土建类结构力学精品课程建设,教学改革与发展研讨会论文集，西安建筑科技大学土木学院， 2005.26-31

土建类结构力学精品课程建设

胡卫兵

（ 西安建筑科技大学 陕西 西安 710055 ）

一、 前言

　　 结构力学是一门用于工程结构的技术基础课，是土建类专业最重要的课程之一。随着科学技术的发展，原有的课程体系和教学内容已不完全适用，教学改革势在必行。目前有不少高校陆续推出面向21世纪的教改方案，通过对该课程的规范化建设，已基本完成对该课程教学大纲及三基方案的制定和教学计划的修订，非常值得借鉴和学习。但随着素质教育战略的全面实施，教学改革不断深入，教学观念逐步更新。面临新情况，新要求，我们总结前阶段的教学工作，感到尚有许多需要完善的地方，例如，如何在缩减了的课堂教学时间内，既要完成规定的教学内容，更要向学生传授更多更新的知识和信息，以提高教学质量和效率；如何改善枯燥的传统授课模式，调动学生学习的灵活性、主动性和积极性；如何贯彻教育部制定的“注重能力培养、注重素质教育”的教改总方针，这些都是建设中值得我们思考和探索的重要问题。对于土建类结构力学精品课程建设应以工程化教学改革为方向，把学生的能力培养作为主导的指导思想，重点在教学内容、教学方法、教学手段上下工夫。所以它的建设离不开工程实践，离不开社会的需求，其建设应适应科学技术迅猛发展的时代要求；应满足社会主义市场经济的发展需求；满足21世纪对人才素质和能力的要求。

　　 如何在缩减了的课堂教学时间内，既要完成规定的教学内容，更要向学生传授更多更新的知识和信息，以提高教学质量和效率。如何改善枯燥的传统授课模式，调动学生学习的灵活性、主动性和积极性是教育工作者亟待解决的课题。


二、结构力学课程教学的现状和存在的问题

　　 经过百余年的发展，结构力学在理论方面的研究日趋完善。我国土建类结构力学课程在50年代初，其内容和教材基本上是照搬原苏联模式设置的。60年代初至70年代末，国内一些重点大学从土建类力学课程体系出发，把理论力学、材料力学、结构力学贯通起来，重组内容不重叠的课程，这一阶段课程的变化仅限于内容的重组，只达到避免重复、减少课时的目的，教学方法仍以课堂讲授为主。80年代至90年代初，结构力学教学改革主要是围绕计算机教学展开，结构力学试题库，结构力学CAI相继研制成功并投入使用，使结构力学的教学内容及教学手段开始走向现代化。

　　 目前教学过程中的教学方法、教学内容和课程体系，在过去为人才培养起了重要作用，但21世纪科学技术的飞速发展、新技术、新学科和新材料的不断产生和应用，尤其是计算机的广泛应用，为结构力学开拓了许多新的应用领域。原有的教学内容和方法，已显然不能满足社会对人才知识结构的要求，其不适应性主要表现在以下几个方面：

1 课程内容重复、陈旧，缺乏专业针对性

　　 以单门课程为中心进行教学，对知识的相互渗透和衔接考虑不够，忽视了土建类各门力学课程的整体性和综合性，造成了不必要的内容重复，取法相互的融合、贯通；其次结构力学课程中部分陈旧的内容，如图解法在工作中已很少应用，但在教材中仍占有相当篇幅，而一些新材料、新结构、新理论却难以找到。另外，部分课程内容的安排上缺乏专业针对性，例如在土建专业结构设计中有重要作用的结构动力计算在结构力学课程中的内容过于简单，难以满足课程教学的需要。

2 原有的教材内容与实际工程问题结合较差，工程应用薄弱，不能突出专业人才素质教育和能力培养的要求

　　 目前的教学多停留在理论研究方面，即只注意理论计算，没有注意工艺、材料、方案、构造以及施工等条件的设计。离开设计和施工，过于强调力学理论内容的论证与计算，重理论，轻应用。忽视培养学生利用结构力学知识解决实际问题的能力。致使学生虽耗费了大量的时间与精力，但遇到实际问题，却又感到束手无策，甚至在后续的课程中应用起来亦感到困难，更不知道怎样应用结构力学知识和方法去解决所碰到的实际问题。

3 教学手段落后，现代化教学手段引入不够，对现代科技成果的应用更是严重滞后于生产实际。


三、结构力学精品课程建设内容

1、教学内容的建设

　　 传统的结构力学课程只侧重基本理论及其解题方法、技巧，比较忽视基本理论在工程实际中的应用。因而存在不完整性，不利于学生能力的培养和提高，也不符合现代教育的要求。在新的课程体系中，将理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学的基本内容贯通起来，避免重复，删除陈旧的内容。理论力学主要包括静力学，动力学的一些基本原理；材料力学主要包括结构的强度、变形理论及稳定性知识；结构力学主要包括杆系结构内力与变形及稳定性计算理论；弹性力学主要包括弹性体的应力与应变计算的基础知识。

　　 我们将结构力学课程内容组成三个模块，即经典结构力学、计算结构力学、结构实验分析。其中经典结构力学主要传授基础理论，计算结构力学与结合实验分析属于基础理论的深化与延伸并加强学生计算能力与分析解决实际问题能力的内容。

1）经典结构力学。经典结构力学由原结构力学精简和改造而成，侧重于结构力学基本概念、基本理论及基本结构计算方法与技巧。它是结构力学课程新体系的基础，着重培养学生运用力学概念去分析和计算杆系结构的能力。

　　 2）计算结构力学。我们将计算机引入结构力学而形成计算结构力学，旨在训练学生计算机建模能力、变成能力及计算能力。历史已跨入21世纪，结构分析与设计也开始进入计算机时代，许多用人单位已将电算能力作为考察学生业务水平的标准之一。面对这种形势，仅将结构电算教学作为结构力学教学的补充是不够的，有必要将其列为学生必须掌握的基本内容。

　　 3）结构实验分析。在工程新结构不断涌现的今天，作为检测手段的实验分析在结构定型、优化及可行性确定方面起着越来越重要的作用，为使学生熟悉和掌握实验分析的基本原理和操作步骤，提高分析和解决工程问题的能力，在结构力学新体系中增设结构实验分析这一模块。主要内容有连续梁、桁架等结构内力、位移的测定。这种面向实际结构的教学一定要强调学生亲自动手，才能使学生分析和解决实际工程问题的能力有长足进步。如在桁架内力、位移测定实验中，学生不断掌握了实验的基本方法，对实际工程模型有了一些了解，并能综合运用材料力学的知识尽心结构计算。又如通过对护坡桩结构的内力、位移计算，学生掌握了从实际工程到计算简图的简化过程，运用土力学分析了各种土压力的计算。这样的结构实验分析和实际工程案例分析引起了学生的极大兴趣，训练了他们的创造思维能力。


２、教学方法的建设

　　 主讲课。传统教学是尽可能使学生在不预习的情况下能基本当堂听懂，板书此时是非常必要的。为培养学生自己获取知识的能力，要鼓励学生去预习。如果学生已经预习，教学中的部分板书就显得多余，此时可以采用投影胶片辅助教学加快教学节奏。

　　 讨论课。对一些容易理解和看懂的概念问题，结合思考题进行提问，而对易混淆、不易理解、加深加宽的问题进行深入讨论。

　　 习题课。安排一些习题课来巩固理论知识，练习题可讨论一两的典型题，对选定的典型题只讨论分析求解思路，不进行具体的解算，具体计算结果可由学生课下完成。

　　 为提高教学质量，改进了教学方法，规范了教学过程。采用了以下几个措施：（1）强调结构力学课程在数学—力学—结构工程这一培养主线中的关键作用，使学生认识到学习本课程的重要性，从而提高学生学习的自觉性和积极性。（2）不断改进教学方法，运用现代化教学手段，采用启发式、交流式教学，营造生动活泼有效国的教学氛围。（3）精心备课，讲课重点明确、难点突出，尽量采用现代化教学手段，不断改进教学方法。（4）认真批改作业，热情辅导答疑，及时了解并解决教学中存在的问题。（5）实行教考分离。考试均用题库A、B卷及标准答案，流水批卷。对考核结果及时作出考试分析，及时提出改进意见。（6）规范教研活动。讨论教研组期中课程教学情况，院系期中教学检查情况和学生反馈，提出改进措施。期末总结本学期教学情况及考试情况，并对下次开课提出看法。平时不定期组织听课、教研活动和撰写教研论文。


３、教学手段的建设

　　 采用自动化教学手段可以扩大课堂授课信息量，使教学内容形象逼真，有利于学生接受概念，理解规律；有利于激发学生的学习兴趣，提供一种积极向上、轻松愉快的学习氛围。是解决教学内容多、教学时数少这一矛盾的有效途径，是提高教学质量和效率的有效途径。

（1）多媒体课件的研制

　　 １）认真备课、精心选材、合理编排
　　 采用多媒体授课，课堂传授的信息量大了，更要注意突出重点，分清主次，精心选材，合理编排，对不同的内容设计出不同的表现形式。利用文字、线条、北京丰富多变的格式设置，来突出重点，加深学生的印象。

　　 ２）利用动化设置增强演示效果
　　 利用动画模拟难于用语言描述的事物变化和动态现象（如利用动画来显示几何可变体系的运动现象、内力随荷载移动的变化规律、破坏机构的形成过程、振型的动态演示、单刚元素向总刚移置等）。利用图片介绍实际工程，增强学生的感性认识，有助于学生由直觉思维上升到形象思维和抽象思维，获得较好的教学效果。

　　 ３）保证多媒体教学过程的连贯性
　　 充分利用多媒体技术中的覆盖及隐藏功能，将讲过后不再需要的内容遮盖起来或让它隐藏。腾出位置显示新内容。这样一来，就将一个完整的教学内容放在一个页面内连续显示出来，避免不必要的跳转，保证了教学进程的连贯性。

　　 ４）提高多媒体教学过程的应变能力
　　 教师上课前要查阅大量的资料，写出讲稿，但上课时又不能将讲稿原样照搬给学生，而是时刻观察学生的接受能力和反应情况，及时调整教学节奏和教学内容。而多媒体教学课件是由一张张前后顺序固定的幻灯片组成，应变能力就差一些，为提高多媒体教学进程中的应变能力，我们借用结构化程序设计的思想，将一些必须要讲的主要内容设置成主幻灯片，是一条讲课的主线。将一些可能需要讲也可能不需要讲的内容设置成子幻灯片，它们处于隐藏状态，只有连在主幻灯片上才能放映。在主幻灯片和子幻灯片之间用一些连接按钮连起来，教师在讲课时，可根据课堂教学情况的需要，连上或断开子幻灯片，咯爱实现对讲课内容的补充或删减。

　　 ５）交互利用多个程序，各取所长
　　 多媒体教学课件主要采用Powerpoint软件制作，它动画效果丰富，能较好地模拟讲授过程，但它不具有计算功能和连续滚动功能。利用超级链接连到“结构力学求解器”软件，利用它强大的计算功能和动画显示，解算大型结构的例题和动态显示几何可变体系的可变性；连到Excel，用它制作的渐进法计算表格可形象地描述开设过程，表达各个量之间的运算关系；连到用Authorware软件制作的文件，它具有很好的交互功能和连续滚动功能，连到DOS下讲解程序的编制、修改和运行。

（２）多媒体教学的实施过程

　　 1）利用多媒体教学手段的快捷，每次课后，浏览下次课要讲的主要内容，不止语系思考题，以督促学生预习，学生预习后，带着问题听课，有目的有选择地记笔记，提高了听课效果。通过预习也培养了学生自己获取知识的能力。

　　 2）将每节课所讲的重点内容编辑成几张幻灯片，并配上背景音乐，在课间回放，让笔记记得不全、听得不明白的学生补上。另外，下次讲新课之前，再回放一次，呀可达到温故而知新的目的。

　　 3）书上有的内容和学生经过看书后自己会总结出来的东西，注明页码，让学生在笔记上留下空，待课后复习时补上。这不仅提高了记笔记的速度，也起到了督促学生课后复习的作用。

　　 4）对一些重点、难点和典型例题，多媒体教学结合黑板板书，教学效果更佳。也改善了学生长时间盯着大屏幕给眼睛带来的不适。对一些拓宽内容，有待进一步研究的问题，新的发展动态等，快速浏览一遍，激发学生的兴趣，去进一步的探讨。

（３）多媒体教学手段的实施效果

1） 多媒体教学，图、文、声、像并茂，能对学生感官提供多种刺激。对一些摸不着、看不见的抽象概念，复杂的空间关系，无法想象、难于用语言来描述的东西，可用多媒体手段生动、形象地演示出来，易懂、易学、易教。

2） 课件的文字、图形大，并且工整规范，示意清楚，有利于大班上课。

3） 扩大了课堂授课信息量，教学效率高，既压缩了课堂教学时数，又增加了一些新的教学内容。

4） 学生在课堂上只须集中精力听讲，不须做太多的笔记。课后将教学课件拷贝回去，再进行复习，效果很好。

5） 多媒体教学将传授知识、培养能力、提高素质融为一体，也将科学、艺术、美学融为一体，丰富学生的想象力，促进学生的创新思维，有利于全面素质教育的贯彻实施。


四、结语

　　 土建类结构力学精品课程建设主要有教学内容的建设、教学方法的建设、教学手段的建设。其中教学手段的建设是现阶段的建设重点，编制多媒体教学课件要从教学需要出发，以提高教学质量和效率为目的，以学生的意见和建议为主要的参考依据。多媒体教学课件要具有艺术性和趣味性，但更要注意实际教学效果，决不可华而不实，喧宾夺主。采用多媒体教学，授课信息量大了，更要注意突出重点，抓纲带目。只有将丰富的教学内容、恰当的教学方法合理地组织起来，再用多媒体这种先进快捷的教学手段生动逼真地演示出来，才能获得良好的教学效果和较高的教学效果。