自学结构力学难度大吗 [面向应用的结构力学课程教学研究]

　　［摘要］结构力学是土木工程学科的一门重要的专业基础课。文章基于应用型本科的培养目标，从教学内容优化、采用工程案例教学、引入教辅软件等方面阐述了结构力学课程教学改革理念与思路，旨在促进学生对结构力学知识的融会贯通，增强学生分析问题、解决问题的能力，有效地提高了学生应用结构力学的方法、手段解决实际工程力学问题的能力。
　　［关键词］结构力学 应用型 教学改革
　　［作者简介］李延强（1973- ），男，山西祁县人，石家庄铁道大学工程力学系，副教授，硕士，主要从事桥梁结构施工力学行为分析和损伤识别研究。（河北 石家庄 050043）
　　［中图分类号］G642.3 ［文献标识码］A ［文章编号］1004-3985（2012）24-0142-02
　　应用型本科教育具有鲜明的技术应用型特征，以适应社会需求为目标，培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才。就工程领域而言，应用型人才是指在工程第一线，从事制造、施工、运营、维修和测试等方面的工艺、技术和管理工作的高级专业人才①。根据培养目标，课程教学中应以“应用”为主旨和特征构建课程的教学内容体系。土木工程学科是一门重要的专业基础课，旨在培养学生熟练分析和计算杆系结构的能力。该课程掌握的好坏，不仅直接影响到学生对后续钢筋混凝土、钢结构、桥梁隧道等专业课的领会和贯通，而且会对其今后从事土木工程相关的专业技术工作产生较大影响。且能够熟练应用结构力学的基本原理、方法及相关力学类软件去解决实际工程结构问题，也是现代应用型土木工程技术人员应该具备的一种基本职业技能。面向现代工程应用型教育是现代结构力学改革的一个重要方向，如何使结构力学教学反映现代土木工程技术水平是面向应用的结构力学教学改革的核心。
　　一、需要优化教学内容
　　面向专业基础理论、方法及基础应用教学是专业基础课教学的基本特征，传统上是一种“远离”工程实际偏于“理论化”的课程教学，要使专业基础课面向应用，需要针对专业基础课的特征及当今技术发展现状，对专业基础课的教学内容进行优化。由于专业技术的发展会导致专业基础理论中某些内容的作用和地位发生改变，因此曾经适用、有价值的理论方法、例题或习题，可能会变得不适用，或者其作用或地位变得不那么重要。然而，为了体现专业基础知识的系统性，教材中可能依然保留了这些内容。显然，如果不注重教学内容调整与优化，仅按教材组织教学内容，教学内容不能与时俱进，教师再努力负责，再好的教学艺术素养，也很难达到符合专业要求的教学效果，甚至可能产生误导学生、浪费学生时间之嫌，也容易导致学生感觉到因学习一些“没有用”的知识而产生厌学情绪，导致“学而无用”的现象发生。同时，随着科学技术的不断发展，一些新技术、新方法在工程结构中得到了不同程度的应用，这也需要教师根据科学技术的发展，不断地丰富和完善授课内容，及时补充新的知识，这样才能使学生紧跟时代的发展，掌握科学前沿知识，也才能更好地适应实际工程发展的需要。能够给学生提供合适的教学内容是评价教师教学水平一个重要指标，因此，教师需要在遵守专业课教学目标的前提下，对专业基础课的教材内容作出必要的调整，按照专业技术水平和应用型本科教育要求，精心组织教学内容，对一些已经过时或意义不很重要的经典内容作出必要的压缩或删除，甚至对一些必讲内容还需要赋以更丰富的时代内涵，使教学内容既能反映专业基础课的特色，同时又更加适用，更加有利于后续专业课、课程实习和毕业设计等教学环节的教学。
　　面向应用的结构力学教学，要求学生熟练掌握静定结构、超静定结构内力和位移计算的基本原理和基本方法，能熟练应用计算机进行杆系结构分析计算，并能对结构的受力进行初步的定性分析等。特别是在当前“大土木”的“厚基础、宽口径”培养目标下，理论课时进一步压缩，因此，夯实结构力学基础知识和基本理论，拓宽专业知识面和应用面，合理调整结构力学教学内容就显得尤为重要。我校使用的结构力学教学教材，属于普通高等教育“十一五”国家级规划教材，虽然不断改版，教材内容不断调整，但还存在一些内容不适用的现象。例如，教材中保留的桁架结构和单跨静定梁的内力分析、虚功原理的证明、力矩分配法等内容，已经被现代工程结构分析技术所淘汰或者很少采用，对这些内容的详细讲解已经不能适应现代面向应用的结构力学教学要求，因此需要对这些内容进行必要的删除或课时压缩，而一些现代工程结构分析技术所必需的经典理论内容如力法、位移法（矩阵位移法）的基本原理、基本方法及基本应用的讲解则需要加强。对教学内容的调整，应注重培养学生依据基本原理、方法对简单的静定或超静定结构的内力、位移的手算能力、力学行为分析能力，同时在教学过程中需要适当融入实际的工程应用案例介绍，适当强化结构力学计算机计算技术，加强学生建模计算能力的培养，而这些均是当今土木工程技术对结构力学教学课程提出的基本要求。
　　二、需要融入工程案例教学
　　面向应用的教学前提是学生在教学过程中能够充分体会到课程教学内容与工程应用的关系。在专业基础课教学过程中融入工程案例，是专业基础课教学面向工程应用的一个重要特征。区别于书本资料或例题，工程案例通常是以PPT视频教案形式向学生展示、讲解相关的工程实际图片、视频等资料，它们直观形象生动，内涵丰富， 隐含了复杂多样的相关专业基础知识、工程专业知识及工程经验等。通过对工程案例进行深入剖析、讨论，可以让学生在课堂教学过程中就能够有足够的时间和条件接触丰富多样的实际工程问题，感受到解决实际工程问题时所涉及的相关专业知识及技术手段，进而可有效培养和提高学生运用结构力学知识解决实际工程问题的应用能力。
　　工程案例教学是目前专业课教学通常采用的一种教学手段，以解决工程应用为目标，需要灵活应用多样化的理论、方法、工程经验、工程专业知识去剖析具体工程应用问题，是专业基础理论、方法与实现技术的具体应用；而在专业基础课中引入案例教学模式，则需要将工程案例内容融合在基础课内容教学的各环节中，这就要求专业基础课教师具有丰富的工程实践经验和较强的工程应用能力，能够在专业基础课的各个教学环节中，实时抽取来自于工程实践中各种相关专业基础知识，以有利于专业基础知识教学为目标，并按专业基础课的课程性质加以融会贯通应用，通过工程案例来更好地讲解专业基础知识，使枯燥的专业基础理论、方法及实现技术的教学显得更加生动、有效，可极大丰富教学内涵，且容易做到深入浅出，并能使后续课程的教学更加方便。