浅析问题教学法在结构力学课程中的应用

浅析问题教学法在结构力学课程中的应用

戴烽滔

西南科技大学四川绵阳621000

摘要：我国经济的快速发展带动我国其它行业发展迅速。问题教学法在我国古代早有论述，如朱熹的“读书无疑者，须教有疑，小疑则小进，大疑则大进”。问题教学法的核心是问题设置，通过问题诱发学生自主学习的欲望，培养主动学习的习惯，通过循环往复不断优化自主学习方法，提高学生学习能力的教学方法。

关键词：问题教学法；结构力学课程；应用

引言

我国教育事业的快速发展离不开国家经济的大力支持。在所有专业课中课时量最多，且占学分最高。它以高等数学、线性代数和微分方程等数学课程，以及材料力学、理论力学等力学课程为基础，在各门专业课程的学习中起着承上启下的作用，在土木工程系列的结构、房建、桥梁、水利、道路以及地下工程等各专业的学习中都占有重要地位。

1结构力学课程教学的特点

（1）知识点多，前后内容环环相扣。既有平面几何组成规律的内容，也有静力荷载作用下五种基本类型结构（梁、拱、桁架、刚架和组合结构）的内力与位移计算问题，还有影响线问题，结构的动力计算、弹性稳定、塑性分析与极限荷载等内容。平面几何组成分析的学习有助于了解结构中杆件组成的相互关系，便于选择对应的计算方法；静定结构中平衡方程与截面法是内力计算的基础，其掌握的程度直接影响后续静定结构的位移计算；而静定结构的位移计算又是超静定结构内力计算的基础；静力荷载下的内力与位移计算是动力荷载结构响应分析的基础；结构的弹性设计又是结构塑性设计与极限荷载计算的基础。（2）实践性强，与工程实际联系紧密。结构力学中很多计算都是以计算简图作为分析的对象，计算简图的简化是联系实际与计算模型的桥梁，计算简图的合理选择是结构分析的一个重要环节，也是必须解决的首要问题。计算简图的简化要把握“存本去末”与“计算简化”两个基本原则，其简化要点有结构体系的简化、杆件的简化、结点的简化、支座的简化、荷载的简化和材料性质的简化。这就要求教师要重点讲解计算简图知识点，选取不同的工程实例进行讲解，以五种基本结构为原型，不仅讲清楚题目的工程背景，而且要指出哪些是主要因素必须考虑，哪些是次要因素可以忽略。（3）方法灵活，概念与原理的掌握成为根本。结构力学中几何组成分析中三个规则的灵活应用，静定结构内力计算截面法的选取，超静定结构内力计算不同方法的优化选择，影响线的快速绘制等问题，针对这些不同的问题，有着不一样的解法，这就要求教师重点介绍每一种方法的基本原理，挖掘概念、原理及方法的本质，通过讲解典型例题，让学生体会每一种方法的具体应用，不断地变换约束前提条件，分析计算结果的异同，让学生印象更加深刻，避免单纯地做题而缺乏对题目的深刻分析与延伸。

2问题教学法在结构力学课程中的应用

2.1注重问题设计的针对性

针对性一方面指问题应遵循教与学的实际需要而定，围绕教学的重点和难点，同时，还要针对学生的学习心理特征，问题要能够启动学生心理上的新需求，能够触发学生潜在水平到现实水平的最近发展区。如静定刚架的内力计算问题，重点是要求学生掌握内力的具体计算和刚结点的性质，刚架是由多根杆件通过部分或全部刚结点连接而成，那么，求解的思路就是，能否把刚架离散成一个个单跨梁来进行分析呢？在离散过程中，从哪里断开比较合适呢？合适与否由什么来决定？事实上在刚结点处断开和打断梁式杆是等同的。随着问题的深入，刚结点的特性也就总结出来了。同时还可追问什么样的外力会在杆件中引起弯矩？什么样的外力会在杆件中引起剪力？什么样的外力会在杆件中引起轴力？通过对结构内力特性的定性分析，使得学生对单跨梁的理解进一步加强。

2.2理论与实践相结合的教学形式

目前，大多数高校仅开设结构力学理论课程，且课时量都进行了一定缩减，使得学生在学习过程中感到非常枯燥乏味，难学难懂，本应是在实际工程当中应用非常广泛的课程，却在教学过程中严重脱离实际，这是当下这门课程的教学水平处于瓶颈状态的关键所在。对于目前各高校普遍存在的此类问题，可通过增设结构力学实践课程及结构力学课程设计来达到改善教学质量的目的。实际上，本课程对实验室场地，实验设施，实验材料等方面的要求并不高，无需大型设备，只需一定空间的场所，并采购一些制作模型所需的实验材料和工具即可，所需费用不大，对场所要求较低，相对来说属于易实施，花费低的教学改革方案。通过增设相关实验课程，可以使得学生有机会通过亲自动手制作模型，进行相关受力分析及位移计算，从而更加熟练的掌握结构的力学计算方法，增强学生创新实践能力，也可为在校期间参与结构大赛等大型竞赛活动打下非常坚实的基础，培养出更加符合新形势新要求的新型综合性人才。

2.3注重问题的启发性

问题设置水平的高低，一个重要的衡量因素就是问题是否具有启发性。具有启发性的问题不是非此即彼的问题，而是具有开放性，这样才能使学生放飞思绪，调动思维的积极性。如在力法求解超静定结构中，基本未知量的确定是通过去除多余约束来确定的，因为多余约束不是唯一确定的，显然，基本结构的选取也不唯一，如何优选基本结构呢？好与不好的区别就在于是否方便计算。由于个人习惯不同，不同的同学可能会选择不同的基本结构，授课教师通过对不同形式基本结构的求解过程进行对比，可以初步帮助同学们树立优化设计的思想，即使条条大路通罗马，便捷的道路总是让人青睐的。

2.4课程内容根据不同专业方向来设置现阶段

土木工程专业主要包含三大方向，岩土工程、交通土建以及建筑工程，对于传统的结构力学教材而言，基本上过半的工程实例都是建筑工程方向的，为了使交通土木工程方向的学生能够结合实际情况学习本课程，除了现有教材的工程实例外，还需要根据专业重点适当调节每章的比例，工程实例和学时。如，交通土木工程中“道路”和“桥梁”的应力分析是一个移动荷载，对结构有很大影响。所以，应该增加交通土木工程方向结构力学课程中“影响线”一章的比例，并增加相应的工程实例。此外，在解释相应内容时，应根据不同方向调整实例。

2.5注重问题的效果导向

课堂教学有课时的限制，也有教学内容的限制。因此课堂上不可能无限延展，事事都琢磨，教师在设计问题时要预期学生掌握什么知识点，获得什么能力，设计能够起到事半功倍的问题，以达到不断提高课堂教学质量的目的。如超静定结构含斜杆刚架的位移法问题，关键问题是结点的线位移的确定，因此，问题需要围绕结点线位移的定性与定量两个层面展开。

结语

问题教学法的实施，教师是总设计师，在这样一个充满探究的学习模式里，教师的工作任务会更加繁重，不仅要备好课，还要有一整套完整的问题教学设计，教师需要具有深厚的专业知识功底和丰富的教育教学经验，才能有效地进行问题设计和处理教学中可能遭遇的种种意外情况，在特定的时间内完成特定的任务。

参考文献

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[2]马赫穆托夫.问题教学[M].王义高，等，译.南昌：江西教育出版社，1994.

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