土木工程是工程學科中的基礎專業(yè),其內(nèi)容涵蓋建筑、橋梁、地下空間等方向,是我國基礎設施建設最重要的行業(yè)。如何順應國際高等教育的發(fā)展趨勢與工科高等教育的發(fā)展需求,在未來10年內(nèi)成功實施土木工程行業(yè)的“卓越工程師”計劃,培養(yǎng)大批高質(zhì)量土木工程技術(shù)人才,已成為目前土木工程教育亟待解決的問題[1]。結(jié)構(gòu)力學是土木工程的專業(yè)基礎課程。其理論由實際工程抽象、簡化、概括、總結(jié),并用于指導實踐[2]。其課程任務是掌握平面桿系結(jié)構(gòu)的計算原理和計算方法,為學習后續(xù)專業(yè)課程以及進行結(jié)構(gòu)設計與科學研究打好堅實的基礎。本文將從土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學課程教學特點,結(jié)合教學過程中學生的學習情況談幾點想法。
1結(jié)構(gòu)力學課程特點
1)概念抽象、理論性強。理論力學、材料力學與結(jié)構(gòu)力學,是土木工程的專業(yè)基礎課。其中理論力學與材料力學又是結(jié)構(gòu)力學的先修課程。由于結(jié)構(gòu)力學課程較抽象,其理論體系龐大,知識點多,學習難度大。2)教學內(nèi)容多,課時緊張。“結(jié)構(gòu)力學”的教學內(nèi)容可分為結(jié)構(gòu)力學基礎和結(jié)構(gòu)力學專題(如圖1所示),總學時約為60~80[3](部分高校僅為45課時)。教學內(nèi)容偏多,課時偏少。因此,教師通常加快教學進度,致使部分知識點無法展開,學生課后很難及時消化。這可能是目前各高校在結(jié)構(gòu)力學教學過程中普遍存在的問題。3)理論復雜,計算繁瑣。結(jié)構(gòu)力學涉及到很多復雜的理論。例如,在結(jié)構(gòu)力學基礎部分中,涉及到的虛功原理、力法、位移法、力矩分配法;在結(jié)構(gòu)力學專題部分中,涉及到的極限荷載、彈性穩(wěn)定、動力學均屬于理論復雜的部分。理論復雜則難以理解和把握,課堂例題和課后作業(yè)的講解與計算就顯得繁瑣,不利于學生對各知識點的掌握。4)地位重要,起基礎作用。結(jié)構(gòu)力學的學習情況將影響專業(yè)課的開展。以土木工程專業(yè)為例,專業(yè)課主要有混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)設計、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震設計、橋梁結(jié)構(gòu)以及基礎工程等主干課程,及相關(guān)的課程設計和畢業(yè)設計。如果學生結(jié)構(gòu)力學基礎薄弱,后續(xù)課程都受到影響。而且,對學生而言,能否建立正確的結(jié)構(gòu)力學概念,對畢業(yè)以后從事結(jié)構(gòu)設計,結(jié)構(gòu)施工、教學培訓等工作而言,都有舉足輕重的影響?梢娊Y(jié)構(gòu)力學的課程學習最終會影響到學生的專業(yè)素質(zhì)。
2教學過程中的改革設想
1)建立力學概念,邀請名師講座,夯實力學基礎。建立正確、清晰的力學概念,是學好結(jié)構(gòu)力學的首要前提。在理論力學和材料力學的學習過程中,就應該注重學生力學概念的建立,打好力學基礎。如果可以做到這一點,學生在學習結(jié)構(gòu)力學的時候,就會有信心學習更復雜的概念和理論。2)強調(diào)課程地位,建立討論小組,分析典型案例。在授課過程中,要強調(diào)結(jié)構(gòu)力學對后續(xù)專業(yè)課、課程設計,畢業(yè)設計的影響。結(jié)構(gòu)力學的課程學習不僅會影響到在校學習,最終會影響工作后的專業(yè)發(fā)展,增強學生的學習意識。為學好這門課,要求全體師生共同努力,成立課后討論小組。通過小組討論交流,激發(fā)學生的興趣,促進其對課程的學習。3)細化教學大綱,突出教學重點,加強課后練習。“結(jié)構(gòu)力學”的教學內(nèi)容偏多,課時偏少已是普遍問題。在課時沒有增加的前提下,如何保證教學質(zhì)量就成了教學過程中需要面對的問題。在教學過程中,教學進度的設定和安排以教學大綱為標準。各院校都會按照專業(yè)要求結(jié)合實際情況制定結(jié)構(gòu)力學教學大綱。在制定結(jié)構(gòu)力學教學大綱的過程中就要考慮課程的特點,將大綱逐項細化,把每個知識點劃分到相應的課時。同時在重點內(nèi)容處,必須設置典型例題,以突出重點。值得一提的是,在教學過程中,必須把握由淺入深、由簡到難的規(guī)律,設置典型例題必須簡單易懂,且具有代表性。只有這樣學生才能在有限的課時中學習到最核心的知識點。4)引入工程概念,激發(fā)學習興趣,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。為提高學生對結(jié)構(gòu)力學概念的應用和工程實踐能力,在課外學習中引入結(jié)構(gòu)模型設計及制作,鼓勵學生參加建模大賽。例如,針對移動荷載作用下結(jié)構(gòu)的受力特性,要求學生利用木材、有機玻璃或者塑料等簡易材料設計和制作橋梁結(jié)構(gòu)(或吊車梁),并通過手拉小車施加移動荷載,觀察模型的變形與應力變化。通過試驗,讓學生感受動力荷載對結(jié)構(gòu)的影響,初步了解如何通過結(jié)構(gòu)力學知識合理的設計工程結(jié)構(gòu)。就模型試驗而言,目前引入的結(jié)構(gòu)模型試驗仍以教師命題式為主,開展形式和范圍有一定局限性,還不能充分鍛煉工程實踐能力與概念應用。在今后的教學改革中,應著重構(gòu)建“結(jié)構(gòu)力學”研究學習實踐平臺,針對教學內(nèi)容設計多個模擬工程實踐項目,甚至由學生自行設計創(chuàng)新實踐項目,供學生自主選題并可隨時開展研學活動,使學生對力學概念有更直接的了解,并與工程實踐相結(jié)合,從而真正實現(xiàn)工程思維能力與創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。
3結(jié)語
本文分析了土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學課程的特點,提出了在教學過程中的幾點改革設想。總之,結(jié)構(gòu)力學的課程學習很重要。必須要求學生和任課教師從思想上,行動上與教學大綱統(tǒng)一起來;課堂和課外不間斷地抓好結(jié)構(gòu)力學的教與學,才能較好地完成“結(jié)構(gòu)力學”課程教學任務。