李娟

[摘 要] 建筑結構形式和規(guī)模的不斷發(fā)展以及計算機技術的進步對結構力學的教學提出了新的要求。地方普通高校應結合自身特點和學生需求，因地制宜地對結構力學教學方式進行探索和改進。本文提出的結構力學課程“四維一體”教學體系在單一課堂講授的基礎上進行更多維度的拓展和融合，促使師生深度交流，使學生課上課下投入更多的學習時間和思考，進一步提高學生學習和運用知識解決實際工程問題的能力并獲得更好的學習感受。

[關鍵詞] “四維一體”教學體系;結構力學;教學組織方式

[基金項目] 2019年度內蒙古科技大學教育教學改革研究重點項目（JY2019015）

[作者簡介] 李 娟（1983—），女，內蒙古科技大學講師，主要從事有限元模擬以及預制裝配式結構研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0318-02? ? [收稿日期] 2020-03-19

一、普通高校結構力學課程教學存在的問題

結構力學是土木工程等專業(yè)的核心課程，在各門專業(yè)課程的學習中起著承上啟下的作用。課程理論性強，課程內容具有很強的邏輯性和關聯(lián)性，與工程實踐密切相關。隨著建筑結構形式和規(guī)模的不斷發(fā)展以及計算機技術的進步，經(jīng)典結構力學正在向著概念結構力學和計算結構力學方向發(fā)展，本領域對土木工程專業(yè)畢業(yè)生的綜合分析能力及計算能力的要求日益提高。這就要求結構力學課程這樣的專業(yè)核心課應向著高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的方向建設和發(fā)展[1-2]。

然而，目前普通高校的結構力學教學常常存在以下問題。

（1）課程內容更多的是講授計算方法，重理論輕實踐、重計算輕應用，沒能很好地培養(yǎng)學生運用力學知識駕馭計算分析軟件、解決實際復雜工程問題的能力和思維。

（2）現(xiàn)有結構力學課程的教學方法是將眾多概念和計算方法以全程純講授的注入式教學方式教授給學生，學生被動聽講易感枯燥無趣，無法體驗出力學和實際工程問題的聯(lián)系，缺乏一定的時代性和互動性，沒有激發(fā)學生的學習積極性和探究熱情。

（3）目前結構力學課程的考核方式單一，采用小比重平時成績加大比重閉卷考試成績的考核方式，仍是一考定成績。平時成績以學生出勤以及作業(yè)情況為依據(jù)，不能有效反映學生在學習過程中的真實情況并做到過程控制。雖然近年慕課、線上教學得到大力提倡和推廣，但鑒于結構力學課程的特點，線下教學仍應是結構力學授課的主要手段。尤其在一些地方普通高校，學生的知識基礎不夠扎實，學習和接受能力較弱，學生對使用線上教學和純多媒體教學的方式表現(xiàn)出不適應，認為以上教學方式的授課速度太快、互動性不強，學生在跟不上講課節(jié)奏及進度的同時，又不能有效自我約束利用課下時間進行預習和復習。由于學生的特點不同，在很多一流大學成功應用的線上教學、混合式教學改革經(jīng)驗對于地方普通高校未必適用[3]。

二、結構力學課程“四維一體”教學體系的構架和目標

為了使結構力學課程教學組織具有先進性、時代性，促使師生深度交流，使學生課上課下投入更多的時間去學習和思考，使學生在學習過程中能夠進一步提高自身學習和運用知識解決實際工程問題的能力并獲得更好的學習感受，在原有的課堂講授基礎上，增加“工程實例引入及分析、計算軟件學習及使用、模型設計制作及加載”三個部分，形成“四維一體”教學體系。該體系在單一課堂講授的基礎上進行更多維度的拓展和融合。通過該體系的建設，使結構力學課程在原有挑戰(zhàn)度的基礎上增加更多的高階性、創(chuàng)新性。結構力學課程“四維一體”教學體系中四個主要組成部分之前的相互聯(lián)系、作用以及該體系與學生的能力培養(yǎng)目標之間的關系，是相輔相成、密不可分的。

三、結構力學課程“四維一體”教學體系的實施方法

1.工程實例引入及分析。在課堂講授過程中，針對重點概念和重點知識點引入工程實踐案例，使學生能夠將力學知識與實際工程問題聯(lián)系起來。結合綜合分析思考題的布置，使學生自己運用力學概念、力學原理對工程問題進行分析，體驗用力學知識分析和解決實際工程問題的樂趣，拉近力學與學生的距離。通過在課堂上用力學知識分析一些工程事故案例，引導學生重視自身能力及責任心的培養(yǎng)，發(fā)揮結構力學課程蘊含的思想引導作用。

2.計算軟件的學習。將易于掌握的力學分析計算軟件引入課程，提高學生對復雜結構的計算分析能力，同時讓學生體驗到“軟件是工具，知識理論才是駕馭工具解決問題的基礎”。在講授結構力學的基本概念、基本計算原理和方法之后，利用輔導答疑時間指導學生學習使用結構力學求解器、SAP2000等計算分析軟件，使學生掌握更為高效的計算分析工具，并能通過軟件的計算結果直觀的感受結構的內力分布情況，從而加強概念理解。此后，要求學生針對具體的計算題目分別用手算和軟件計算兩種方式進行求解分析，使學生體驗到計算分析軟件的高效和便利，同時通過對學生的錯誤操作和錯誤的模型構建進行分析講解使學生體會到力學知識、理論的基礎作用，不是能操作軟件就可以得到正確的計算分析結果，力學知識和理論是駕馭計算分析軟件解決實際工程問題的根本基礎。

3.通過數(shù)字化力學模型理解基本概念、原理和方法。指導并要求學生通過軟件建立數(shù)字化力學模型，并對模型進行荷載、約束的增加、拆減以及位置變換，觀察模型的實際變化情況，從而深刻理解重要力學概念、原理和方法。在學生對模型的自行拆解和變化的基礎上，引導學生觀察現(xiàn)象并運用力學基本概念和原理解釋現(xiàn)象，使學生對幾何可變體系、幾何不變體系、多余約束、必要約束、基本部分、附屬部分等概念有直觀的感受從而更為深刻的理解它們的含義。

4.模型設計制作及加載。以某一具體工程實際問題為背景，開展課程內全體學生參加的結構力學數(shù)字建模分析、實體模型設計制作、加載測試相結合的結構計算分析設計活動，提高學生運用所學知識和工具解決實際工程問題的能力。通過前期計算分析、中期設計制作以及加載現(xiàn)場討論、分析、講解模型加載中存在的問題和現(xiàn)象，使學生體驗綜合運用力學知識、計算分析工具解決實際工程問題的過程，感受到力學知識以及計算分析能力的重要作用，考查學生利用所學知識解決實際問題的能力，使學生理解結構力學在專業(yè)課程中承上啟下的作用以及與其他課程的關系。