结构力学教学改革措施探讨

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  摘 要:结构力学是土木工程专业重要的基础课程,目前结构力学教学中存着教学内容多而学时少、教学手段偏离教学现状、学生学习困难、考试及格率低等多方面的问题。本文从教学实际情况出发,分析结构力学教学中存在的突出问题,从教学思路、教学手段、教学方法、课程考核、学科竞赛等几个方面提出改革措施,以促进结构力学教学的发展。
  关键词:结构力学;教学;改革;措施
  【中图分类号】 G642.0 【文献标识码】 B 【文章编号】 1671-8437(2015)01-0004-02
  结构力学作为土木工程专业重要的专业基础课,一直受到各教学单位高度重视,该课程理论性强、学生学习起来困难、考试通过率低,这是各教学单位的普遍现象。结构力学主要面向大土木专业方向的学生,教学中存在教学内容多而学时少的矛盾[1]、教学手段的选择问题[2]、教学方法创新的问题[3]、考试考核的问题[4]以及实践教学的开展问题[5]。本文从多年教学实际情况出发,分析结构力学教学中存在的突出问题,从教学思路、教学手段、教学方法、课程考核、学科竞赛等几个方面提出改革措施,以促进结构力学教学的发展。
  1 教学思路
  结构力学知识体系庞大,知识点环环相扣,在有限的学时内要想取得良好的效果,光靠教师的理论讲解和学生有限的练习是不够的,必须要改变这种学习模式。在理论教学过程中,教师要把握两条原则,一是注重基本概念及计算原理的讲解,二是要牢抓知识体系的主线。
  结构力学中基本概念较多,正确的定义、理解和区分基本概念既关系到求解结构内力与位移的方法,也关系到解决问题的技巧。以刚片这个概念为例,我们对刚片的定义是:结构体系中的几何不变部分,教学时我们应该明确几何不变部分包括单杆、几何不变杆系和基础三种基本形式,并且我们还应该明确基础在计算结构自由度时不计算在参数M(结构的自由度为3M-3R-2H-S)中,这样给学生下定义和传授计算原则时才不至于自相矛盾,学生解析问题时不至于无所适从。
  结构力学虽然教学内容很多,但是主线是十分明确的,静定结构内力计算是基础,它是静定结构位移计算的基础,力法是建立在静定结构位移计算之上的一种解超静定结构内力的方法,位移法是建立在力法之上的另一种解超静定结构内力的方法,矩阵位移法和渐近法则是建立在位移法之上的适应新时期工程设计的计算方法,再从前面所述的静力计算转到动力计算,整个知识体系的建立是循序渐进的。教学过程中要时常把主线问题提出来,让学生不至于深陷其中,盲然练习,不得其法。
  2 教学手段
  目前大多数教学单位实现了多媒体教学,多媒体动画和结构计算电算化是新时代的进步,但是在结构力学教学手段上过多地宣扬多媒体的作用有失偏颇。多媒体教学信息量大,教学节奏快,能较好地展现结构位移形态、动力效应和工程实例,这些是板书教学无法比拟的,但是全盘否定板书在力学教学中的地位也是不科学的。
  多媒体教学的诸多优点应该建立在教师基本功扎实、用心备课、潜心制作课件等基础之上,如果多媒体课件落入文字多、公式多、例题多的俗套中,教学犹如走马观花、教师讲课如复读机,则多媒体教学肯定是一种失败的教学手段。板书的优点是教师对教学速度控制自如,能较好地展现教师的功底,严谨的教学态度也容易带动学生学习积极性。正是由于两种手段各有利弊,教学过程中要把握好度,对重要的理论及计算公式,一定要坚持板书教学,计算例题应该尽量选择一些工程实例,通过多媒体展现计算成果。
  3 教学方法
  结构力学的教学方法侧重启发式教学,教学过程中要充分调动学生的主观能动性,可以从课前教育、课中启发、课后探索三个步骤实现这一目的。
  课前教育是指每学习新的章节之前对该章节在课程体系中的地位、该章节的主要内容、该部分知识在实际工程的应用进行介绍,让学生对整个学习的思路和学习的目的有一个大概了解,学习的积极性也会提高。
  课中启发是指讲解基本公式或计算规则时对一些容易陷入误区的问题引发一场讨论,例如在讲解位移法的基本未知量时,可引入线位移未知量判定方法的讨论,这个知识点是有一些不成文的窍门的,如果能引导学生自己领悟,教学效果肯定比教师直接灌输“口诀”好得多。
  课后探索就是指课后习题之外的一些发散性思维的问题,结构力学相比其他课程有灵活多变的特点,一个问题几种解决方法是比较常见的,用不同的方法解决问题的难易程度相差巨大,特别是几何组成分析、桁架的截面法、对称结构的半结构、动力方程的建立等都是技巧性较强的内容,教师传授一些普遍适用的“口诀”往往会碰到“不灵”的情况,引导学生课后去探索规律,从练习中总结经验是十分必要的。
  4 课程考核
  结构力学的考核方法基本没有多大的改革空间,一般教学单位采用的都是闭卷考试的方式,所不同的是平时考核和考试成绩所占的比例略有不同。针对此课程及格率低的情况,教师可根据学校要求适当提高平时成绩的比例,考试试卷难度应该兼顾学习成绩一般的学生,大面积不及格会挫伤学生的学习积极性。作为考研的核心专业课程,取消结构力学的闭卷考试模式是不妥的,随意放松对学生考试的要求无疑是教师不负责任的表现。
  5 学科竞赛
  实验教学或学科竞赛相比理论教学更容易引起学生的兴趣,目前主流的教学计划中并没有结构力学课程的实验教学计划,组织学科竞赛是提高教学效果的另一途径。理论力学和材料力学面向的专业面较宽,纳入到了每年举行的全国周培元力学竞赛中,学生参赛的积极性较高,体现了学科竞赛的重要作用。
  中南地区部分高校已经联合举办过几届结构力学竞赛,竞赛激发了学生的学习兴趣,也暴露出了教学中的问题,对教学的促进作用不言而喻,而高校内部院系专业多,想组织校级的此种比赛可能较难,可以尝试在教学系部举行结构力学竞赛。竞赛可每年下学期期初举行,一方面学生已经学完了结构力学课程,另一方面有竞赛意向的学生在暑期可做充分准备。
  依托每年举行的省级结构设计竞赛,可举办校级结构设计竞赛,一方面培养学生的动手能力,开拓学生思维,另一方面也为省级结构设计竞赛选拔选手,也可以突出结构力学在专业课程中的地位。
  此外,学习了矩阵位移法后学生对有限元计算原理有了初步认识。近年来,有一些学习能力强的学生尝试学习有限元计算软件,为了激发学生的学习积极性,可组织感兴趣的学生学习一些有限元软件,如:Midas civil、ANSYS或ABAQUS等,教师可在课外时间辅导。
  结构力学作为土木专业的重要基础课程,教学成果直接关系到学生未来发展,教学改革一直在探索中前行,本文对结构力学的教学思路、教学手段及教学方法等方面的一些思考是立足现实教学条件上的探索,要取得更好的教学效果,还需要不断深化课程体系改革。
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