结构力学课程教学改进路径.pdf
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1、西部素质教育2023 年 10 月第 9 卷第 20 期DOI:10.16681/ki.wcqe.202320040作者简介:匡志平(1965),男,教授,博士研究生导师。研究方向:混凝土结构抗爆与破坏分析。注:本文系吉林省高教学会高教科研课题“新工科背景下高校土木工程专业 理论力学 课程数字化教学模式研究”(编号:JGJX-2023D54)。摘要:文章从整合教学内容,优化课时分配;以专业为导向,创新教学设计;掌控课堂节奏,综合运用教学方法;构建互动机制,帮助学生掌握知识;灵活布置作业,巩固课堂内容;建立多元化考评体系六个方面阐述了结构力学课程教学改进路径。关键词:结构力学课程;建筑工程;多媒
2、体教学中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号:2095-6401(2023)20-0167-04结构力学课程作为建筑工程方向的专业基础课,是学生由基础课程学习转向专业课程学习的必修环节。该课程的先修课程包括高等数学、线性代数、理论力学等基础课程和基础理论课程1-3。与此同时,结构力学课程又是混凝土结构设计原理等专业课程的基础,在整个专业体系中具有承上启下的枢纽作用。结构力学课程教学效果直接影响着后续混凝土结构设计原理、钢结构等主干课程的教学效果4-5。结构力学课程的特点是重基础概念、定理及定义,每一章节内容紧密连接、环环相扣,逻辑性强,同时与工程实践结合较紧密,相关工程结构类型较多,题
3、型求解方法灵活多变且过程较为烦琐6。另外,力学基础是否牢固对学生未来从事结构设计或现场施工等实践工作有直接影响7-10。由此可知,该课程既可为专业课程提供基础理论,也可为实践教学提供理论计算依据。结构力学课程理论性较强、知识点多,学习起来很容易感到枯燥乏味,尤其是如何更好地将理论在实践中进行应用是极为重要的内容11-13。这对教学工作提出了较高要求,故如何提高教学质量,改善学生的学习效果成为结构力学课程教学的重点14-15。然而当前结构力学课程教学有如下不足之处:淤教学内容未进行整合优化,各部分学时分配较为平均,不能突出专业结构特点;于授课时教师仅就书本上的例子进行了讲解,缺乏与所学专业课程的
4、联系,这对学生在后续专业学习过程中灵活运用基础知识比较不利;盂在授课过程中,教师对课堂节奏把握不准,题目讲解针对性不强,对于现代化教学方法的运用不充分;榆师生之间的互动比较一般,不能很好地调动学生的学习兴趣,体现不出学生“学”的主体地位;虞作业布置形式单一,缺乏良好的类型设计,对学生自主学习不利;愚考评体系单一,无法从多方面体现出学生对知识点的掌握状况。基于此,笔者拟结合这些年的教学经验,针对结构力学课程教学提出一些改进路径。一、整合教学内容,优化课时分配结构力学课程教学首先要保证基本力学内容框架,然后根据专业特点和相应的人才培养目标进行针对性教学,形成满足专业需求的教学内容架构。同时,灵活分
5、配课时,一方面要考虑到静定结构的分析是学习结构力学课程的基础,如后续课程(位移法与力法等课程)的学习都需要学生熟练绘制静定结构弯矩图,因为通过绘制弯矩图能强化学生对基本力学概念的理解,另一方面要对部分学习难度较大而专业应用面较小的知识点进行适当缩减,这些节省下来的课时可用于讲解课程中的重要内容,以便学生熟练掌握实用性较强的知识点,如图乘法。二、以专业为导向,创新教学设计结构力学课程是土木工程、水利水电和环境工程等专业共同的专业基础课,但每个专业讲授的内容侧重点不同,这就需要教师根据不同的专业方向有针对性地创新教学设计。即教师要通过合理规划授课内容,引导学生循序渐进地进入课程学习,让学生在学习过
6、程中逐渐将其与自己所学专业联系起来。同时,教师要根据教学大纲,突出教学重点、把握教学难点,水到渠成地引导学生学习专业知识。结构力学课程教学着重培养学生分析问题的能力、计算复杂结构的能力、判断基本结构问题的能力和自学未知课程的能力,故教师还要结合专业方向选用合适的教学素材,必要时相关内容须配备相应的图片和视频文件,以避免讲解时无专业背景的素材。这样有利于引导学生向专业方向发展,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习积极性。结构力学课程教学改进路径匡志平1,谢雷2*(1 同济大学土木工程学院,上海,200092;2 延边大学工学院,吉林 延吉,133002)三、掌控课堂节奏,综合运用教学方法(一)掌控
7、课堂节奏结构力学课程理论性强,如果单纯进行计算理论讲解,很容易使学生感到枯燥,进而不易于理解。故为了激发学生的学习积极性,教师需要用诙谐的语言生动地表述课程内容,将生活中的实际工程案例融入结构力学课堂教学,帮助学生理解所学内容。课程讲解过程中教师要运用通俗易懂的语言将重要的基础理论表述出来,尤其需要将实际工程与结构力学基本理论相结合。将抽象概念与实际工程联系的过程能够使学生理解专业概念,提高学生的学习积极性。同时,采用实际案例导入教学法可以启发学生将抽象的概念与实际工程结构相联系,促进学生对结构力学相关问题的进一步思考,提高学生分析与解决问题的能力。教师应把握课堂授课时间,准确地讲授知识点,既
8、要清晰讲述基本理论,也要恰当举例,避免啰嗦。每个知识点都要配有适量的练习题,以加深学生对问题的理解。同时,通过典型题目讲解,学生能清晰地理解所学知识点,遇到类似问题也能够举一反三。对于似是而非、易于混淆的知识点,要配有针对性的题目加以强化训练,且对于一些知识点可以变换工程背景进行多角度举例,如不同种类荷载对于结构作用产生的弯矩图是不同的,但这些图形也有规律可循。另外,要将知识点进行分类,当学生彻底消化一个知识点后再讲解下一个知识点,这样可避免知识点讲解过于集中,导致学生难以消化的问题。概言之,结构力学课堂教学要以学生为中心带动师生互动,每一个知识点的讲解都要采用启发式提问,引导学生联系实际工程
9、案例,且要调动学生回答问题的积极性,使教学呈现良性循环。教学循环路线如图 1 所示。图 1 课堂循环路线(二)综合运用教学方法随着科技的发展进步,运用多媒体教学能够促进学生吸收所学知识。众所周知,传统教学运用板书教授课程。相比多媒体教学,板书教学虽然有一定的优点,如结构清晰、速度适中,但不足之处也非常明显。因此,结构力学课程运用多媒体教学,采用色彩鲜艳的图片、视频,能够让学生对工程理论产生感性认识,避免单纯抽象地理解工程结构问题。例如,结构力学课程绪论部分可以引入必要的工程实例图片,针对各种类型结构进行详细介绍,使学生在脑海中构建出相应概念;展示工程结构相关图片与动画,这对于学生绘制结构力学中
10、静定钢架等内力图有重要的示范效应;对于塑性铰和结构振型等概念,运用多媒体教学也同样具有优势,像通过动影像的表达,可以使学生清晰地理解学习内容;在矩阵位移法教学中可运用多媒体将海量公式进行图片展示,这样可减少教师板书时间,使其投入更多精力透彻讲解原理、概念及其应用。概言之,通过多媒体教学,学生可以直观看到模型、图表,实现了短时间内板书所无法实现的功能。同时,运用多媒体教学进行大班上课,可以节约教学资源、缓解教育资源紧张的状况。另外,多媒体课件图形大、文字工整、表达清晰,可提高授课效率。结构力学课程综合运用教学方法路线如图 2 所示。图 2 结构力学课程综合运用教学方法路线四、构建互动机制,帮助学
11、生掌握知识结构力学课程教学中,师生之间纵向的教与学并不足以实现学生对知识的良好掌握,还需要构建师生、生生互动机制,以便教师及时掌握学生的学习动态,解答学生的学习疑惑。因此,学生应以团队为单位、以工程结构项目为引导,在教师的帮助下形成联动小组,构建师生、生生之间紧密互动的机制。例如,教师可根据工程实际情况精选一批建筑结构,然后在学生中成立项目小组,每个小组可以选择一个建筑结构类型进行相关模型制作。当完成模型制作后,每个小组要在教师协助下进行模拟加载并验证模型是否可靠。同时,所有西部素质教育2023 年 10 月第 9 卷第 20 期西部素质教育2023 年 10 月第 9 卷第 20 期小组需要
12、在课堂上讲述本组模型的构造、力学原理及加载成功与失败的经验总结,以便通过实际动手制作促进对结构力学专业知识的掌握。概言之,通过构建师生、生生互动机制,小组成员之间通过分工协作、互相帮助,并与教师积极沟通形成互动,既补充了学生知识的短板,又锻炼了学生的合作能力及团队协作精神。通过举办这类活动,学生还可以认识到结构力学理论知识是如何运用在实践中的,进而从多方面帮助学生掌握知识。即在这类活动中,教师可以对学生讲授结构力学知识在前沿科学中的应用,探讨日常生活中常见工程项目中蕴含的结构力学原理。例如,对于复杂工程结构的计算,多数教师采用计算机并运用结构力学的知识进行求解,因此通过讲解计算机程序,教师可以
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