结构力学课程教学探究

[摘 要]结构力学是一门重要的专业基础课.结构力学课程重视和坚持基本知识、基本理论和基本技能（即“三基”）的教学,加强规律总结分析法等其他辅助方法的教学；结合课程的特点合理使用多媒体,采用电算与手算相结合、理论与实际结合的教学手段,取得了良好的教学效果和达到了预期的教学目的.

[关 键 词]结构力学“三基”教学方法教学手段

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2013）19-0089-02

结构力学不但是土木工程、机电和水利水电等专业中的一门重要的工程实用型专业基础课,而且也是研究和发展其他学科的重要工具.结构力学课程教学效果的好坏不仅直接影响到学生对专业知识掌握的程度,而且还会影响到学生基本技能的提高和前途发展,这就要求我们教学人员必须根据结构力学这门课程的特点,坚持和发展科学的教学方法和教学手段,进而提高教学效率,使结构力学课程教学更有效,更高效.

一、坚持科学的教学方法

(一)重视和坚持基本知识、基本理论和基本技能（即“三基”）的教学

“三基”教学法在结构力学课程教学中的科学应用,应当体现出基本知识、基本理论和基本技能三者之间密不可分的关系,“三基”教学的最终目的是培养学生的基本技能,即分析问题和解决问题的能力.但是这些基本技能的培养都是建立在基本知识和基本理论熟练掌握的基础上的,如果在没有掌握基本知识和基本理论的前提下,就开始进行基本技能的培养,那简直就是“无源之水”.众所周知,基本知识和基本理论的建立是分析问题的基础,如果基本知识和基本理论掌握得不透彻,理解得不清晰,那么学生在分析问题时只能采用依葫芦画瓢式的分析方法,有时甚至连依葫芦画瓢式的分析方法也不会,最终导致学生缺乏独立分析问题和解决问题的能力.同时,如果仅仅为了基本知识和基本理论而学习,那么许多相关的重要基本技能将无法得以培养.

“三基”教学法在结构力学课程教学中的科学应用,可以达到学以致用的目的.这里所说的“学”就是对该课程基本知识和基本理论掌握,“用”就是通过该课程的学习可以使学生分析和解决实际问题的能力得到提高,简单地说,就是结构力学课程教学中的能力培养.对于结构力学这门课程来讲,涉及的重要基本知识和基本理论有：结构几何组成分析、静定结构（梁、刚/排架、拱、桁架等）内力分析、静定结构的位移计算方法和原理、梁影响线的绘制及影响线的应用、超静定结构的计算方法（力法、位移法、渐进法和结构矩阵分析法等）和原理、结构的动力计算、结构的稳定计算和结构的极限载荷计算等.通过结构力学这门课程的学习必须掌握的基本方法有：结构几何组成分析基本步骤、静定结构内力分析基本方法、静定结构的位移计算基本步骤、梁影响线的绘制方法和力法、位移法、渐进法等超静定结构的内力分析和位移计算的基本步骤等.通过这些基本方法的掌握和学习可以培养学生的基本技能,即分析问题能力、计算问题能力、自学能力和表达问题能力等.[1]对于结构力学这门课程,具体地说,分析问题能力指的是对工程实际结构进行综合全面地分析,依据略去次要因素、能反映结构的真实受力情况和使力学计算得到简化等原则,经过抽象和简化的处理,得到其计算简图的能力；根据结构力学的各种计算方法特点,对不同的具体问题选择恰当的计算方法的能力；进行结构计算简图的力系平衡分析和变形几何分析的能力.计算问题能力不仅包括对各种常见结构具备科学合理的计算步骤的能力,以及初步掌握应用计算机进行有限元数值计算的能力,而且还包括对结构的计算结果进行定量和定性校核的能力.自学能力包含学生独立消化已学知识的能力和摄取其他新知识的能力.表达能力其实就是对以上所有能力的一种综合体现的能力,对要解决问题的表述,不仅要求其形式上的整洁,内容上的步骤分明和思路清晰,而且要求其对解决的问题表达全面和数据准确.

(二)加强和培养规律总结分析、对比分析和定性分析等其他辅助方法的教学

善于进行规律总结是一种良好的消化知识和巩固知识的渠道,即将自己的一点一滴的教学或学习心得理顺,巩固认识,使学生学到的内容成为自己真正的东西.在结构力学课程的教学过程中,有规律可循的知识点有许多,比如结构力学在讲解到梁任意截面的剪力和弯矩求解的重要知识点时,常用的方法就是采用截面法进行分析,其次就是根据叠加法进行求解,但是这些方法都存在计算量大、不便于记忆、耗时等缺点.倘若我们在教学过程中善于总结,就可以克服以上这些缺点,达到事半功倍的效果,比如把剪力和弯矩的计算规律分别总结如下：①剪力的简洁计算规律：梁内任意一个截面上剪力（记为Fs）,必等于此截面以左（或以右）各横向外力（不考虑集中力偶）的代数和,这些横向外力的正或负是根据横向外力对此截面形心转动的趋势进行判断,即顺时针转动趋势的外力取正值,反之取负值,写成代数的形式就是：Fs等于Fi；②弯矩的简洁计算规律：梁内任意一个截面上弯矩（记为M）,必等于此截面以左（或以右）所有集中力偶和各外力对此截面形心的力矩的代数和.这些力矩的正或负是根据横向外力的箭头指向进行判断,即横向外力箭头指向向上的外力均将引起正值的弯矩,而向下的外力则引起负值的弯矩,对于集中力偶的正或负需要参考外力对此截面形心的力矩正或负来判断,写成代数的形式就是：M等于Fiai+Mk.在运用以上规律求解任意截面的剪力和弯矩时,不仅可以使学生便于记忆,而且还可以使他们节省大量时间、避免出错.由此可见,规律总结分析法的辅助教学是巩固和加强“三基”教学效果的一个重要途径.

在结构力学课程中,对比分析和定性分析作为另一类辅助教学的方法,也占有非常重要的地位.其中,对比分析法是提高学生思维能力的一种重要方法,它通过对事物的异同进行比较分析,常常可以获取解决问题的新思路,引发新的发现.因此,在结构力学教学中采用对比分析法对丰富结构力学教学方法和提高学生的思维能力与创新能力很有帮助.二、坚持科学的教学手段

众所周知,多媒体教学可以使学生在较短时间内获取更多的知识信息量,同时也可以使教师讲授的内容更加形象直观、生动活泼、妙趣横生,使学生更容易接受和掌握所学的知识.但是多媒体教学使用不当也会出现一些问题,其中最容易出现的问题是教学中教师容易加快授课的速度、师生互动减少、学生动手能力降低等,使学生对教师讲授的知识来不及消化吸收.因此,在保证多媒体制作质量的前提下,合理地运用多媒体教学非常重要.针对结构力学课程来说,合理运用多媒体教学应该是采用多媒体与板书相结合的方式进行教学,这就要求授课教师根据结构力学不同的知识点,合理地分配多媒体使用课时与板书所需课时,使两者在教学中实现优势互补,这样才可以达到较好的教学效果.

为了适应现代经济的发展,教师在结构力学教学中应要求学生不仅掌握分析书中简单问题的能力,而且更要具备解决和分析实际生活中大型复杂结构问题的能力.对于简单的结构问题,通过结构力学这门课程的教学,教师可以使学生进行理论分析和计算,但是,对于大型的复杂结构问题,让学生仅靠手算的方法已经不能适应现代经济的发展了,因为手算不仅工作量大,而且还容易出现错误.随着现代计算机技术的发展以及多种商业有限元软件的开发,电算化在结构力学中的计算已经得到普及.因此,在结构力学教学中,教师不仅要加强和培养学生的手算能力,而且还要强化和锻炼学生的电算能力.只有这样,才可以使学生适应社会的发展.同时,通过电算与手算相结合的教学手段也可以充分调动学生获取知识的积极性,提高学生对“三基”的重视.

(三)加强理论与实际相结合的教学手段

依据结构力学这门课程的性质,要求教师在教学中必须采用理论与实际结合的教学手段.教师通过这门课程的教学不仅要教给学生理论知识,更要培养和提高学生分析和解决实际工程问题的能力,即提高学生的基本技能.在实际工程结构分析中,通过基本技能的讲授,要使学生懂得和知道结构力学的理论是怎样怎么写作于工程实际的,可以将实际工程问题抽象化,建立正确的力学分析模型,最终给出结构正确的力学分析结果.所以,只有理论与实际相结合,才能达到学以致用的目的.

三、结束语

结构力学是一门重要的工程实用型专业基础课,它非常注重培养学生的基本技能.教师应针对这门课程的特点和学生的特点,坚持和发展多种科学、合理的教学方法和教学手段,不断提高教学效果.

[参考文献]

[1]龙驭球,包世华主编.结构力学教程[M].北京：高等教育出版社,2002.

[2]张速.比较法在结构力学教学中的应用[J].力学与实践,2001（5）：62-63.

[责任编辑：黄春香]