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摘要：文章首先分析了土木建筑專業結構力學教學現狀，然后提出了土木建筑專業結構力學教學改革策略，包括合理利用課堂教學和在線平臺，提高整體教學質量；培養學生自主學習能力和實踐操作能力；改變傳統的教學模式和手段，強調引導、啟發、互動的多樣化教學。

關鍵詞：結構力學教學；土木建筑專業；在線平臺結構力學

作為土木建筑專業的專業必修課，是理論知識與工程實踐相結合所形成的一門基礎學科。該課程是理論力學與材料力學的延伸，是學習結構設計、結構抗震等其他專業課程的基礎，在教學中起著溝通理論知識和工程實踐的橋梁作用，其教學質量決定了后續相關專業課程的教學效果[1]，并直接影響學生解決實際工程問題能力的培養，因此重要性不言而喻。隨著社會經濟的高速發展，土木建筑專業結構力學教學改革應該落實細化在點滴操作上，加快改革步伐，將現實的教學障礙逐一打破，這樣才能滿足時代發展的需求[2]。

一、土木建筑專業結構力學教學現狀

結構力學課程的內容可分為兩個模塊[3]。第一個模塊為結構靜力學部分，該部分內容是后續課程的基礎，相對比較簡單，主要包括結構幾何組成分析、剪力彎矩的計算與作圖、結構的位移、力法位移法計算與作圖。結構靜力學內容一般采用循序漸進方式進行教學：首先讓學生對整個結構的幾何狀態進行判斷分析，確定靜定與非靜定問題，然后學習各種簡單靜定結構的彎矩、剪力計算方法，并通過作圖的方式直觀體現出來，接著教學生怎么計算結構的位移，最后在前面課程打好基礎的前提下，讓學生學習靜力學最難的部分———運用力法與位移法求解超靜定結構。結構靜力學部分主要研究工程結構在靜載荷作用下的力學響應，目的是讓學生直觀了解工程結構的變形特征，并以此引申出結構優化的原理，這是結構力學其他分支學科的基礎。第二個模塊為結構動力學部分，該部分內容與靜力學部分內容相比較為深奧，主要包括單自由度和多自由度的自由振動、簡諧振動，相對比較抽象，所以學生理解和掌握該部分內容比較困難。結構動力學部分主要研究工程結構對動載荷的力學響應及位移變形。通過近年來對多所高校土木建筑專業教學反饋意見的總結和對學生考試情況的統計分析，筆者發現當前結構力學教學中普遍存在下列問題[4]。一是結構力學課時嚴重被壓縮，不能滿足課程教學所需的最短課時。課程結束時，大部分學生基本上只學完了結構靜力學部分內容，對于動力學部分則只是淺嘗輒止，沒有進行全面徹底的學習，也就是說，結構動力學部分內容的學習都是大而化之。這不符合相應的培養計劃，會使學生難以在有限的課時內掌握教學大綱要求的內容。而且由于結構力學邏輯性強，計算也比較復雜，學生需要一定的消化吸收時間，這樣很容易使學習進度與教學進度出現脫節。二是往往只進行課堂理論教學，缺乏與工程實踐的銜接。結構力學是一門理論性、應用性很強的學科，其理論知識被廣泛應用于工程實踐。但課程教學基本在課堂上完成，缺乏實踐操作，這就導致學生在就業時會發現所學理論知識和工程實踐變成了兩條平行的軌道，相差甚遠，最終只是獲得了一個紙上談兵的“空”學歷。如此缺乏實踐操作的課堂教學與知識轉化為能力的要求不符，與社會發展對教學改革的需求不符。三是教學方式太過于傳統，未能迎合時代潮流。據了解，大部分學校最新的結構力學培養方案基本沿襲了以往培養模式，即“教師課堂授課+布置課后作業+課堂出勤+實驗考核+期末考試”的模式，通過上述形式考核學生對知識點的掌握程度和學習情況。新冠肺炎疫情發生以來，課程主要采用網上授課方式，課上教師大多數是以視頻或圖片的形式講述知識點在工程中的應用。這導致接受能力及自律能力有限的學生只能被動地學習，疲于應付作業和考試。另外，現有培養方案是參照土木工程專業編制的，缺乏與交通工程專業及計算機軟件相結合的創新意識，未能體現發展交叉學科的學習優勢，導致學生學習的目的性不強，不清楚學習結構力學對自己有何用處，無法深入學習結構力學。同時，教材未能體現專業特色，與土木工程等專業學生所用教材完全一致。在教學模式方面，結構力學一直都以理論教學為主，教學方式較為單一。四是從結構力學的教學內容來看，欠缺復雜問題計算手段的深入探究。傳統的結構力學教學在方向上沒有太大問題，但是當采用結構求解器等現代計算手段計算實際工程問題時，學生感受不到真實的計算過程，往往不理解結果是怎么實現的，會覺得土木建筑專業很“低端”。當然，學生不能忽視在簡化計算上的努力，如彎矩分配法等，但是更不能忽視近幾十年來計算手段的發展，正是由于計算手段的改進，才可以如此輕松地完成復雜問題的求解。因此，結構力學課程教學應該把現代計算手段融入進來，讓學生知道工程復雜結構問題求解到底是怎么實現的，這是課程教學內容的需要，是結構力學課程改革的需要，也是完善本科人才培養的需要。目前，大部分高校土木建筑專業結構力學改革[5]都會面臨以上問題。我國正處于快速發展階段，培養人才的重任主要落在各大高校身上。高校培養的人才主要分為應用型人才和研究型人才兩種。其中，應用型人才的培養主要側重于教會學生如何“用”。學生畢業后大部分從事基礎建設行業，在建筑、橋梁和巖土等工程領域及相應的設計院、施工單位和知名企業等單位工作，為祖國建設交通強國奉獻自己的力量，是土木工程行業的中堅力量。而研究型人才的培養主要側重于告訴學生“為什么是這樣”。學生畢業后有相當一部分會進入高校、研究所和企業研發部門等單位工作，主要從事學術研究、技術創新和產品研發等創造性工作，是創新型人才。目前，在土木建筑專業結構力學教學中存在如下問題：課程教學課時不足以支撐教學內容需求，致使學生理論基礎不夠牢固；理論教學缺乏與工程實踐的結合，阻礙了學生把理論知識應用于工程實踐的能力的培養，嚴重制約了應用型人才的培養；課程教學方式單一，與先進計算手段發展相脫節；等等。在新的歷史發展階段，為了培養國家需要的多層次、多類別高素質專業技術人才，以上結構力學教學中存在的問題都亟待解決，結構力學教學改革迫在眉睫。

二、土木建筑專業結構力學教學改革策略

為深入實施人才強國戰略，并為國家人才強國建設培養高素質專業技術人才，解決結構力學教學中存在的普遍問題，本文提出了三種用于土木建筑專業結構力學教學改革的可行性策略。

（一）合理利用課堂教學和在線平臺，提高整體教學質量

對于結構力學教學，教師可以根據學生的上課狀態和線下作業反饋情況，有的放矢地調整教學內容，同時要借助在線平臺，提高教學質量。結構力學主要分為兩個模塊：靜力學和動力學。結構靜力學部分主要包括體系的幾何組成分析、靜定結構的內力和位移計算、影響線、力法、位移法等。教師首先應該重視課程中的基本概念、原理和方法，同時突出重點，有所取舍，不斷歸納總結解決問題的方法思路。現在已進入“互聯網+”時代[6]，課程教學也應該緊跟時代步伐，積極開發利用線上平臺，如開發結構力學微信小程序，讓學生可以通過小程序動態練習繪制靜定結構的內力圖，計算桁架的內力，劃分位移法和力法中的半結構等，這樣既能提高學生對結構力學課程學習的積極性和參與度，也能鞏固學生在課堂所學的內容，讓學生的知識學習體系形成閉環。結構動力學是結構靜力學的延伸且比較抽象，這阻礙了學生對新知識的接受。隨著科學技術的發展，多媒體授課打破了以往課堂教學只有黑板和教材的局面。多媒體授課可以做到圖文并茂、視頻解說，能刺激學生視覺和聽覺，把學生的積極性和興趣調動起來，提高授課質量。例如，多自由度有阻尼振動問題比較抽象難懂，對此，教師可以借助多媒體解說大量工程實踐圖片，使這一問題變得直觀形象，再組織學生分組討論，從而加深學生對該問題的認識，進而提煉其中蘊含的理論知識。在課堂教學時間有限的情況下，如何通過“互聯網+大數據”進行教改突圍，提高教學質量，是學校和教育管理者需要思考的問題[7]。學校和教師可以借鑒已有的線上線下教育模式經驗，根據不同專業特點，搭建基于PC端網頁、手機端APP的在線教育應用框架，在更加熟練地應用在線學習工具的基礎上，提高學生接受知識的能力，使其合理利用有限時間，提高學習效率。教師平時主要以課堂授課為主，同時在線上引進明星教師的網課等優質資源供學生補充學習。借助線上學習平臺，構建更加完善的數據反饋機制，能有效提高教學質量。教師可以通過采集學生學習進程數據和錯題統計分析，結合線上答疑情況，切實掌握學生總體學習情況；也可以借助后臺數據全方位展現學生個體知識掌握情況，因材施教。

（二）培養學生自主學習能力和實踐操作能力

教師除了講解結構力學基本知識，也可以向學生傳輸結構力學前沿知識，為以往枯燥的結構力學授課注入活力，充分調動學生的好奇心和學習積極性，使理論知識和工程實踐這兩個原本并行的軌道合二為一，在實踐教學中提高教學質量，同時還要對陳舊的教學內容進行更新換代，使其與社會發展接軌，滿足國家高素質專業人才培養需求。目前，主要應用結構力學理論知識解決實際復雜工程問題的結構設計工作都是通過計算機來完成的。對于結構設計采用的矩陣位移法，教師可以通過對計算程序的講解，使學生理解問題求解的過程，轉抽象為具體。同時，教師可以向學生介紹現今應用較廣泛的結構設計軟件PKPM[8]及大型有限元分析軟件ANSYS[9]，培養學生把教材中的例子及工程問題轉化為計算機分析模型的能力。學生在編寫程序、使用結構力學相關軟件的過程中，能加強自主學習能力的培養，同時也能加深對結構力學理論知識的理解，這有助于提高學生解決實際工程問題的能力，為其將來參加工作奠定扎實基礎。對于動手實踐能力的培養，高校也可以通過舉辦力學建模大賽，讓學生結合所學的理論知識和各種常見的土木工程材料，自己動手創作一個設計感強又符合力學原理的模型來實現。力學建模力求反映力學問題的科學性、趣味性與實踐性。活動著重開闊學生的視野，培養其透過現象看本質的本領，并提升其將理論知識綜合應用于實踐的能力。因此，教師只有將理論和實踐有效結合起來，才能相得益彰，收到事半功倍的效果，教學質量才會更佳。

（三）改變傳統的教學模式和手段，強調引導、啟發、互動的多樣化教學

隨著中國大學MOOC[10]及智慧樹等的普及，網絡上有太多的精品和優質課程資源，基于此，教師也要與時俱進地提高自己，學習這些優質資源里面的教學理念，進行教學模式與思想革新。第一，加強學習輔導，注重課后答疑。課后答疑是教學中的重要一環。結構力學課程中，學生人數相對較多，且對知識的掌握程度參差不齊，對此教師可以采用課后輔導的方式，幫助基礎薄弱、對新知識接受能力較差的學生進行知識鞏固。教師可以一周可以開設一節輔導課，把學生集中在一起，安排學習輔導，消除本周的疑慮與難點，從而方便學生后續的學習。答疑也是拉近師生關系的重要一步，基于此，教師可以很好地了解學生平時學習、課后作業完成的情況，還可以收集學生對課程教學的意見和要求，總結、發現普遍存在的問題，同時反思課堂教學的不足，進而不斷改進教學工作。第二，樹立多變幽默的講課風格，突出個性。教師應運用風趣幽默的語言進行課堂教學，做到特色教學。例如，講到結構分析中的附屬結構時，教師可以用樹干形容多跨靜定梁的基本機構，用樹枝形容附屬結構，這樣一來，多跨靜定梁的基本部分和附屬部分的受力關系就一目了然了，這種講課風格既活躍了氣氛，又使得枯燥的結構力學課堂多了幾分生氣。第三，當前教育必須適應新的改革模式，對教學評價體系進行變革。教師應借鑒相關的教育改革經驗，根據本校的實際情況對已有的教育評價體系進行改革或優化。對于傳統的教學考核模式“教師課堂授課+布置課后作業+課堂出勤+實驗考核+期末考試”，教師應該對其進行改良，增添一些新的且具有區分度的考核方法，如采用分組交叉考核，考核內容分為口語加筆試。以學生為主體，以學情分析為主要目標，可以把教學評價過程初步劃分為以下環節：預教學測試、考試評估、數據剖析、質量改進和融合實踐。在學校的支持協助下，教師應把這種評估模式落實到每一個學科及每一個學生個體上，為學生綜合素質的提升提供依據和保障。在基于學習過程數據進行學情分析的同時，學校可以借鑒“雙師同步教學”，搭建雙師教育平臺，鼓勵優秀教師、骨干教師通過網絡對其他區域學生進行指導，促使本地學生都能享受優秀教師的精準輔導，驅動優勢教育資源、服務流轉。

三、結語

土木建筑專業結構力學是一門重要的技術基礎課程，對其進行教學改革時，教師所有的思考與建議都要基于一個共同的出發點，即為了培養出國家需要的多層次、多類別高素質土木建筑專業技術人才。因此，在今后的教學工作中，教師只有明確培養目標，不斷改進教學方法，與時俱進地更新教學內容，運用最新科技發展平臺，不斷提升自身能力本領，才能使培養出的學生肩負起時代賦予的重任。

作者:李浩 江聰 余昭剛 單位:華東交通大學土木建筑學院