基于宽口径人才培养模式的结构力学差异化课程教学实践

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摘 要：结构力学是土木工程专业的重要基础课程，是联系基础理论和工程实际应用的桥梁和纽带。由于其概念性和灵活性较强，所以学生普遍反映要将这门课程学深学透存在一定困难。针对这一现象，各高校对结构力学课程教学改革的研究多致力于整体层面上教学方法、教学手段的创新。然而在当前宽口径人才培养模式的大环境下，用人单位和学生自身发展的需求实际上是存在明显差异的。文章基于我校结构力学课程的教学实践，分别从教学理念、教学内容、教学方法、评价体系等四个方面，论述了结构力学差异化课程体系的构建，从而实现了在满足课程教学基本要求的前提下，更好地达到用人单位和学生自身发展差异化需求的目标。

关键词：土木工程；宽口径人才培养；结构力学；差异化

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：2096-000X（2018）22-0085-03

Abstract： Structure mechanics is an important foundation course in Civil Engineering， which is the bridge between the basic theory and the application knowledge. Due to its difficult concept and high flexibility， many students think that it"s the most difficult course for them to learn. In order to solve this problem， many colleges pay attention to reform on teaching methods and learning techniques from the overall level. Though in fact， under the circumstance of wide-scope talents training mode， the demand is obviously different for the employing unit and the students themselves. Based on practice， and from the aspect of teaching idea， teaching content， teaching method and evaluation system， the article discussed the differentiating course system construction of structure mechanics. Under this system， different demands can be met for the employing unit and the students themselves， while the basic requirements of the course can be also reached.

Keywords： Civil Engineering； wide-scope talents cultivation； structure mechanics； differentiation

在土木工程專业的课程体系中，结构力学具有不容置疑的重要地位，它是联系基础力学课程（理论力学和材料力学）与工程设计课程（工程结构设计原理、建筑结构设计、桥梁结构、工程结构抗震等）的纽带，是使学生从力学基本理论过渡到工程实际应用的重要桥梁。因此，在各高等工科院校土木工程专业的教学计划中，均将结构力学视为最重要的专业基础课。

对于结构力学课程的教学改革，目前各高校多致力于教学方法、教学手段以及如何与专业课程更好地结合等方面的研究。如东南大学[1]基于首要教学原理提出的SSBfm“一个中心、四个阶段和八个支持”的结构力学教学模式，强调了联系实际、加强教学设计、重视学生主体、提升实践训练等理念。中国石油大学[2]则提出应在教学过程中着重培养学生的思维能力、创新能力、自学能力、现代计算机应用能力和实践能力。华北水利水电学院[3]、江苏大学[4]等院校结合卓越工程师的培养定位探讨了提高学生综合能力的有效方法和途径。还有部分研究则聚焦如何定位多媒体在教学过程中的作用、如何提升其使用效果，以及Maple、Matlab等软件在教学过程中的应用等。

综上所述，目前各种结构力学课程教改研究多侧重于如何使其更好地服务于整个土木工程课程教学体系，以及如何进一步提升课堂教学效率等问题。而实际上在宽口径人才培养模式的大环境中，用人单位对于学生的需求定位，以及学生自身的发展定位是多种多样的，所以对于结构力学这样的专业基础课，其需求也应该是个性化、分层次的。基于此，我校自2016年开始，在土木工程专业中开展了结构力学课程的差异化教学，总结三年来的教学实践，笔者将从教学理念、教学内容、教学方法、评价体系等四个方面，探讨宽口径人才培养模式下结构力学的差异化课程体系构建。

一、差异化的教学理念

在土木工程专业中，结构力学课程的差异化需求主要来自两个方面，一是用人单位，二是学生自身的发展。

首先，从用人单位的角度看，从事勘察、施工、管理等工作对结构力学的要求主要是结构计算简图以及力学定性分析，从事设计工作则要求计算简图和一般的力学计算分析，而从事开发研究则需要深厚的力学功底，要会解决较难的力学问题。

其次，从学生的自身发展需求看，对于没有进一步深造要求的同学来说，掌握结构力学的基本原理、基本方法、基本求解过程，能达到理解结构求解过程的物理含义并能正确求解力学问题的目的就可以了。而对于需要进一步深造的同学来说，则需要在深刻理解基本概念的基础上，能达到综合应用所学知识，灵活而熟练地求解综合性和难度较高结构力学问题的目的。

在目前一刀切的教学模式中，教学目标、教学要求、教学内容、考核标准都是统一的。在这种教学模式下，对于毕业后直接进入用人单位的同学来说，部分授课内容要求偏高，并且不能让他们对结构计算简图和定性分析有进一步深刻的认识，从而使其在就业后竞争力不足，不能满足用人单位的需要。而对于需要进一步深造的同学来说，有限课时内的大众化课堂讲授又满足不了其对结构力学难题求解和综合分析能力培养的需要，从而影响他们在研考和深造过程中的竞争力。

所以，在结构力学课程的教学中建立差异化教学理念无论是对用人单位的需求，还是对学生的自身需求而言都是十分必要的。

二、差异化的教学内容

在当前强调通识教育的环境下，各专业课程的学分学时都被不同程度地压缩了，所以将差异化的教学寄希望于课内有限的时间是不现实的。依据教育部高等学校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会制定的《高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求》（以下简称《基本要求》），课内时间应被充分用于《基本要求》中必修基本部分重点要求掌握内容的教学，如表1所示，详细阐述结构力学的基本原理、基本方法、基本求解过程以及基本求解过程的物理含义，并留出一定的课堂练习和讨论的时间。

这里需要说明的是，在表1中，因为很多学校将“结构矩阵分析”一章单独以《计算结构力学》或《有限元法》开课，所以未予列入。

依据差异化需求，相应的差异化教学内容可分为面向应用和面向研究两个方向：

1. 应用方向

这部分教学内容面向工程应用，可结合工程实例在以下一些方面作进一步深入讲解：

首先是二维和三维结构的计算简图，包括构件、结点、支座、荷载等的简化。其中，构件简化可以包含梁、板、壳、索、膜等，并可讲解刚域的概念和应用；结点的简化可包括刚结、铰结、弹性连接及其对应的实际构造；支座简化可讲解支座结点的自由度及其约束的施加，可包括弹性支座的概念、实际构造及应用；荷载则可以介绍工程中各种实际荷载的等效简化。在讲解计算简图时，还可以结合计算软件的应用教学（如结构力学求解器、sap2000、midas等），通过计算比较进一步理解主应力、次应力的概念以及计算简图的尺度概念等。

其次是静定结构和超静定结构的特性，可结合计算软件的参数化建模，让学生自行探究静力解答的唯一性、非荷载因素的影响、平衡力系及荷载等效变换的影响、超静定结构内力反力与材料及截面特性的关系、静定和超静定结构的受力性能比较、不同矢跨比及结构型式的受力比较等。

可以结合具体工程算例，如脚手架、框架结构、门刚厂房等，介绍一些计算软件的简单应用，讲解静力分析、影响线、临界荷载、自振特性、动力时程分析的求解方法。

2. 研究方向

这部分教学内容面向学生考研，各章节应在表2所示的内容方面予以补充和强化。此外，还需补充结构的极限荷载、结构弹性稳定等两个章节的内容。

三、差异化的教学方法

差异化教学可以利用课余、答疑、竞赛等课外时间，并结合学生的自主探究进行。

其中，应用方向可以考虑与土木工程创新竞赛相结合。事实上，在“双创”的大背景下，各高校都越来越重视大学生的创新实践和学科竞赛，并且很多高校还为此设立了创新学分。但在指导实践中作者发现，由于创新学分一般不设立相关课程，所以很多学生在参加土木工程创新竞赛时都不知道该如何进行计算，或者是仅凭自己去摸索，所做的计算书大都很不规范。从这个方面讲，结构力学差异化的应用教学部分与土木工程创新竞赛的计算书教学，其目标是一致的。自2016年开始，我校即利用课余时间单独开设了一定学时的课程，对参加创新竞赛的学生进行培训。笔者利用这一机会，将其与结构力学的差异化教学相结合，取得了非常理想的教学效果，既达到了培训目的，反过来又促进了学生对结构力学基本概念的全面理解。

结构力学差异化的研究教学则可以利用课余和答疑时间通过逐步深入的习题训练和思路讲解达到解题技巧的强化。这部分内容可在教师的指导下，以学生的自我探究为主，教师则主要负责内容划定、参考教材推荐、学习计划指导、思路点拨、答疑解惑等。

四、差异化的评价体系

结构力学的差异化教学应体现在评价指标中，否则难以达到应有的教学效果。最终的评价指标可由两部分构成，一部分体现大纲《基本要求》的学习效果，占60%～70%，另一部分则体现差异化教学的学习效果，占比30%～40%。

其中，《基本要求》的评价可由期末考试和平时成绩构成，这和传统评价方式相一致，而差异化教学的评价则可以采用不同形式。对于应用方向，可以让学生对一个给定的工程实例进行计算简图和受力分析，也可以结合土木工程结构创新竞赛，让学生对自己的作品进行受力分析，并据此给出等级评价。对于研究方向，则可以针对补充和强化的内容，单独给出一份试卷对学生进行测试，并据此给出等级评价。

五、结束语

作为土木工程专业最为重要的专业基础课，结构力学课程的教学必须探索如何去适应时代的发展。结构力学差异化课程体系的构建，就是针对宽口径人才培养模式的一种积极探索和实践，这种构建综合考虑了课时资源、课堂效率、用人单位以及学生自身发展的需求，将有限的课内时间充分应用于《基本要求》的内容讲解，同时利用课余时间并结合创新竞赛，给学生提供应用方向和研究方向的差异化选项，使其能依据自身需求进行选择。

需要指出的是，虽然差异化课程体系不占用课内时间，但差异化教学必然会大幅增加教師的工作量，故此建议实施学校应制定相关政策，将这部分工作量考虑在内，以激励教师为宽口径人才培养模式而实践的积极性和热情。

参考文献：

[1]周臻，尹凌峰，缪志伟.基于首要教学原理的结构力学教学过程重构[J].高等建筑教育，2011，20（5）：59-64.

[2]刘福江.结构力学教学与综合素质培养[J].教育教学论坛，2015，41：184-185.

[3]唐克东，傅建.结构力学课堂教学改革的尝试[J].华北水利水电学报（社科版），2010，26（1）：114-116.

[4]蔡东升，刘荣桂.土木工程大类专业结构力学教学探讨[J].高等建筑教育，2012，21（4）：62-65.

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