论文部分内容阅读
【摘要】 从结构力学的教学出发，提出对学生进行系统、全面和探索的思维模式培养；从经典方法的应用中进行分析能力的培养；通过加强实践训练和开展第二课堂对学生的实践和应用能力进行培养。通过这些教学方法与教学手段，提高学生的分析问题和解决问题的能力，达到提高教学质量和教学效果的目的。
【关键词】 结构力学；教学；能力培养
随着科学技术的快速发展，各行各业对人才也提出了越来越高的要求。这就需要高等学校在培养学生时，既要注重理论知识的讲授，更要注重学生综合能力的培养，尤其是创新能力和自学能力的培养。结构力学在教学实践中也应如此。随着教学改革的逐步深入、扩展与延伸，许多院校不仅改革了课程体系。而且应用了各种多媒体教学手段，现在面临的最重要问题之一就是如何进一步改革教学方法，努力提高教学效果，尤其是如何更好地培养学生创造性思维的能力。结构力学是土木工程类专业的主要专业基础课。该课程的特点是：理论性强、概念多、方法技巧性要求高，课程内容系统庞大，其主要内容包括：杆件结构的组成规律、结构内力、位移、极限承载能力、动荷效应、结构稳定和结构矩阵分析。学生对这门课程体系的理解和掌握，直接关系到后续课程的学习、专业技能的培养以及解决实际工程问题的能力形成。在结构力学的教学中要研究学生的思维模式，改革教学方法，加强学生综合能力的培养是当前结构力学教学面临的重要问题。探讨结构力学的教学方法和如何达到培养学生能力的目标显得尤为重要。1思维能力的培养
1．1引导学生形成系统化的思维模式。由于学生在此之前已经有了理论力学、材料力学的基础知识，所以在结构力学的讲授中，学生比较容易形成系统化的思维模式。如在讲授力法一章时，应该结合材料力学中求解超静定结构的方法来讲解。材料力学中求解超静定结构的方法包含平衡方程、物理方程和几何方程，在力法中也用到了这三个方程，只是形式不同而已。力法方程本身是指结构满足的位移约束条件，其实质就是几何方程；而在求系数和自由项时考虑的是结构的变形．其实质就是物理方程；最后求内力时所用的叠加原理实际上就是平衡方程。通过对比教学，让学生积极地进行思维训练，客观地比较，不断地用比较正确的认识代替错误认识，慢慢地也就能养成良好的思维模式和习惯，为今后客观地、正确地认识新的事物形成一种系统的思维模式。
1．2培养学生形成全面的思维模式。所谓全面的所谓全面的思维模式．就是使学生对学过的内容能有一个全面的总结和高度的概括，在这样的高度概括和归纳下才能有一个全面的认识。只有这种全面的认识，才能把学到的东西举一反三，也就是活学活用。例如，在讲静定梁和刚架的内力计算时，可以以简支粱(上面作用有多种荷载)为例．带领学生一起做以下工作：求支座反力、对荷载不连续处分段、按内力与荷载的微分关系定型、用截面法求控制截面的内力、连图等五个步骤。
1．2．1按梁的内力计算方法，完成以下五大步骤：①支座反力：要全部求出。②分段：荷载不连续处均要分段。③定形：按内力与荷载之间关系定形。③定量：用截面法。⑤连图。
1．2．2取一有荷载的粱段进行分析讨论，补充或修改五大步骤中有关内容：①分段：荷载不连续也不一定要分段。②定量：弯矩M的第二种算法——叠加法。剪力Q的第二种算法一利用杆端弯矩法。
1．2．3用一刚架作进一步分析和讨论，再补充或修正五大步骤有关内容：①支座反力：要求的一定是垂直于杆的。②定量：弯矩M的第三种算法——利用刚结点平衡法。这样就使学生对梁和刚架内力计算的方法，由相对片面的认识迅速提高到了比较全面的认识。
1．2．4总结比较全面的五大步骤①支座反力：要求的一定是垂直于杆的，垂直于杆的不一定都要求出，应尽量少求。②分段：荷载不连续处，也可不分段，也应尽最少分段。③定形：按内力与荷载之间关系定形。④定量：弯矩M：截面法——适合计算杆端和杆上截面；叠加法—_置合计算杆上截面；刚结点平衡法——适合计算杆端截面。剪力Q：截面法，利用杆端弯矩法。轴力N：截面法，利用杆端剪力法。
1．2．5连图。根据杆件内力的微分关系和杆件内力图的图形规律，确定相邻控制截面间内力图形。 他们有了这样较全面的认识后加以系统训练，对梁和刚架的内力图的绘制就能做到举一反三，自由发挥了。
1．3引导学生进行探索性思维。在课堂上，一个好的教师不只是向学生“奉送真理”，而是还要教会学生主动地获取知识。去发现真理，以培养他们向未知世界探索的能力。结构力学是一门经典性课程，其理论体系已趋完善。在课堂上，如果教师一味地照本宣科，学生便会感到淡然无味，课堂气氛也就活跃不起来。如果教师能作为一名导游，把学生领到知识的海洋中。在每一个新问题前面，有意识地激发学生去探索未知领域，去发现真理，这就会给课堂带来活跃气氛。这种情境的造成，有的可从新问题的前后、左右设置引发思索的线索，引导学生进行探索性思维，有的则可重现该学科发展的历史情况，让学生设身处地，重新体验一次科学巨匠走过的探索之路。
例如，在讲位移法时，先画出一个九次结构让学生进行分析讨论用力法求解，学生茫然了，这么多的超静定次数，用力法实在太难解。这时，便引导学生思考，不用力法，能否找到更好的解法呢?学生的好奇心又来了，在引发了学生的好奇心的情况下，开始了介绍位移法产生的背景及位移法的思路。当讲完了位移法后．又可引导学生对多元的力法方程和位移法方程的解法产生怀疑(手算根本无法完成)，从而去思考新的方法：不解方程的渐近法，近似法，不用手算的矩阵位移法等等。只有让学生在不断的好奇和怀疑中，做到思想集中，持之以恒地去发现问题，这样也就培养了他们的洞察力和进行探索性思维的能力。
2 经典方法应用和分析能力培养
经典方法的理论是今后工程应用的基础，对应用型本科学生尤为重要，讲解时应着眼问题与工程实际的联系，掌握解决问题的思路。要培养学生具有灵活、合理、综合运用经典方法解决问题的能力。改变传统的以学科为中心组织教学的“学科中心”模式，实行“能力中心”的教学模式。突出理论联系实际，强调结构力学课程的综合性、实用性；强调培养学生分析问题、解决问题的能力和创新精神；充分调动学生的积极性和主动性。在教学安排上，缩减纯理论知识，以“必须够用”为原则，增加实用性知识，突出大专层次的教育特点。对一些重要概念的讲解，我们先将所要讲述的概念与实践中所遇到的一类现象联系起来．然后对其加以概括，抽象出其中的力学要素，最终引出该力学概念。样连结的?”等一系列问题，直到最后得到整个建筑物的计算简图，同时也得出了计算简图的定义。该定义及其上述分析过程一旦清楚了，我们对其他一些更为复杂建筑物计算简图的选取也就不难理解了。又如讲几何不变体系组成规则时，我们以生活中最常见的例子提问：“电线杆为什么要加一斜撑?”，并引导 学生联想所遇到的同类问题，要求学生举出同类问题的例子。引导学生逐步思考，最后即可得出三刚片法则，由此进一步得出其他法则。
由上可见，通过实际问题引出力学概念，使学生学会由实际问题归纳提炼力学要素的思维方法，是培养学生应用能力的必要手段。同时还要重视综合性习题训练，提高学生解决实际问题的能力。课程进行到一定阶段后，应注意对所学知识融会贯通，结合实际问题，加以综合运用。如讲完斜梁内力图计算后，应让学生对楼梯梁进行分析，确定其计算筒图，并进行内力计算；讲完排架内力计算后，应让学生对单层厂房排架结构进行分析，确定其计算简图，计算所承荷载，进行内力分析计算等等。
通过综合性习题训练，能够培养学生的思维能力和解决实际问题的能力。综合性习题训练是结构力学教学的一个重要方面。在教学中，布置适量的综合性习题，让学生选做或教师讲解，对于学生所做综合性习题，要求学生自己分析、检查，逐渐养成自我分析判断的习惯。改变了教师讲，学生听的灌输式教学方式。把一定的课时交给学生思考、讨论，充分发挥了学生学习的积极性、主动性，激发了学生的学习兴趣，同时也提高了学生分析、解决问题的能力。
3 实践和应用能力的培养
3．1加强实践训练。在教学过程中坚持理论联系实际，培养学生建立力学模型的能力，培养学生解决本专业工程实际问题的能力。但由于学生尚未真正接触实际工程，主要通过教师讲解、习题、讨论等形式了解工程，对如何利用结构力学知识解决实际结构的力学计算问题仍无从下手。为此，在授课内容结束后，我们安排了结构力学大作业。大作业之前，先带学生到学校或附近的建筑工地参观，解答学生的疑问，然后布置大作业题目。题目来源于实际工程，一般为多层多跨刚架，计算内容要根据专业、层次的不同具体确定。学生在教师的指导下完成计算简图的选取，然后用计算机计算出数据，并白行采用一种手算的方法进行校核。通过大作业这种实践性训练，提高了学生处理实际工程问题的能力，培养学生的综合能力。
3．2指导学生开展第二课堂活动。学生的能力仅靠课堂基本内容的学习培养是不够的，几年来，我们组织开展第二课堂活动，效果明显。首先，为考研学生义务举办结构力学总结与提高讲座，我校学生结构力学考研成绩大大提高。其次，积极组织学生参加各类力学竞赛和结构模型竞赛，培养造就优秀创新人才。2007年组织学生参加中南地区大学生结构力学竞赛，获得一个一等奖、一个二等奖和三个优秀奖的好成绩。学生参加了近几年参加湖南省大学生结构模型竞赛以及中南地区结构模型竞赛也获得了优异的成绩。
通过第二课堂活动的开展，进一步提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，增强了学生的科研意识，提高了科研水平，加强了学生的表达能力、发挥团队合作精神和协调组织能力。
4 结束语
课堂教学方法的改革，应当结合实践训练，适当开展第二课堂活动，对学生进行系统、全面和探索的思维模式培养，在经典方法的应用中进行分析能力的培养，加强实践训练和开展第二课堂对学生的实践和应用能力进行培养。课堂教学方法与教学手段的提高，有助于提高学生的分析问题和解决问题的能力，达到提高教学质量和教学效果的目的。
【关键词】 结构力学；教学；能力培养
随着科学技术的快速发展，各行各业对人才也提出了越来越高的要求。这就需要高等学校在培养学生时，既要注重理论知识的讲授，更要注重学生综合能力的培养，尤其是创新能力和自学能力的培养。结构力学在教学实践中也应如此。随着教学改革的逐步深入、扩展与延伸，许多院校不仅改革了课程体系。而且应用了各种多媒体教学手段，现在面临的最重要问题之一就是如何进一步改革教学方法，努力提高教学效果，尤其是如何更好地培养学生创造性思维的能力。结构力学是土木工程类专业的主要专业基础课。该课程的特点是：理论性强、概念多、方法技巧性要求高，课程内容系统庞大，其主要内容包括：杆件结构的组成规律、结构内力、位移、极限承载能力、动荷效应、结构稳定和结构矩阵分析。学生对这门课程体系的理解和掌握，直接关系到后续课程的学习、专业技能的培养以及解决实际工程问题的能力形成。在结构力学的教学中要研究学生的思维模式，改革教学方法，加强学生综合能力的培养是当前结构力学教学面临的重要问题。探讨结构力学的教学方法和如何达到培养学生能力的目标显得尤为重要。1思维能力的培养
1．1引导学生形成系统化的思维模式。由于学生在此之前已经有了理论力学、材料力学的基础知识，所以在结构力学的讲授中，学生比较容易形成系统化的思维模式。如在讲授力法一章时，应该结合材料力学中求解超静定结构的方法来讲解。材料力学中求解超静定结构的方法包含平衡方程、物理方程和几何方程，在力法中也用到了这三个方程，只是形式不同而已。力法方程本身是指结构满足的位移约束条件，其实质就是几何方程；而在求系数和自由项时考虑的是结构的变形．其实质就是物理方程；最后求内力时所用的叠加原理实际上就是平衡方程。通过对比教学，让学生积极地进行思维训练，客观地比较，不断地用比较正确的认识代替错误认识，慢慢地也就能养成良好的思维模式和习惯，为今后客观地、正确地认识新的事物形成一种系统的思维模式。
1．2培养学生形成全面的思维模式。所谓全面的所谓全面的思维模式．就是使学生对学过的内容能有一个全面的总结和高度的概括，在这样的高度概括和归纳下才能有一个全面的认识。只有这种全面的认识，才能把学到的东西举一反三，也就是活学活用。例如，在讲静定梁和刚架的内力计算时，可以以简支粱(上面作用有多种荷载)为例．带领学生一起做以下工作：求支座反力、对荷载不连续处分段、按内力与荷载的微分关系定型、用截面法求控制截面的内力、连图等五个步骤。
1．2．1按梁的内力计算方法，完成以下五大步骤：①支座反力：要全部求出。②分段：荷载不连续处均要分段。③定形：按内力与荷载之间关系定形。③定量：用截面法。⑤连图。
1．2．2取一有荷载的粱段进行分析讨论，补充或修改五大步骤中有关内容：①分段：荷载不连续也不一定要分段。②定量：弯矩M的第二种算法——叠加法。剪力Q的第二种算法一利用杆端弯矩法。
1．2．3用一刚架作进一步分析和讨论，再补充或修正五大步骤有关内容：①支座反力：要求的一定是垂直于杆的。②定量：弯矩M的第三种算法——利用刚结点平衡法。这样就使学生对梁和刚架内力计算的方法，由相对片面的认识迅速提高到了比较全面的认识。
1．2．4总结比较全面的五大步骤①支座反力：要求的一定是垂直于杆的，垂直于杆的不一定都要求出，应尽量少求。②分段：荷载不连续处，也可不分段，也应尽最少分段。③定形：按内力与荷载之间关系定形。④定量：弯矩M：截面法——适合计算杆端和杆上截面；叠加法—_置合计算杆上截面；刚结点平衡法——适合计算杆端截面。剪力Q：截面法，利用杆端弯矩法。轴力N：截面法，利用杆端剪力法。
1．2．5连图。根据杆件内力的微分关系和杆件内力图的图形规律，确定相邻控制截面间内力图形。 他们有了这样较全面的认识后加以系统训练，对梁和刚架的内力图的绘制就能做到举一反三，自由发挥了。
1．3引导学生进行探索性思维。在课堂上，一个好的教师不只是向学生“奉送真理”，而是还要教会学生主动地获取知识。去发现真理，以培养他们向未知世界探索的能力。结构力学是一门经典性课程，其理论体系已趋完善。在课堂上，如果教师一味地照本宣科，学生便会感到淡然无味，课堂气氛也就活跃不起来。如果教师能作为一名导游，把学生领到知识的海洋中。在每一个新问题前面，有意识地激发学生去探索未知领域，去发现真理，这就会给课堂带来活跃气氛。这种情境的造成，有的可从新问题的前后、左右设置引发思索的线索，引导学生进行探索性思维，有的则可重现该学科发展的历史情况，让学生设身处地，重新体验一次科学巨匠走过的探索之路。
例如，在讲位移法时，先画出一个九次结构让学生进行分析讨论用力法求解，学生茫然了，这么多的超静定次数，用力法实在太难解。这时，便引导学生思考，不用力法，能否找到更好的解法呢?学生的好奇心又来了，在引发了学生的好奇心的情况下，开始了介绍位移法产生的背景及位移法的思路。当讲完了位移法后．又可引导学生对多元的力法方程和位移法方程的解法产生怀疑(手算根本无法完成)，从而去思考新的方法：不解方程的渐近法，近似法，不用手算的矩阵位移法等等。只有让学生在不断的好奇和怀疑中，做到思想集中，持之以恒地去发现问题，这样也就培养了他们的洞察力和进行探索性思维的能力。
2 经典方法应用和分析能力培养
经典方法的理论是今后工程应用的基础，对应用型本科学生尤为重要，讲解时应着眼问题与工程实际的联系，掌握解决问题的思路。要培养学生具有灵活、合理、综合运用经典方法解决问题的能力。改变传统的以学科为中心组织教学的“学科中心”模式，实行“能力中心”的教学模式。突出理论联系实际，强调结构力学课程的综合性、实用性；强调培养学生分析问题、解决问题的能力和创新精神；充分调动学生的积极性和主动性。在教学安排上，缩减纯理论知识，以“必须够用”为原则，增加实用性知识，突出大专层次的教育特点。对一些重要概念的讲解，我们先将所要讲述的概念与实践中所遇到的一类现象联系起来．然后对其加以概括，抽象出其中的力学要素，最终引出该力学概念。样连结的?”等一系列问题，直到最后得到整个建筑物的计算简图，同时也得出了计算简图的定义。该定义及其上述分析过程一旦清楚了，我们对其他一些更为复杂建筑物计算简图的选取也就不难理解了。又如讲几何不变体系组成规则时，我们以生活中最常见的例子提问：“电线杆为什么要加一斜撑?”，并引导 学生联想所遇到的同类问题，要求学生举出同类问题的例子。引导学生逐步思考，最后即可得出三刚片法则，由此进一步得出其他法则。
由上可见，通过实际问题引出力学概念，使学生学会由实际问题归纳提炼力学要素的思维方法，是培养学生应用能力的必要手段。同时还要重视综合性习题训练，提高学生解决实际问题的能力。课程进行到一定阶段后，应注意对所学知识融会贯通，结合实际问题，加以综合运用。如讲完斜梁内力图计算后，应让学生对楼梯梁进行分析，确定其计算筒图，并进行内力计算；讲完排架内力计算后，应让学生对单层厂房排架结构进行分析，确定其计算简图，计算所承荷载，进行内力分析计算等等。
通过综合性习题训练，能够培养学生的思维能力和解决实际问题的能力。综合性习题训练是结构力学教学的一个重要方面。在教学中，布置适量的综合性习题，让学生选做或教师讲解，对于学生所做综合性习题，要求学生自己分析、检查，逐渐养成自我分析判断的习惯。改变了教师讲，学生听的灌输式教学方式。把一定的课时交给学生思考、讨论，充分发挥了学生学习的积极性、主动性，激发了学生的学习兴趣，同时也提高了学生分析、解决问题的能力。
3 实践和应用能力的培养
3．1加强实践训练。在教学过程中坚持理论联系实际，培养学生建立力学模型的能力，培养学生解决本专业工程实际问题的能力。但由于学生尚未真正接触实际工程，主要通过教师讲解、习题、讨论等形式了解工程，对如何利用结构力学知识解决实际结构的力学计算问题仍无从下手。为此，在授课内容结束后，我们安排了结构力学大作业。大作业之前，先带学生到学校或附近的建筑工地参观，解答学生的疑问，然后布置大作业题目。题目来源于实际工程，一般为多层多跨刚架，计算内容要根据专业、层次的不同具体确定。学生在教师的指导下完成计算简图的选取，然后用计算机计算出数据，并白行采用一种手算的方法进行校核。通过大作业这种实践性训练，提高了学生处理实际工程问题的能力，培养学生的综合能力。
3．2指导学生开展第二课堂活动。学生的能力仅靠课堂基本内容的学习培养是不够的，几年来，我们组织开展第二课堂活动，效果明显。首先，为考研学生义务举办结构力学总结与提高讲座，我校学生结构力学考研成绩大大提高。其次，积极组织学生参加各类力学竞赛和结构模型竞赛，培养造就优秀创新人才。2007年组织学生参加中南地区大学生结构力学竞赛，获得一个一等奖、一个二等奖和三个优秀奖的好成绩。学生参加了近几年参加湖南省大学生结构模型竞赛以及中南地区结构模型竞赛也获得了优异的成绩。
通过第二课堂活动的开展，进一步提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，增强了学生的科研意识，提高了科研水平，加强了学生的表达能力、发挥团队合作精神和协调组织能力。
4 结束语
课堂教学方法的改革，应当结合实践训练，适当开展第二课堂活动，对学生进行系统、全面和探索的思维模式培养，在经典方法的应用中进行分析能力的培养，加强实践训练和开展第二课堂对学生的实践和应用能力进行培养。课堂教学方法与教学手段的提高，有助于提高学生的分析问题和解决问题的能力，达到提高教学质量和教学效果的目的。