維。

圖1 瞬變體系示意圖

在啟發(fā)式教學(xué)過程中，老師引出的問題要由淺入深，使學(xué)生能在熟知的知識(shí)中學(xué)到新的方法和知識(shí)。避免直接闡述課本外的較難理解的與之相關(guān)的內(nèi)容。同時(shí)，教師要對(duì)在啟發(fā)式教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行總結(jié)和歸納，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)前后融會(huì)貫通。

三、理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力

土木工程專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)之后大部分要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)施工等方面的工作，因此，建立正確的力學(xué)概念，掌握分析方法的基本原理應(yīng)是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的基本目的。

結(jié)構(gòu)力學(xué)中的計(jì)算主要是在結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖上進(jìn)行的，學(xué)生不容易建立實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算簡(jiǎn)圖之間的聯(lián)系，因此在教學(xué)過程應(yīng)注意介紹工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題以及如何將實(shí)際結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的過程，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手處理實(shí)際工程結(jié)構(gòu)問題。從身邊的建筑講起，實(shí)際結(jié)構(gòu)如何選取結(jié)構(gòu)力學(xué)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖受力分析、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力方法的選擇計(jì)算到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，安全性的判定等等，把各種結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖的創(chuàng)建與實(shí)際建筑物進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生做到學(xué)以致用。鼓勵(lì)學(xué)生到施工現(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)習(xí)，加深對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的理解，以便把書中所講的計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際建筑物對(duì)應(yīng)起來進(jìn)行計(jì)算；通過對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了他們發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，訓(xùn)練了他們的創(chuàng)造性思維，使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)“活”起來。

四、引入科技新成果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

教學(xué)與科研是一種互動(dòng)互長(zhǎng)關(guān)系。錢偉長(zhǎng)院士說：“教學(xué)沒有科研作底蘊(yùn)，就是一種沒有觀點(diǎn)的教育，沒有靈魂的教育”［5］。沒有創(chuàng)新精神的教師，不可能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的人才。高等學(xué)校工科專業(yè)的教學(xué)必須和科研相聯(lián)系，如果教師不搞科研，教師知識(shí)更新慢，就無法把本專業(yè)科技前沿的知識(shí)傳達(dá)給學(xué)生，達(dá)不到理想的教學(xué)水平；如果教師不能站在學(xué)科前沿，就培養(yǎng)不出具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的學(xué)生。同樣，教學(xué)對(duì)科研也是非常有幫助的。教學(xué)的過程，其實(shí)就是再學(xué)習(xí)和再思考的過程。清華大學(xué)袁駟教授正是通過教學(xué)與科研的相長(zhǎng)關(guān)系［6］，在教學(xué)中發(fā)掘和開辟出了多項(xiàng)學(xué)科前沿新課題和新領(lǐng)域，取得了豐碩成果。在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中，教師給學(xué)生介紹本學(xué)科的研究成果時(shí)，要注意學(xué)生的接受能力，盡量結(jié)合所學(xué)的知識(shí)用簡(jiǎn)單的方法講清問題的實(shí)質(zhì)，讓學(xué)生覺得自己有能力去進(jìn)一步研究這個(gè)項(xiàng)目、應(yīng)用這個(gè)成果，而且讓學(xué)生覺得這個(gè)成果是聯(lián)系基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)學(xué)習(xí)的橋梁，讓學(xué)生感覺到很想通過學(xué)習(xí)來參與到項(xiàng)目的研究中去，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生應(yīng)用科研成果的創(chuàng)業(yè)能力。

五、提高課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方式仍是教學(xué)的主導(dǎo)方式。在傳統(tǒng)教學(xué)方式下，教師可以控制推導(dǎo)公式的快慢節(jié)奏，能用簡(jiǎn)單的計(jì)算簡(jiǎn)圖和精煉的話語把某個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)力學(xué)問題分析清楚透徹，在講課過程中可以邊講理論邊繪圖，突出教學(xué)重點(diǎn)。教師可以及時(shí)從學(xué)生在課堂反應(yīng)中了解學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容理解的程度、哪里出現(xiàn)的難題及原因等，并可及時(shí)采取適當(dāng)?shù)姆椒▉斫鉀Q問題，發(fā)揮教師的主導(dǎo)性。使得學(xué)生可以與教師思維同步，及時(shí)掌握所學(xué)的內(nèi)容，這對(duì)提高結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)效果起著至關(guān)重要的作用，也是任何現(xiàn)代技術(shù)所無法代替的。

但在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容增加而學(xué)時(shí)數(shù)縮減的現(xiàn)實(shí)下，單純使用信息量小的傳統(tǒng)教學(xué)方法的確難以滿足培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的實(shí)踐創(chuàng)新型人才的要求。所以有必要采取多媒體教學(xué)方式作為結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)的輔助手段。對(duì)于那些比較抽象、難以用語言描述清楚的教學(xué)內(nèi)容，采用動(dòng)態(tài)視頻、動(dòng)畫、照片和聲音等來進(jìn)行講解，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，幫助他們更好地理解和接受結(jié)構(gòu)力學(xué)的概念和原理。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中所講授的每一種結(jié)構(gòu)類型都可以在實(shí)際的土木工程結(jié)構(gòu)中找到很好的例子。因此，在講解每一種結(jié)構(gòu)類型之前，搜集國(guó)內(nèi)外屬于此種結(jié)構(gòu)類型的著名結(jié)構(gòu)圖片或身邊的結(jié)構(gòu)照片，對(duì)該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)背景或設(shè)計(jì)者加以簡(jiǎn)單介紹，使學(xué)生對(duì)該種結(jié)構(gòu)形式有直觀的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

只有合理利用多媒體和板書，課堂才能真正地生動(dòng)起來，學(xué)生才能真正成為教學(xué)的主體，積極參與到課堂教學(xué)中來。教師應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)手段，在課堂講授中，不論選擇哪種教學(xué)手段，一定要充分發(fā)揮教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，多媒體只是一種輔助性的教學(xué)手段。只有將教師的主導(dǎo)性與多媒體的輔助性結(jié)合起來，才能使兩者在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，取得良好的教學(xué)效果。

總之，結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力意義深遠(yuǎn)。結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程內(nèi)容和教學(xué)目的應(yīng)服務(wù)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。對(duì)于工科院校的應(yīng)用型人才培養(yǎng)，應(yīng)特別注意增強(qiáng)畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)業(yè)能力，因此，在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中，必須堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，大力加強(qiáng)教學(xué)改革工作，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生的全面可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 劉京紅，何洪明，高宗章，等.結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力研究［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)林教育版），2008（1）：56－58.

［2］ 龍馭球，包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［3］ 劉鳴，王新華，賈紅英.從土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)看結(jié)構(gòu)力學(xué)課程建設(shè)［J］.高等建筑教育，2006（3）：67－70.

［4］ 胡曉光.論結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革中學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)［J］.黑龍江高等教育研究，2005（9）：104－105.

［5］ 錢偉長(zhǎng).談教師創(chuàng)新與學(xué)生創(chuàng)新的關(guān)系［J］.群言，2002（209）：1.

［6］ 袁駟.一個(gè)基礎(chǔ)兩座大廈［J］.力學(xué)與實(shí)踐，1998（4）：56－58.

On improving students′extensive ability in the reform ofStructureMechanicsteaching based on the scientific outlook on development

LIU Jing－h(huán)ong1，ZHU Jie2，HE Hong－ming1，DU Guang－qian1
（1.College of Urban and Rural Construction，Agricultural University of Hebei，Baoding 071001，China；
2.School of Mechanics ＆Civil Engineering，China University of Mining ＆Technology，Beijing 100083，China）

StructuralMechanicsis one important special basic course of civil engineering specialty and is the bridge contacting basic theory and the professional knowledge.The learning aim ofStructuralMechanicsare not only acquiring rationale for study specialized course in college stage but also provides one kind of the implement for the students to resolve in the project problem in their future actual work.The quality ofStructuralMechanicsteaching has direct impact on the follow－up special course study and impact on improving extensive synthetical ability of students.It also has signicance to the students′extensive ability include learning ability，practical ability，innovation ability and perfect oneself ability based on scientific outlook on development through improving everyStructuralMechanicsteaching segment.It could stimulate the students′integrated development that is to lay down a fine basis for students＇later study and their career.

structural mechanics；teaching method；extensive ability

G 642.0

A

1008－6927（2011）03－0339－03

2011－04－19

河北省教學(xué)創(chuàng)新高地建設(shè)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目（土木工程專業(yè)）；河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第七批教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：10－B14）；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：K100601）資助。

劉京紅（1975－），女，博士，副教授，從事結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)與結(jié)構(gòu)研究。

（

劉雪春）