地方高校结构动力学课程改革探索

 

  2． 案例教学法

  结构力学课程具有概念抽象、逻辑性强的特点，虽然知识来源于工程实际，但又与实践存在较大差距。在新概念教学或与工程实际联系紧密的知识教学时，理论联系实际，精选一些常见的、容易理解的工程案例，不仅可以提高学生兴趣，还可以培养学生解决实际问题的能力。例如在讲解工程结构的简化时，可联系到该栋教学楼的梁柱、基础、节点、荷载以及梁柱各部分的联系等内容如何简化的问题;在讲平面体系的几何组成分析时，可联系到生活中三角形稳定性及平行四边形不稳定等日常知识;讲解拱结构的合理拱轴概念时，例举桥梁鼻祖的赵州桥“为什么能屹立至今”的问题;讲解组合结构的受力分析时，联系生活中的秋千或者吊床来加以说明如何正确区分链杆和梁式杆;讲解移动荷载和影响线的概念时，例举火车和汽车通过桥梁的问题等;讲解温度作用下的位移计算，引入物体热胀冷缩的案例。

  3． 对比式教学法

  对比式教学法可加深学生对知识点的理解和记忆，有利于活跃思维、扩展知识，同时培养学生分析与解决问题的能力，因此在讲解新概念或相关规定要求时优先采用。例如讲解结构力学的内力图绘制要求时，可以与材料力学关于弯矩图绘制的要求进行对比，材料力学规定弯矩使杆件下部受拉时为正，弯矩图应标明正负号，而结构力学中不规定弯矩正负号，但弯矩图应绘制在受拉纤维一边，不标明正负号;讲解轴力的正负号定义时，一般结构(梁、刚架、组合结构)规定以受拉为正，而在拱结构中则规定以受压为正;讲解静定结构的影响线时，可以与结构的内力图进行比较，影响线是指某个截面在移动荷载作用下的内力变化规律，而内力图是指结构各个截面在固定荷载作用下的内力值，尤其是图形绘制的要求，区别很大。讲解静定梁、静定刚架、静定拱等结构内力计算时，一般按结构隔离体(杆件) 结构的拆合进行分析，而静定桁架则按结构隔离体( 结点、截面)结构的拆合进行分析;讲解矩阵位移法解超静定结构时，可以与力法进行比较，力法是将多余的约束去掉，暴露其所有的未知约束力，而原超静定结构已转化为静定结构，矩阵位移法是将所有独立结点的角位移及线位移约束住，即补充约束，将整体结构问题转化为单个杆件问题进行求解。

  (三) 强化实践教学

   1． 培养结构电算能力

  随着计算机技术和现代数值计算方法的发展，利用计算机进行结构分析、设计和研究已成为必然趋势。计算分析软件的使用，提高了超静定结构的计算速度，也解决了复杂空间结构简化计算的难题。目前，结构力学常用的计算分析软件有结构力学求解器、ANSYS、Midas/Civil、ABAQUS、PKPM 等，它们均适用于桁架、拱、梁和刚架等杆系结构，其中 AN-SYS 和 ABAQUS 还适用于实体结构分析，当然也可以应用 C 语言程序、MATLAB 编写通用程序进行结构内力求解。地方本科院校土木工程专业结构力学课程教学安排时，可适当选择一种或者几种软件纳入教学环节，安排 10 个左右课时;同时，根据章节内容，编制综合类上机题目，阶段性安排上机训练，通过对课后习题的电算，以及复杂空间结构的分析，加深对力学概念、计算方法的理解。上述方法既激发了学生的学习兴趣，又拓展了学生分析与解决问题的能力。

  2． 培养实验分析能力

  根据教育部制订的“注重能力培养、注重素质教育”的教学改革总方针，部分高校开展了结构力学实验课，主要构建了土木工程综合性实验教学平台，即将结构力学、材料力学、土力学、混凝土基本理论、土木工程材料等课程的实验整合成一门专业基础实验课程。地方本科院校可根据学科发展的实际情况，将结构力学实验划分为基础型、提高型及创造型三个层次，安排 11 个左右的实验课时。其中，基础型实验要求学生根据实验来验证所学相关理论的正确性，可开展的实验有:结构几何组成分析以及简支梁、多跨静定梁、静定平行弦桁架、悬臂刚架的内力测试(实验时数为 3 学时，几何组成必选，其他 4 选1)。提高型实验涉及该课程的综合知识，要求学生综合运用两种及以上的实验方法完成同一个实验，可开展的实验有:一次超静定刚架内力测试、结构优化试验、简支梁的影响线(实验时数为 2 学时，3 选1)。创造型实验要求学生依据给定的实验目的和实验条件，设计实验方案，选择实验器材，制定操作程序，可开展的试验有:给定一个结构增加部分杆件使其变成几何不变体系、结构模型创新大赛相关试题、结构力学大赛相关试题( 实验时数为 5 学时，3 选1)。通过结构方案的设计、结构受力的分析、结构模型的制作、试验数据的采集，以及实测数据和电算结果的比较分析，既加深学生对基本理论和概念的理解，又提高学生分析与解决问题及科研探索的能力。

  (四) 改革考核方式

  目前结构力学课程的成绩评定有如下三种方法: ①期末考试卷面所得成绩;②平时考核成绩 +期末考试卷面成绩综合(作业和平时测试、课堂纪律和提问、期末卷面 成 绩 的 分 数 比 重 为 21% :9% :70% );③期末考试卷面成绩和课程教学过程中的过程考核成绩综合。第一种方法以期末成绩为单一考核，易导致学生只关注期末的复习背诵。第二种方法是目前大多数院校采用的方法，它虽调动了学生日常学习的主动性和积极性，但期末考试成绩比重依然较大，平时考核作用不突出，且考核内容单一。第三种方法能较好引导学生在教学过程中的参与、思考，但由于过程成绩的评定缺乏一个科学合理的量化标准，很多情况下变成了人为调整学生成绩的机动砝码。现在根据第三种方法，制定相应的量化标准，其中平时成绩引入笔记记录情况指标，期末考试引入定性分析考核指标。结构力学综合成绩采用“期末考试卷面成绩 + 教学的过程考核成绩”的形式(分数比重 50% :50% )。期末考试可采用开卷或闭卷形式，卷面分值采用“计算题型 + 定性分析题型”形式(分数比重 90% :10% )。过程考核成绩采用“平时考核 + 实践考核”的形式( 分数比重 40% :60% )。平时考核采用“平时测试、提问和参与讨论 + 课堂纪律和到课情况 + 作业、笔记记录情况”形式(分数比重 30% :40% :30% )。实践考核包括结构手算与实验数据比较分析报告、电算分析报告、分析程序编写报告等三项，可任选一项，按五级评分，两项以上取平均值。以上各分数比重可上下浮动 10% 。

  结构力学课程教学改革的目的是为了提高结构力学课程教学质量，它一方面要求以适当的方法将知识传授给学生，另一方面要求培养学生学习兴趣、创新思维以及计算与分析的能力。随着计算机的发展和时代的需要，只有不断改进结构力学教学模式，提高学生的结构分析能力和计算能力，增强学生的市场竞争力，才能实现应用型专业人才的培养要求。
 

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［2］李延强． 面向应用的结构力学课程教学研究［J］． 教育与职业，2012，24(736):142 － 143．

［3］李建慧，端茂军． 结构力学课程内容设置及教学策略探讨［J］． 苏州市职业大学学报，2014，1(25):75 － 77．

［4］张茫茫，王霁云． 提升结构力学趣味性的教学探讨［J］．中国建设教育，2015(1):67 － 71．