“结构力学”课程教学改革与实践

点赞:3779 浏览:9564 近期更新时间:2024-01-30 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:针对目前大学“结构力学”课程教学现状以及专业发展需要等方面的实际情况,以课程教学改革为背景,主要从教学内容、教学手段、教学方法以及考试考核方式几个方面探讨了提高“结构力学”教学效果及培养学生学习兴趣、动手能力、创新思维等综合素质的有效方法,提出了“结构力学”教学改革的方向.

关 键 词:结构力学;土木工程学科;多媒体教学

作者简介:付果(1979-),男,湖南株洲人,长沙理工大学土木与建筑学院,讲师;彭旭龙(1983-),女,湖南湘乡人,长沙理工大学土木与建筑学院,讲师.(湖南长沙410114)

基金项目:本文系长沙理工大学教研教改项目(项目编号:CN1204)的研究成果.

中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1007-0079(2013)10-0088-02

“结构力学”是土木工程学科主要的专业基础课之一,其教学目的是使学生掌握杆件体系内力与位移计算的基本原理,了解各类结构体系的受力特点,培养他们结构分析和计算的能力,并为其以后学习有关专业课程、进行各种结构设计及科学研究打下基础,因此“结构力学”在整个专业培养计划中占有重要地位.现代科学技术的发展对土木类人才的要求越来越高.传统“结构力学”课程面临着学时减少,学生学习兴趣不高、对学习该课程不够重视,致使学生在工程实践中提出力学问题及应用结构力学知识分析、解决问题的能力和素质明显不足.针对这些实际情况,从以下几个方面对“结构力学”教学进行改革.

一、教学内容优化

1.删除与其他课程重复交叉的内容

“结构力学”在专业课与基础课之间起着承上启下的作用.随着新型学科的发展,本科生实践环节和开设的课程越来越多,“结构力学”的学时在不断减少.建议在“理论力学”中已经学过的内容,如桁架杆的内力计算,“结构力学”没有必要再重复讲授.在“材料力学”中学过了静定梁静定刚架的内力图做法,“结构力学”只需简单带过,侧重下不同点.矩阵位移法这一章一般没有足够的课时展开来讲,而这一章的内容在后续课程有限单元法中有详细的介绍,在“结构力学”教学内容中删除不影响与其他知识的衔接,因此可以删除不讲.[1]同时,为了适应新形势下土木工程专业人才培养的要求,需要增加一些新的内容,比如结构动力计算这一章,在“结构力学”72学时的课程设置中是不作为必讲内容的,但是动力计算是现代结构计算中不可或缺的重要部分,也是多数院校考研必考的一章,因此应作为重点讲授内容.

2.增加实践环节

在“结构力学”这门课里学到了多种结构体系的内力和位移计算方法,在理论学习的同时可以增加相关的实践环节,通过采用课程设计或是开放实验的方式,在实验室提供的材料与制作工具的情形下,让学生自由分组做一个同跨度同高度的房屋结构模型或是桥梁模型等,实验并计算模型的承载力和位移.通过实测载重比与位移的方式考核各种模型结构的得分,并折算到学生的“结构力学”课程综合成绩中.这样的实践练习可以使学生更为深刻地理解实际结构的受力特点以及理论计算与实际的差别,培养并提高学生的创新能力、分析与解决问题能力、动手能力和团队协作能力,其结构力学综合测评成绩也能全面反映该学生的综合素质,并能进一步突出结构力学应用于工程实践的重要性.

总之,教学内容的调整在于适用土木工程专业复合型人才培养的需要,长沙理工大学土木工程卓越班的“结构力学”教学内容就已和理论力学、材料力学及弹性力学有机结合,调整了四门课教学计划与大纲,将四门课合为一门大工程力学课分两个学期来讲授,这样减少了重复教学环节,压缩了四门课的总课时,但四门课的教学内容没有减少,压缩的课时用于学生的实践环节.结果证明这样教学方式的效果良好.

二、改进教学手段

1.发挥多媒体教学与网络教学平台优势

“结构力学”课程中所讲授的每一种结构类型都可以在实际的工程中找到,因此,在讲解每一种结构类型之前,可以充分发挥多媒体教学方便、直观、生动的优点.搜集国内外属于此种结构类型的著名结构图片或常见结构照片,并对该结构的设计背景或设计者加以简单介绍,使学生对该种结构形式有直观的感性认识,激发学生的学习兴趣.例如,讲到静定桁架这一章时,笔者介绍了1957年建成的武汉长江大桥和2012年湖南省刚建成通车的矮寨大桥,对这一远一近的桥梁作一个简单扼要的介绍,同学对这一种结构类型有了亲近感和亲切感.

网络教学平台也是现代教学手段的有效补充,教师可以将结构力学教案、教学大纲、教学日历、PPT课件、教学视频等教学资源挂靠在课程的网络教学平台上,供学生预习、复习或自学参考,也可以在网络教学平台中布置修改作业、问卷调查、交流课程学习心得体会等,并在网络教学平台上针对学生提出的各种问题及时进行答疑.网络教学平台增加了师生互动机会,并减少课堂作业讲解所占用的时间,提高课堂利用效率,更好地满足了学生的求知欲,丰富了结构力学的学习途径.

2.重视多媒体教学与传统板书教学的有效结合

多媒体教学与传统板书教学各有优缺点.多媒体教学可以为学生提供集图片、动画、文字和声音于一体的教学信息,但单一采用多媒体教学的缺点是教师容易成为课件的播放员,缺少生动形象的身体语言;学生则容易成为课件刻录员,上课不听讲或跟不上课件放映节奏,只有课后拷贝课件,形成消极的学习态度与方法.而传统的板书教学缺点在于表现形式过于单一,教学内容与效率偏低.因此,在“结构力学”课程教学中,要努力利用每种教学手段的优点,做到取长补短、互为补充.对于“结构力学”章节中引入一些实际工程结构图片、[2]移动荷载作用下结构内力的变化和结构动力学部分各种振型的演示等利用多媒体可以做到清晰快捷,并能给学生留下深刻映像,同时增加了学生学习兴趣.但是,章节中有计算和公式推导时,如位移计算中的图乘公式、位移法的转角位移公式推导等建议采用黑板板书形式.教师只有通过口头讲解配合黑板板书,逐步讲解推导过程并随时与学生进行互动交流,才能使学生在思维上和速度上跟上节奏,也能使学生和老师间产生教学良性互动,学生会感觉到老师备课充分、讲课自信.如果全部采用多媒体,师生互动少,学生容易产生厌学心理.总之,只有合理利用多媒体和黑板板书,课堂才能真正地生动形象起来,学生才能真正成为教学的主体,积极参与到教学中来.因此,在教学手段上有必要将多媒体教学和传统板书相结合,各取所长,以便提高“结构力学”教学效果.三、改进教学方法

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1.启发式教学,培养学生创新意识

“结构力学”教学采用传统的单向灌输方式,这不利于学生智慧火花的闪现和创造性思维的形成,因此有必要改进教学方法,更多地采用启发式教学,这是培养学生创新意识、实现大学生素质教育的根本.启发式教学是要引导学生独立运用各种思维意识,提出问题、分析问题、作出检测设、验证检测设、得出理性认识上的结论,从而培养学生独立地发现真理、获取知识的能力.[3]启发式教学需要教师根据每堂课的知识重点和内在关系,围绕“结构力学”中的关键性问题,由浅入深地引导学生自己去研究、实践,主动获得知识,这就要求课堂上必须留给学生一定的思考时间.教师可以提出一些生活中的实例让学生思考,如让他们思考为什么古代的桥梁都是拱桥,为什么梁要正着放等等.学生先通过自己的思维得出一些感性认识层面上的结论,再经过对比各种结论的合理性,这样进一步得到的理性认识会更深刻.总之,在课堂上教师要多引导学生积极思考,培养学生创新意识.[3]

2.理论联系实际,培养学生学习兴趣

结构力学理论来源于工程实践又用于指导实际工程,只有与工程实践相结合的结构力学才是充满生命力和趣味性的.当学生发现结构力学的知识与生活如此接近或者能够利用结构力学的知识解决实际工程问题时,他们能获得极大的自信与满足感,而这种满足感又进一步激发学生的学习兴趣和探索新领域的勇气.这方面需要教师讲课时不仅仅局限于课本知识,而要站在一个更高更广阔的领域去讲授“结构力学”,尽可能多联系工程实际,这就需要教师具有一定的工程经验.[4]比如可以从欧洲古建筑、中国古赵州桥等实际工程让学生去了解拱结构;从输电塔,桁架桥梁去体会桁架结构的特点;从汽车火车过桥的力学问题引入移动荷载及影响线概念;从力法、位移法、力矩分配法的发展历史来讲解这些方法出现的历史因素及发展过程,对比各种方法计算超静定结构内力与位移的优缺点,从而让他们深刻地了解这些理论方法的特点及应用范围.这不但提高了学生的学习兴趣,也可以让学生建立起前后联系的结构力学知识框架,教学效果较好.此外,在学习“结构力学”理论知识的同时,增加一些科研实践环节,让学生自己理论联系实际.如组织学生分组参加结构模型设计大赛,鼓励学生运用结构力学知识去申请创新性实验项目,[5]在学科竞赛和科研实践中加深对结构力学知识的理解和应用,从而提高学生学习“结构力学”的兴趣.


四、改革考试考核方式

考试是检查学生学习效果的重要途径之一.“结构力学”当前普遍采用的考核方式是闭卷考试,试卷一般来自标准化的考试题库,其基本题型包括填空、选择、判断、作图、计算等.闭卷考试对学生的理论水平和应试能力均有较高的要求.“结构力学”作为一门工程应用型课程,其知识内容直接或间接地涉及大量的工程实践,一次期末考试往往不能客观地反映学生的学习水平与实践应用能力,为此,学校正改革“结构力学”课程的考核方式.“结构力学”课程考核已经采用机试、笔试和平时成绩相结合的方式.机试在机房电脑上完成,主要测试题型为判断题和选择题,用于考查学生“结构力学”基本概念的掌握程度,每位学生从机试题库中随机抽取20道题,答题完成后计算机自动算这部分成绩,并占综合成绩的20%.笔试题型为计算题和作图题,主要考查学生运用结构力学方法解决问题的能力,成绩占总成绩的60%.平时成绩占20%,主要考查学生平时作业、课堂表现与网络教学学习情况等.总之,考试考核方式改革的趋势是将期末一次性闭卷考试与机试、网络教学、随堂练习、课程作业、开卷考试等多种方式结合起来,用以弥补单一闭卷考试的不足.

五、结语

新形势下优化“结构力学”教学内容,增加实践环节,改进教学手段,发挥多媒体和网络教学平台优势,改进教学方法,理论联系实际并采用启发式教学,同时改进考试考核方法.这些措施提高了“结构力学”教学效果,培养了学生的动手能力和创新思维等综合素质,学生综合素质得到提高.结构力学教改后,学校学生在2012年湖南省第一届结构设计大赛中包揽了前三名.