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土木工程師培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)論文
土木工程是工程學(xué)科中的基礎(chǔ)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)最重要的行業(yè)。如何順應(yīng)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(xué)是土木工程的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其理論由實際工程抽象、簡化、概括、總結(jié)，并用于指導(dǎo)實踐［2］。其課程任務(wù)是掌握平面桿系結(jié)構(gòu)的計算原理和計算方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程以及進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與科學(xué)研究打好堅實的基礎(chǔ)。本文將從土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)特點，結(jié)合教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)情況談幾點想法。
1結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點
1)概念抽象、理論性強。理論力學(xué)、材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)，是土木工程的專業(yè)基礎(chǔ)課。其中理論力學(xué)與材料力學(xué)又是結(jié)構(gòu)力學(xué)的先修課程。由于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程較抽象，其理論體系龐大，知識點多，學(xué)習(xí)難度大。2)教學(xué)內(nèi)容多，課時緊張。“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容可分為結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)力學(xué)專題(如圖1所示)，總學(xué)時約為60～80［3］(部分高校僅為45課時)。教學(xué)內(nèi)容偏多，課時偏少。因此，教師通常加快教學(xué)進度，致使部分知識點無法展開，學(xué)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(xué)教學(xué)過程中普遍存在的問題。3)理論復(fù)雜，計算繁瑣。結(jié)構(gòu)力學(xué)涉及到很多復(fù)雜的理論。例如，在結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)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(xué)專題部分中，涉及到的極限荷載、彈性穩(wěn)定、動力學(xué)均屬于理論復(fù)雜的部分。理論復(fù)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(xué)生對各知識點的掌握。4)地位重要，起基礎(chǔ)作用。結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)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(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計、橋梁結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)工程等主干課程，及相關(guān)的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。如果學(xué)生結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，后續(xù)課程都受到影響。而且，對學(xué)生而言，能否建立正確的結(jié)構(gòu)力學(xué)概念，對畢業(yè)以后從事結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)施工、教學(xué)培訓(xùn)等工作而言，都有舉足輕重的影響。可見結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)最終會影響到學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。
2教學(xué)過程中的改革設(shè)想
1)建立力學(xué)概念，邀請名師講座，夯實力學(xué)基礎(chǔ)。建立正確、清晰的力學(xué)概念，是學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)的首要前提。在理論力學(xué)和材料力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，就應(yīng)該注重學(xué)生力學(xué)概念的建立，打好力學(xué)基礎(chǔ)。如果可以做到這一點，學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的時候，就會有信心學(xué)習(xí)更復(fù)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(xué)對后續(xù)專業(yè)課、課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計的影響。結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)不僅會影響到在校學(xué)習(xí)，最終會影響工作后的專業(yè)發(fā)展，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)意識。為學(xué)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(xué)生的興趣，促進其對課程的學(xué)習(xí)。
3)細(xì)化教學(xué)大綱，突出教學(xué)重點，加強課后練習(xí)。“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)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(xué)質(zhì)量就成了教學(xué)過程中需要面對的問題。在教學(xué)過程中，教學(xué)進度的設(shè)定和安排以教學(xué)大綱為標(biāo)準(zhǔn)。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(xué)教學(xué)大綱。在制定結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)大綱的過程中就要考慮課程的特點，將大綱逐項細(xì)化，把每個知識點劃分到相應(yīng)的課時。同時在重點內(nèi)容處，必須設(shè)置典型例題，以突出重點。值得一提的是，在教學(xué)過程中，必須把握由淺入深、由簡到難的規(guī)律，設(shè)置典型例題必須簡單易懂，且具有代表性。只有這樣學(xué)生才能在有限的課時中學(xué)習(xí)到最核心的知識點。
4)引入工程概念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。為提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的應(yīng)用和工程實踐能力，在課外學(xué)習(xí)中引入結(jié)構(gòu)模型設(shè)計及制作，鼓勵學(xué)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(xué)生利用木材、有機玻璃或者塑料等簡易材料設(shè)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(yīng)力變化。通過試驗，讓學(xué)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(xué)知識合理的設(shè)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(yīng)用。在今后的教學(xué)改革中，應(yīng)著重構(gòu)建“結(jié)構(gòu)力學(xué)”研究學(xué)習(xí)實踐平臺，針對教學(xué)內(nèi)容設(shè)計多個模擬工程實踐項目，甚至由學(xué)生自行設(shè)計創(chuàng)新實踐項目，供學(xué)生自主選題并可隨時開展研學(xué)活動，使學(xué)生對力學(xué)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(xué)課程的特點，提出了在教學(xué)過程中的幾點改革設(shè)想。總之，結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)很重要。必須要求學(xué)生和任課教師從思想上，行動上與教學(xué)大綱統(tǒng)一起來;課堂和課外不間斷地抓好結(jié)構(gòu)力學(xué)的教與學(xué)，才能較好地完成“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)任務(wù)。
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