
在土木工程專業本科課程中,《理論力學》、《材料力學》、《結構力學》是學生必修的三門專業基礎課,常被稱為“三大力學”。是學生普遍反應較難學的課程,而《結構力學》是難中之最。《結構力學》以先學的高等數學、理論力學、材料力學等課程為基礎,同時又為鋼結構、鋼筋混凝土結構、土力學與地基基礎、高層建筑結構設計、結構抗震等專業課程的學習作好鋪墊,在整個課程體系中處于承上啟下的核心地位。學習好該課程,不但為后續課程提供必需的基礎知識和計算方法,而且為后面的課程設計、畢業設計的順利完成提供重要的力學知識儲備,目前絕大多數高校有關土木工程下屬二級學科的碩士學位方向都以結構力學為研究生入學考試課目。要讓學生熟練掌握、靈活運用結構力學知識,除學生自身努力以外,作為教師,必須不斷對課程教學方法做不斷探索、嘗試和改革,以改善教學效果,提高教學質量,尤其對培養學生創造思維的能力和解決工程問題的基本素質有著重大的影響。筆者根據多年工作實踐經驗,經過不斷思考和總結,從以下四個方面提出幾點建議:
一、合理選擇教學內容,有側重的進行教學
結構力學課程內容龐雜,要在有限學時內讓學生掌握全部教學內容,不切實際,而且會造成學生巨大的學習壓力,甚至會產生厭學心理。一般可將其分為兩部分,一部分叫基本教學內容,是“大土木”專業(巖土工程方向、道路橋梁工程方向、建筑工程方向的建筑經濟管理方向等)課程中必學內容,包括體系的幾何組成分析、靜定結構的內力和位移計算、靜定結構的影響線、力法、位移法、力矩分配法、矩陣位移法和結構動力計算(單自由度和多自由度體系的自由振動和受迫振動)等內容。另一部分叫選學教學內容,可根據專業方向和培養目標的不同,有所側重。包括無剪力分配法、剪力分配法、分層法、反彎點法、連續梁的內力包絡圖、超靜定結構影響線和結構的極限荷載等內容。選學內容是基本教學內容的深化和延伸,基本教學內容是選學內容學習的基礎。
教師對基本內容中的基本概念、原理和方法應講透、講精,同時要突出重點,有所取舍,不斷總結歸納解題技巧。比如靜定結構內力圖的繪制,一定讓學生熟練掌握繪制內力圖的兩種方法,截面法和疊加法,截面法在材料力學學習中有所介紹,應簡略講解說明,把更多時間放在疊加法的介紹上,這部分是最讓學生迷惑的地方,他們容易在縱坐標的疊加和幾何圖形疊加上混淆,應下大力氣給學生講細、講清,歸納繪制方法和技巧,讓學生熟練掌握這部分內容,達到融會貫通。這樣學生在學習靜定結構位移的計算、力學這部分內容時才不感覺到吃力,否則,前面的基礎未打好,后面就聽不懂,勢必影響后續知識的學習。又如,靜定桁架內力計算的三種方法是:結點法、截面法和結點法與截面法的聯合應用,這部分內容已在理論力學學習中涉及到,不必再浪費大量學時對重復內容進行詳細講解,只要簡要回顧復習就行,著重是從幾何分析角度講解桁架的組成、分類和不同類型桁架內力的計算方法和技巧。這樣學生也不會因為熟悉而輕視這部分內容學習。總之,教師在教學中一定要嚴格要求學生熟練掌握重點內容,不能只顧趕進度,而不管學生學習效果。只有學生基礎打好了,后續內容的學習才會感覺輕松。
專業方向不同,知識的側重點也不同。例如,對于橋梁工程方向,無鉸拱、兩鉸拱和對稱無鉸拱內力計算方法、靜定結構和超靜定結構的影響線是一個重要內容,它是橋梁工程中拱橋的設計和計算的基礎。但對于建筑工程方向來說,其就沒有如此重要,只需簡要介紹。對于房屋建筑工程方向開設的結構力學,就必須介紹連續梁的內力包絡圖、剪力分配法,分層法和反彎點法、結構的極限荷載中塑性鉸的概念,以便與后續鋼筋混凝土、高層建筑結構等課程相銜接,對建筑工程方向的學生來說,這是非常重要的一部分內容,而對于橋梁工程方向來說就不需要過多介紹。
二、完善多媒體課件,與傳統教學相結合
目前各高校都在進行結構力學教學改革,建設精品課程,制作適合本校學生和不同專業特點的多媒體課件,多媒體教學已廣泛用于結構力學課堂中。 與傳統教學方式相比,它有無可比擬的優勢。在多媒體授課的課堂上,學生面對的不只是過去的一塊黑板、一支粉筆,而是一個個形象生動、妙趣橫生、圖文并茂的“閃光”世界!它能給學生以視覺和聽覺上的信號刺激,使大腦獲得多種類、多層面的知識信息,把學生的興趣和積極性調動起來。比如,在講授結構的計算簡圖時,就可以通過課件引入大量的工程實際結構圖片,不但能激發學生興趣,并且能縮短認識時間,加深理解和記憶過程。同時教師不需要大量板書,能節約很多課堂時間,為其它重點內容的講授留出充裕時間。
但多媒體教學也有一定局限性,利用多媒體教學,教師的思維會被課件所控制,形成老師看電腦屏幕,學生都看投影屏幕,教師不能根據自己的思路、學生的反應情況及時調整講課速度和內容,自主發揮,師生之間缺少情感交流,不利于知識傳授。對結構力學課程這門課來說,需要很多例題來講解,也就是說會涉及很多推導、分析、計算和繪圖過程。用多媒體方法就很難把解題的每一過程、步驟詳細、具體的表現出來,而往往是整個公式、圖形一起顯示或只顯示一個計算結果。這樣老師只能講大概的計算思路,學生沒有在老師的引導下一步一步解題,理解就不夠透徹。有的學生因為教師對講課節奏控制不好而跟不上教學進度,從而影響對所學內容的吸收,長此下去就會喪失學習的興趣。
要克服多媒體教學的以上缺點,除了教師應對要講的內容非常熟悉,像傳統教學那樣做到“脫稿”,盡量少看屏幕,面對學生講解,通過學生的表情變化,及時發現問題,隨時調整。另外還要不斷完善課件內容,對例題和公式的推導過程的制作應仔細、詳盡。在動畫設置方面,要不斷推敲,精益求精。使課件放映出來的效果,能像老師的板書那樣,一步一步引導學生,循序漸進,并且注意強調重點,這樣的課件才是比較理想的。但課前的準備費時費力,工作量遠大于上課時的板書,而且教學效果也不及傳統教學效果好,所以采用多媒體授課不能完全替代傳統的教學模式,只有將兩者有效結合起來,才能相得益彰,收到事半功倍的效果,教學效果才會更佳。