發布時間：2022-04-18 08:38:09
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇結構力學論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1當前結構力學課程教學中存在的問題
在現有的培養模式下，當前應用型本科院校結構力學教學中普遍存在下列問題：
1.1課時有限
各類本科院校目前都存在這樣一個問題，公共課占用課時過多，造成大部分專業課課時大幅削減，結構力學也不例外，從而使教學內容多，學時少的矛盾日漸突出，因此應用型本科必須對結構力學相應的教學內容進行調整。
1．2教學手段單一
結構力學課程理論性較強，講授內容繁多，教學方法以傳統的理論教學為主。教師注重教學內容的重點和難點，但教學方法和教學手段單一，缺乏創新，而學生也只知道被動的接受，對老師的講課產生依賴性，而不主動的思考，這樣就難以達到對學生實踐創新素質培養的要求。
1．3實踐經驗較少
在現有的教學模式下，結構力學課程教學往往集中在課堂教學，導致教學中存在著“重理論、輕實踐”的通病。學生在完成結構力學課程的學習后，不知如何在工程實踐中應用理論知識解決實際問題，實際動手能力較差。傳統的教學模式中，實踐性學時太少，學生真正將理論知識與實踐結合起來的機會更少。
1．4考核方式單一
傳統的考試模式，仍然是對課程內容中的重點、難點進行歸納總結，采用典型的試題來考核學生對知識的理解和掌握情況。學生為了考試過關常常死記硬背典型試題的解題步驟，這些從一定程度上講都阻礙了學生發散思維和創新能力的發展。
2具體的改革措施
針對應用型本科結構力學課程教學過程中存在的問題，結合教學實踐經驗，從以下幾方面，對結構力學教學改革提出一些初步的探討。
2.1教學內容的調整
為適應應用型人才培養的需要，針對結構力學課程內容多、學時少的特點，以及應用型本科院校的生源特點，具體在課程內容上圍繞以下幾個方面加以調整：
（1）在教學過程中刪去一些理論性較強而對培養學生應用能力作用不大的內容，比如說變形體虛功原理的推導、證明等。
（2）對于結構力學的主要內容，著重于介紹基本概念、基本原理與基本方法；在基本計算方法方面，注重加強工程實用計算方法的訓練。
（3）對于靜定結構和簡單的超靜定結構，要求學生能進行手算，這有利于學生對基本概念、基本原理與基本方法的理解和掌握；對于較復雜的超靜定結構，要求學生能運用學過的基本原理和方法對其進行定性分析，為后續的電算課程打好基礎。
2．2教學方法和教學手段的多樣化
結構力學有較強的理論性和實踐性，學生常有理論易懂，題目難解的反映，這可以說是本課程的難點問題。為了解決這個問題，改進教學方法，采用多種教學手段，培養學生的自學能力，以達到最優的教學效果。
（1）教學方法要靈活多樣。我們采用的主要教學方法包括啟發式、歸納對比式、提問式、討論式與案例式教學等，收到了良好的教學效果。采用啟發式教學，可以激發學生的潛能；通過歸納對比可以促進學生積極思考，培養學生獨立思考和創新的能力等。
（2）加強習題課的綜合訓練。在每一章課程學習結束后安排習題課，通過習題課，講解典型例題，幫助學生深化理解基本概念、基本原理與基本方法。在習題課中讓學生動手做題再講解，避免學生眼高手低。還可以選擇一些具有代表性的學生易出錯的習題，分析錯因，使學生更好掌握解題的基本方法。
（3）采用板書與多媒體相結合的教學手段。用傳統的板書進行課堂講授時，結構繪圖與計算過程耗時較多，速度較慢，課堂教學信息量較小。而多媒體教學可以通過形象具體的圖片、動畫或視頻等把學生無法想象、教師也難于用語言來描述的內容，生動、形象地演示出來，學生接受快、印象深刻，可有效提高學生對概念的理解和掌握。但是如果只采用多媒體，教學信息量大，學生沒有充分時間理解授課內容，重點難以把握，又會適得其反，因此合理的把兩種教學手段有機結合起來，揚長避短，才能取得良好的教學效果。
（4）加強理論與實際相結合的教學手段。教師在講解新內容前，通過視頻、圖片和動畫等手段，創造實際工程情境，從而引出將要教學的內容，以充分激發學生的學習興趣。在講解完相關理論知識點后，可以通過分析典型的工程案例加強理解，從而潛移默化地將工程思維滲透到學生的學習過程中。例如在講解到桁架結構時，可以帶領學生到桁架結構的工廠或公共建筑進行實地講解；在講解到超靜定的剛架結構時，可以與實際的框架結構工程對比等。
（5）創建網絡教學平臺。通過建設網絡教學平臺，教師可以把教案、多媒體課件、習題練習、試題庫等教學資源上傳，提供各種學習參考資料，為學生的自主學習提供了方便條件；同時通過網絡教學平臺，還可以實現教師與學生的實時交流互動，及時幫助學生解決在學習中所遇到的困難。
2．3增加實踐教學環節
力學概念是從實踐中來的，開設結構力學課程實驗有助于學生理解課堂上的一些基本概念和專業知識，培養學生的綜合分析能力、獨立解決實際問題的能力、創新能力等。另外，土木工程專業還可以增設結構模型大賽，讓學生自行設計結構模型，激發學生的創造性和自主學習的能力，增強學生對專業的感性認識和學習興趣。
2．4考核方式的改革
傳統的考試方法只能考核學生對課本基本理論知識的掌握程度，這種考核不能反映學生的綜合能力，是不全面的。為適應現代結構力學教學模式的要求，對原有的一次性考核進行改革，具體如下：
（1）加強日常教學管理，不僅對學生平時課堂出勤率、作業完成情況進行考核，還要對學生整體表現進行考核，比如課堂回答問題的情況、答疑質疑情況等。
（2）增加期中考試，對學生階段性知識掌握情況進行考核，通過考核結果反饋學生對所學知識的掌握情況，從而為下一步的教學工作奠定基礎，并把考核結果按比例記入期末考試總成績。
（3）對考試試題類型進行改革，區別于以往的以典型題目計算為主的題型，增加對定性分析內容的考核。通過靈活的考核方式，來提高學生的學習興趣和創新意識。
3結語
隨著社會的發展，立足于應用型本科教學的培養目標，應用型人才培養是結構力學課程教學改革的定位。只有不斷改進結構力學教學模式，加強結構力學與工程實踐的聯系，與時俱進，才能提高學生運用力學知識解決工程實際問題的能力，增強學生的市場競爭力，真正實現新形勢下結構力學課程“厚實基礎、服務專業、強化應用”的培養目標。
作者：趙麗君 單位：洛陽理工學院土木工程系
一、激發學生的學習興趣，調動學生的學習主動性
教師在緒論中可結合工程實例講述“結構力學”在工程設計中的廣泛用途，指出“結構力學”的概念來源于工程實際，最終還是要應用到工程實際中去，具有很強的工程應用性質，通過教師的引導，學生對課程有一個形象、直觀的認識和定位，以此明確學習目的。其次，教師講課要生動、活潑、有趣，避免照本宣科。在講解一些重要定義和基本概念時，例如結構形式的種類包括梁、剛架、桁架等，要注重與實際工程結構相結合，在演示文稿中適當引入實物圖片，通過實物對比明確什么樣的結構可以簡化成為上述常用的結構形式，實踐表明，理論聯系實際，可以使學生更易理解和接受。第三，在教學中要強調學生的主體地位。在講清楚基本知識和概念的前提下，教師要注重培養學生科學的思維方法，著重引導學生深入思考，系統理解，并利用所學知識解決實際問題，從而培養他們自主學習的能力和發散思維的水平。俗話說“授人以魚不如授人以漁”，只要學生掌握了基本知識和概念，再加上科學的思維方法，多數情況下對遇到的問題可以迎刃而解。反之，如果教師只以灌輸知識為主，而忽略了學生的主觀能動性，只能達到事倍功半的效果。
二、注重基本方法和基本概念，注意歸納總結
基本方法和基本概念是學習《結構力學》及其他所有課程的基礎。只有將基本概念理解透徹了，將基本方法掌握了，才能將所學知識融會貫通，做到舉一反三。例如，實際教學中我們發現，有些同學在學習過程中受之前所學材料力學的影響，彎矩還總是以下端受拉為正，材料力學的規定是因為其研究對象主要是梁，而《結構力學》的研究對象既包括梁，也包括剛架結構，如果還是簡單套用材料力學的規定肯定是不合理的，因此，在授課過程中，教師應當特別講清楚，在《結構力學》中彎矩一般是不區分正負的，其圖形畫在受拉側。類似這些都是最基本的符號規定，是學生必須掌握的，教師上課時須不厭其煩地反復強調。在教學過程中，教師要引導學生學會歸納總結，促使其養成良好的學習習慣。只有學生通過教師講解和自身練習將知識轉化成自己的理解，才能真正掌握所學知識并學以致用。教學過程中我們發現，很多學生在拿到一個問題后總是感覺無從下手，通過調查了解，我們總結其根本原因主要是不會取研究對象。因此，教學中教師要特別注意講解透徹如何取研究對象，重點講解清楚取研究對象就是取出包括欲求解的截面的部分結構，畫出其所有受力，包括內力和外力，然后進行受力分析，使其保持受力平衡，從而求出未知內力。很多同學反映學到矩陣位移法和結構動力學等章節的內容時，學習力不從心，究其原因就是前面力法和位移法沒學好，因為這些章節的內容要求熟練掌握力法和位移法并綜合運用。可見，《結構力學》的內容都是前后銜接、互相聯系、環環相扣的，學生在整個學習過程中不能時緊時松、厚此薄彼，更不能馬馬虎虎、掉以輕心。
三、多媒體教學要與傳統板書教學有機結合
運用多媒體可以十分方便地向學生展示大量的工程實例，創造形象生動的教學情境，這是傳統的教學方式所不能達到的。例如，在學習結構動力學時，給學生播放一段美國華盛頓州塔科瑪大橋在風速作用下引起扭轉振動而倒塌的視頻，就會使學生對于結構振動而引起的危害有更加直觀、形象的認識，同時也增強了其對學習結構動力學重要性的認識，激發了學習興趣。此外，運用多媒體教學可以減少教師課堂板書的內容和時間，從而增大教學容量，提高教學效率，有效地解決教學內容多與教學時數少這一矛盾。但同時也應看到，多媒體教學畢竟只是一種教學手段，《結構力學》教學不能過分依賴于多媒體而拋棄傳統的教學方式。因此，教學過程中，應根據教學內容和教學效果的需要，合理地應用多媒體教學，實現多媒體教學方式與傳統教學方式的有機結合。通過教學實踐我們感到，對于概念的文字表述、例題的題干、分析方法的總結和比較復雜的圖表，應多采用多媒體課件來表現；而對于公式推導、基本計算分析方法（如力法、位移法等）、典型例題求解過程的講解，則應充分發揮傳統教學手段的優勢，采用板書的形式，以便于學生理解掌握，減輕跟學壓力。只要把握好多媒體教學方式與傳統教學方式的有機結合，就能達到課堂氛圍張弛有度、教學過程寓教于樂的目的。
四、開設習題課，堅持課后答疑
《結構力學》不僅理論概念性強，而且方法技巧性要求高。理論概念需要通過練習來加深理解，方法技巧則需要通過多做習題來熟練掌握，因此在教學過程中需要定期開設習題課，以強化學生對解題和運算能力的基本訓練，培養他們分析問題、解決問題的能力，從而達到弄懂概念、掌握理論、熟練方法技巧的目的。例如，在習題課上，教師應當精選一些典型的例題，對學生進行簡單提示后，由學生親自動手做練習，教師則走下講臺到學生中去檢查了解學生的解題情況，最后由教師結合實際有所側重地講述關鍵的解題步驟和結果，并就學生解題過程中出現的一些問題進行總結點評。通過這種課堂練習，教授不僅給了學生解題的方法技巧，還能及時發現學生的問題并給予糾正。
《結構力學》課程是專業基礎課程，一般上課人數比較多，每名學生的學習能力也有所不同。因此，在課程進度和難度的把握上，教師必須依據學生的平均水平而定，而不能面面俱到，以偏概全，舍本逐末。因此，教師在課后要拿出專門時間對學生進行答疑，以滿足不同層次學生的學習需求。
作者：李艷杰 劉增夕 李永莉 單位：濟南大學土木建筑學院
摘要：電脈沖除冰（electro-impulsede-icing,EIDI）作為一種電動-機械式除冰系統，具有廣闊的應用前景。本文采用線圈和金屬平板組成的電脈沖系統作為EIDI結構動力學模型的研究對象，基于有限元分析軟件MSC/NASTRAN，建立了一套針對典型平板-線圈結構的EIDI系統結構動力學仿真模型，研究了模型的固有特性（模態與頻率）與時域響應分析，并開展了仿真模型的實驗驗證。最后研究了基于模型的EIDI系統結構動力學特性，重點關注最大應變和位移在空間的分布規律，并討論了電容、電壓等放電參數的影響。研究表明，電脈沖作用下，平板最大位移分布特性近似“馬鞍型”，提升電容和電壓可以增大脈沖力峰值和結構變形量，同時減小固定位置處的應變。
關鍵詞：防冰除冰；電脈沖除冰；有限元分析；模態分析；應力應變
在結冰條件下，飛機機翼前緣和進氣道口易發生結冰現象，這將導致升力下降、飛行阻力增大，進而引起飛機的操縱性和穩定性品質惡化，嚴重時甚至引起飛機失事[1,2]。因此，飛機結冰防護系統是現代飛機中必不可少的功能性組件。電脈沖除冰（EIDI）作為一種電動-機械式除冰系統，主要原理是通過機翼內部線圈產生的電脈沖激勵機翼蒙皮高頻振蕩來除冰，具有耗能低、重量小、易維護、可靠性高等優點，具有廣闊的應用前景[3-5]。對EIDI系統的研究，可分為電動力學研究、結構動力學研究和應用試驗研究等方向。在結構動力學方面，主要研究系統結構對脈沖力的動力響應特性，如加速度、應變等。在脈沖力作用下，蒙皮的真實響應是沿三維空間分布且隨時間變化的。Bernhart等[6]采用Love-Timoshenko運動關系式建立了閉合的狀態方程組。該方法考慮了橫向剪切力的合成以及縱向慣性對于結構的影響，能夠以較高精度預估蒙皮的響應能力。然而，真實的EIDI系統具有極為復雜的邊界條件，其中絕大多數無法利用此方法直接獲得精確解。因此該方法僅具有理論分析的價值，無法處理實際問題。隨著計算機技術的不斷發展，采用有限元方法仿真求解結構動力學問題已成為當前的主要研究手段。Zumwalt等[7]率先對鋁質矩形平板在電脈沖作用下的結構響應展開研究。他們首先獲得了線圈附近法向脈沖力的分布形式；隨后計算了鋁板受上述脈沖力作用下的動態響應（應力和加速度隨時間的變化），與實驗情況進行對比，計算得到的正加速度峰值比實驗值小12%，應力最大值比實驗值小5%。Gien[8]采用有限元模型研究理想半圓柱前緣結構在脈沖力作用下的結構變形。為了驗證模型的正確性，首先在簡單邊界條件下對比模型結果與閉合狀態方程的精確解。結果顯示，對于正加速度的峰值二者誤差約為7%，負加速度峰值誤差約為4%，從而驗證了模型的正確性。在此基礎上，對半圓柱試驗結果與該有限元方法的計算結果進行對比，發現計算與試驗的誤差約為7%。Khatkhate等[3]采用MSC/Nastran有限元軟件，對鋁質蒙皮和積冰層建立模型，重點研究了冰層與蒙皮之間的剪切應力。同時，將計算結果與NASALewis研究中心開展的一系列針對EIDI系統的冰風洞實驗結果進行對比，驗證了該方法可用來預測除冰區域。Scavuzzo[86]在此基礎上進行了改進，考慮了蒙皮振動時的阻尼現象。他們的計算結果顯示，蒙皮與冰層之間的剪切應力在線圈附近較大，從脈沖位置處沿弦向迅速衰減。Labeas等[9]在前人研究基礎上，利用ANSYS有限元仿真軟件對EIDI系統的除冰過程進行了仿真研究，分析了冰層厚度、線圈位置、線圈數、脈沖振幅、前緣曲率半徑對除冰效果的影響。國內李清英等[10,11]搭建了包括電路系統、除冰實驗機架與結除冰環境實驗艙的電脈沖除冰系統實驗臺，完成了脈沖放電電路的性能測試，同時也完成了振動實驗如加速度、位移、模態實驗，進行了電脈沖除冰實驗。張文杰等[12]研究了冰層失效的范圍，運用動力學分析了冰-鋁板界面之間的應力狀態。本文采用線圈和金屬平板組成的電脈沖系統作為EIDI結構動力學模型的研究對象，使用商業有限元軟件MSC/NASTRAN，對實驗對象進行固有特性（模態與頻率）與時域響應分析，并利用實驗數據進行對比和驗證，最后重點研究了基于模型的EIDI系統結構動力學特性，蒙皮表面應變與位移隨時間變化的規律及最大應變和位移在空間的分布規律。
1研究方法
1.1有限元建模
本文選用一塊長方形鋁板作為飛機蒙皮的簡化計算/實驗模型，如圖1所示，鋁板長300mm、寬200mm、厚度2.5mm。四個邊角及長邊中點位置共有6個直徑為10mm的固定圓孔，實驗中通過螺栓固定。利用同軸雙圓環電流電磁理論建立了EIDI電動力學數學模型，數值求解獲得脈沖載荷在時間域和空間域上的分布。脈沖力和通電線圈電流隨放電時間變化的示例見圖2(a)，脈沖力沿線圈半徑方向分布見圖2(b)，本文所使用的EIDI電動力學數學模型詳見文獻[13]。將上述電動力學分析獲得的脈沖載荷的作用區域簡化為一個受力中心點與平板中心同軸的圓形。受力區域的直徑為63.5mm，在整個受力區內，沿半徑方向等間距劃分為10個同心的圓環。假定在每一個圓環內，所受的力是平均作用在各圓環面積上的。在有限元模擬中，以壓強方式進行載荷加載。本文有限元建模采用平面模型。四個邊角處的圓孔相對于整個平板的尺寸不可忽略，因此有限元建模時必須保留其存在。為了方便載荷加載，在平板的中心建立了10個同心圓環。在網格劃分的時候，將圓環之間共用的結點重合。模型材料為硬鋁，彈性模量為70GPa，泊松比為0.33，密度為2700kg/m3。通過與實驗數據的對比，將結構阻尼系數設置為0.1。模型的約束方式和載荷加載區域如圖3所示。考慮到實際物理模型是通過埋螺帽固定平板的四個圓孔，在有限元模型中，約束方式是固定圓孔邊上的結點的x、y、z三方向的位移。
1.2實驗方法與設備
為驗證有限元計算的可靠性，本文還在已有EIDI實驗臺[14]上開展了鋁板結構響應的實驗測量，測量內容包括鋁板表面應變與位移。實驗件與計算模型相同，電脈沖發生裝置的充電電壓實驗在600V~800V范圍內可調，充電電容在200μf~400μf范圍內可調，鋁板與線圈間距為2.5mm。在圖1所標示的1-8號站點粘貼應變片。EIDI實驗臺與應變測量系統見圖4。位移測量采用激光非接觸測試系統。
2結果與分析
2.1模態分析
為了了解模型的振動以哪階模態為主，首先對有限元模型進行模態分析，得出模型的固有頻率。表1給出了模型的固有頻率。采用模態疊加法對模型進行瞬態響應分析，得出中心點的位移如圖5(a)所示。最大位移為1.619mm，發生在t=2.39×103s。圖5(b)給出了中心點位移數據的頻譜分析。可以看出，中心點的位移主要以149.92Hz以及599.7Hz的振動為主。對比模型的固有頻率可知，模型受到沖擊載荷作用下，主要以第1階模態和第7階模態振動為主。
2.2實驗驗證
根據仿真模型，可求解獲得蒙皮表面任意位置處在整個脈沖過程中的應變。為了驗證仿真結果的正確性，將其與實驗測量的結果進行對比。圖6對比了圖1中5號站位處實驗測量與有限元仿真所獲得的應變的時間歷程。如圖所示，在實驗參數范圍內，仿真模型能夠準確預測出應變峰值及達到峰值的時間。在峰值之后的過程中，仿真結果與實驗數據的變化趨勢基本相同。但仿真分析的數值普遍低于實驗，其原因可能是有限元模型中結構振動的阻尼特性設置偏大，導致蒙皮在經過第一次振動后，振動幅度快速降低。此外，還將模型中心點處沿外法線方向的位移進行了對比驗證，如圖7所示。仿真結果和實驗數據的中心點位移時間歷程幾乎相同，尤其是峰值（或谷值）出現的時刻以及幅值能夠較好的匹配。綜上，仿真模型的計算結果與實驗測量結果在應變率與法向位移兩方面均能較好吻合，由此驗證了本文有限元仿真的可靠性。
2.3最大應變和位移的空間分布
最大位移（或應變），是指在一個電脈沖信號周期內蒙皮表明所達到的最大變化值。該參數是一個與時間無關的物理量，僅取決于位置點坐標，即zmax=f(x,y)，便于理解蒙皮表面的結構變形特性。圖8給出用有限元仿真得到的最大位移和最大應變在蒙皮表面的分布，EIDI系統參數；電容200μf、電壓600V、間距2.5mm。此工況下，脈沖力的最大值為730N。如圖所示，最大位移的分布特性近似“馬鞍型”。此外，在線圈對應位置處的應變較大，且沿半徑方向逐步遞減，而在長邊處應變再次增大。這是由邊界條件決定的：四個頂點固定的約束條件，決定了在較長的邊界上將會產生較大的變形。在圖8(b)中，四個固定點附近的應變遠大于平板其他位置。如果不考慮這些固定點，則線圈對應位置處、靠近y軸與蒙皮交匯處、靠近x軸與蒙皮交匯處的地方，應變較大。進一步的仿真結果表明，增大EIDI系統參數至電容400μf、電壓700V，脈沖力的峰值將增大至1800N。此工況下，最大應變、最大位移的數值（如圖9所示）均大于圖8所示工況，最大位移（圖9a）在蒙皮表面的分布規律與圖8(a)無異。但線圈對應位置處的最大應變明顯高于其他位置的結果，甚至高于固定螺栓位置。導致這一結果的原因，主要是脈沖力的絕對值改變了蒙皮表面的振動特性，此外，脈沖力的作用時間也發現了顯著改變。在該工況下，蒙皮的結構變形量得到顯著提升，有利于除冰效果；另一方面，固定位置處的變形量反而減小，避免了疲勞損傷。
3結論
本文基于有限元分析軟件MSC/NASTRAN，建立了一套針對典型平板-線圈結構的EIDI系統結構動力學仿真模型。模型計算的應變和位移結果與實驗測量數據吻合較好，模型的正確性得以驗證。根據有限元仿真結果，提出了最大應變和最大位移的概念，分析了這兩個參數在蒙皮表面的分布規律和特性：（1）在本文給定的邊界條件下，最大位移的分布特性近似“馬鞍型”。此外，在線圈對應位置處的應變較大，且沿半徑方向逐步遞減，而在長邊處應變再次增大。（2）將電容和電壓由200μf/600V提升至400μf/電壓700V后，脈沖力峰值增大，且振動特性發生變化。一方面使得結構變形量顯著提升，另一方面削弱了固定位置處的應變。
土木工程是工程學科中的基礎專業，其內容涵蓋建筑、橋梁、地下空間等方向，是我國基礎設施建設最重要的行業。如何順應國際高等教育的發展趨勢與工科高等教育的發展需求，在未來10年內成功實施土木工程行業的“卓越工程師”計劃，培養大批高質量土木工程技術人才，已成為目前土木工程教育亟待解決的問題［1］。結構力學是土木工程的專業基礎課程。其理論由實際工程抽象、簡化、概括、總結，并用于指導實踐［2］。其課程任務是掌握平面桿系結構的計算原理和計算方法，為學習后續專業課程以及進行結構設計與科學研究打好堅實的基礎。本文將從土木工程專業結構力學課程教學特點，結合教學過程中學生的學習情況談幾點想法。
1結構力學課程特點
1)概念抽象、理論性強。理論力學、材料力學與結構力學，是土木工程的專業基礎課。其中理論力學與材料力學又是結構力學的先修課程。由于結構力學課程較抽象，其理論體系龐大，知識點多，學習難度大。2)教學內容多，課時緊張。“結構力學”的教學內容可分為結構力學基礎和結構力學專題(如圖1所示)，總學時約為60～80［3］(部分高校僅為45課時)。教學內容偏多，課時偏少。因此，教師通常加快教學進度，致使部分知識點無法展開，學生課后很難及時消化。這可能是目前各高校在結構力學教學過程中普遍存在的問題。3)理論復雜，計算繁瑣。結構力學涉及到很多復雜的理論。例如，在結構力學基礎部分中，涉及到的虛功原理、力法、位移法、力矩分配法;在結構力學專題部分中，涉及到的極限荷載、彈性穩定、動力學均屬于理論復雜的部分。理論復雜則難以理解和把握，課堂例題和課后作業的講解與計算就顯得繁瑣，不利于學生對各知識點的掌握。4)地位重要，起基礎作用。結構力學的學習情況將影響專業課的開展。以土木工程專業為例，專業課主要有混凝土結構基本原理、混凝土結構設計、鋼結構、砌體結構、結構抗震設計、橋梁結構以及基礎工程等主干課程，及相關的課程設計和畢業設計。如果學生結構力學基礎薄弱，后續課程都受到影響。而且，對學生而言，能否建立正確的結構力學概念，對畢業以后從事結構設計，結構施工、教學培訓等工作而言，都有舉足輕重的影響。可見結構力學的課程學習最終會影響到學生的專業素質。
2教學過程中的改革設想
1)建立力學概念，邀請名師講座，夯實力學基礎。建立正確、清晰的力學概念，是學好結構力學的首要前提。在理論力學和材料力學的學習過程中，就應該注重學生力學概念的建立，打好力學基礎。如果可以做到這一點，學生在學習結構力學的時候，就會有信心學習更復雜的概念和理論。2)強調課程地位，建立討論小組，分析典型案例。在授課過程中，要強調結構力學對后續專業課、課程設計，畢業設計的影響。結構力學的課程學習不僅會影響到在校學習，最終會影響工作后的專業發展，增強學生的學習意識。為學好這門課，要求全體師生共同努力，成立課后討論小組。通過小組討論交流，激發學生的興趣，促進其對課程的學習。3)細化教學大綱，突出教學重點，加強課后練習。“結構力學”的教學內容偏多，課時偏少已是普遍問題。在課時沒有增加的前提下，如何保證教學質量就成了教學過程中需要面對的問題。在教學過程中，教學進度的設定和安排以教學大綱為標準。各院校都會按照專業要求結合實際情況制定結構力學教學大綱。在制定結構力學教學大綱的過程中就要考慮課程的特點，將大綱逐項細化，把每個知識點劃分到相應的課時。同時在重點內容處，必須設置典型例題，以突出重點。值得一提的是，在教學過程中，必須把握由淺入深、由簡到難的規律，設置典型例題必須簡單易懂，且具有代表性。只有這樣學生才能在有限的課時中學習到最優秀的知識點。4)引入工程概念，激發學習興趣，培養創新能力。為提高學生對結構力學概念的應用和工程實踐能力，在課外學習中引入結構模型設計及制作，鼓勵學生參加建模大賽。例如，針對移動荷載作用下結構的受力特性，要求學生利用木材、有機玻璃或者塑料等簡易材料設計和制作橋梁結構(或吊車梁)，并通過手拉小車施加移動荷載，觀察模型的變形與應力變化。通過試驗，讓學生感受動力荷載對結構的影響，初步了解如何通過結構力學知識合理的設計工程結構。就模型試驗而言，目前引入的結構模型試驗仍以教師命題式為主，開展形式和范圍有一定局限性，還不能充分鍛煉工程實踐能力與概念應用。在今后的教學改革中，應著重構建“結構力學”研究學習實踐平臺，針對教學內容設計多個模擬工程實踐項目，甚至由學生自行設計創新實踐項目，供學生自主選題并可隨時開展研學活動，使學生對力學概念有更直接的了解，并與工程實踐相結合，從而真正實現工程思維能力與創新實踐能力的培養。
3結語
本文分析了土木工程專業結構力學課程的特點，提出了在教學過程中的幾點改革設想。總之，結構力學的課程學習很重要。必須要求學生和任課教師從思想上，行動上與教學大綱統一起來;課堂和課外不間斷地抓好結構力學的教與學，才能較好地完成“結構力學”課程教學任務。
作者：陳妤 單位：江蘇大學土木工程與力學學院
0引言
現如今的橋梁不僅可以跨過大河、海洋，解決自然溝壑對人類出行帶來的不便;也可以使道路在空間上進行分層，解決了城市用地緊張和交通流量大的問題。根據橋梁的組成部分可籠統的把橋梁分為上部結構和下部結構，根據各結構的構造類型和施工方法的不同，對橋體結構有一個分類的解析。
1橋梁基礎
排除一些小型簡易的橋梁不談，橋梁基礎由于地基的軟弱、上部荷載作用力大的特點，使其所選用的基礎形式并不多。在一些中小型橋梁上，有時可根據設計采用剛性擴大基礎，這種基礎屬于淺基礎的范疇，其施工工藝簡單，工程造價也相對較低。工程中最常見的橋梁基礎———樁基礎，屬于深基礎的一種，由于它可以適應各種不同類型的地基，在荷載作用下沉降較小，并且在施工技術和造價方面有一定的優勢，在市政工程的高架橋上、高速公路的架橋和跨越河流的大橋上都有很廣泛的使用［1］。在一些特大橋梁或者地基軟弱層太厚橋梁的建設上也會采取沉井基礎和氣壓沉箱基礎，1968年在南京長江大橋的建設中，工程師們發現，江水深度在40m左右時，江底的淤泥厚度已經超過了40m，因此在一部分基礎的選取上采用了沉井基礎，這種沉井基礎做的很大，相當于一棟占地面積為一個籃球場大的14層樓房。氣壓沉箱基礎由于具有在水下可以方便施工的優勢，被世界上第一大懸索橋———日本名石海峽大橋在技術設計上所采用。這幾種基礎的使用，都是建立在使實際施工更為簡單的基礎上的，沒有最好的基礎形式，只有更適合實際的基礎形式。
2橋墩與橋臺
橋臺和橋墩是整個橋梁的支撐結構，兩者之間的區別在于:一個是在橋的端部，連接兩岸的路堤;一個是位于橋梁之間只進行上部荷載的傳遞。橋臺、橋墩和基礎在一起稱為橋的下部結構。橋臺不僅要承受橋面上傳遞來的荷載，還要保證和它相連的路堤的穩定性，因此在設計施工時要進行多方面的考慮。橋臺的高度往往不能太高，保持在20m以下，橋臺根據形式的不同可分為實體式和埋置式。實體式橋臺多建造成U形，這種橋臺構造簡單，施工方便，但自重過大，對地基有一定的影響，多用于埋土高度不大，橋跨稍大的橋梁。埋置式橋臺由于埋于臺前錐形溜坡內，只留臺帽露出地面，因此增大了其抗拔性能，在橋臺的建造時可以減小一定的體積［2］。埋置式橋臺由于受到的是臺后的主動土壓力，所用的圬工量就會減少，但它的弊端在于溜坡的設置，溜坡會侵占一部分的河道，阻擋水的流動，為了解決這個問題往往會增加橋的長度，從而增加了工程的投入。埋置式橋臺的溜坡會受到水流的沖刷，導致橋臺的裸露，因此適用于橋頭為淺灘的河床。當地基情況較好時，可將橋臺設置為空心拱形，減少圬工和自重。
3橋跨的結構形式
橋跨結構被稱為是橋梁的上部結構，根據橋跨結構形式的不同有幾種常見的分類。3．1梁式橋最常見的橋梁形式是梁式橋，它根據梁的連續形式可分為簡支梁、連續梁和懸臂梁橋，而簡支梁橋應用的最為普遍。梁式橋的傳力形式是垂直傳力，在跨度上也比較小，普通混凝土簡支梁橋的跨度在25m之內，預應力混凝土梁式橋跨度一般也不會大于50m。我國最大跨度的簡支梁橋是1988年建成的飛云江橋，最大跨度已經達到62m。預應力混凝土連續梁橋在跨度上有較大的突破，我國最大跨度的連續梁橋是1991年建成的六庫怒江橋，最大橋跨為154m。3．2拱式橋拱式橋的發展歷史悠久，距今已有兩千年。拱橋主要依靠拱圈或者拱梁把上部的垂直力變為作用在橋墩臺上的水平推力，因此在橋墩臺的建造時對基礎的水平承載力要求較高。由于在拱圈內的彎矩較小，在跨徑上就有了一定的優勢，跨徑大的拱橋，在外形上美學意義也更加突出。拱橋在修建時的施工難度相對較大，但是比較經濟，在條件許可的情況下，往往就會選用拱橋［3］。拱橋根據拱圈位置的不同可分為三類:1)上承式拱橋是指拱圈在橋面的下方，行車和行人在拱的上面;2)中承式拱橋的拱被橋面分為上下兩部分，橋面上的拱運用吊桿提拉橋面;3)下承式拱橋的拱全部設置在橋面上部，通過吊桿和泵桿與橋面進行連接。我國的拱橋技術無論在古代還是現代都是世界領先，古有趙州橋世界聞名，現有萬縣長江橋跨度為世界之最。3．3鋼架橋鋼架橋和梁式橋相似，只不過鋼架橋的梁和橋墩是連接在一起的一個整體，它同時受到豎向荷載和水平推力的作用。鋼架橋也有三種分類，根據形式不同各有優點:T形鋼架橋便于預應力的施加;連續鋼架橋的整體性好，抗震性能高;斜腿鋼架橋形式美觀，經濟合理。鋼架橋的跨中彎矩較小，可以據此降低鋼架橋的建筑高度，為橋的縱坡設計、行船帶來方便。這種橋基本都采用預應力混凝土，我國的黃石長江大橋、貴州六廣大橋都是跨度超過240m的鋼架橋。3．4斜拉橋斜拉橋由于在斜向拉力的計算上難度較大，因此出現的較晚。斜拉橋通過塔柱和斜索將主梁進行固定，橋面所受的所有荷載通過斜索的拉力傳遞給橋塔，因此斜索的抗拉性能要大，橋塔的受拉穩定性要高。斜索的布局有輻射式、豎琴式、扇形三種，橋塔的建設也有單塔、雙塔和多塔的形式［4］。斜拉橋的自重輕，跨越能力很大，跨度在200m～1100m之間。3．5懸索橋懸索橋是所有橋梁中跨度最大的橋梁之一。在懸索橋中最主要的結構就是纜索，它通過吊桿連接橋面，承受橋面的豎向荷載，再通過橋塔把所承受的拉力傳給河岸的錨定結構。纜索往往采用高強度的鋼纜繩，錨定結構會做成埋深特別大的大體積混凝土結構。如今世界上跨度最大的橋梁就是日本的明石海峽懸索橋，最大橋跨為1991m。3．6綜合體系橋橋梁的各種形式可以進行疊加構成綜合體橋梁，這種橋梁把兩種或者幾種橋形式的優點結合起來，使橋梁的受力更加合理，外形也更為美觀。在工程實踐中，梁與拱的結合，鋼桁架與鋼拱的結合，斜拉與懸索的結合都得到了完美的效果。在將來的橋梁建設中，綜合體系的橋梁將會有很廣泛的使用［5］。
4橋梁的總體規劃與設計
橋梁在修建時要進行橋位、橋型、縱橫斷面和橋跨分孔的規劃。在保證橋梁安全穩定性的同時，做出最合理的經濟規劃;在保證使用暢通的前提下，要盡量做到美觀與環保。隨著科學技術的不斷發展，人們對橋梁的追求不只是停留在安全方便上，對美的要求也在不斷增加。橋梁設計難度的增加不僅要工程師們有一個專業知識過硬的大腦，還要求工程師們有一顆設計美、創造美的心。
作者：郭繼祥 單位：中鐵十二局集團第四工程有限公司
課程學時緊張結構力學的課程內容可分為結構力學基礎和結構力學專題兩部分，其選修情況及相應的課時數據各院校、各專業略有不同，兩部分總學時約為80課時～90課時［3］。以南京理工大學泰州科技學院土建方向為例，結構力學分兩冊教學。上冊48課時，教學內容有結構組成分析、靜定結構受力分析、結構位移計算和力法;下冊32課時，包括位移法、力矩分配法、影響線、極限荷載、彈性穩定和結構動力學。可見，教學內容偏多，教學課時偏少。由于課時緊，教師加快教學進度，重要知識點無法展開，學生課后難于及時消化，教學效果不太理想。這可能是目前各院校在結構力學教學過程中都面臨的問題。學生基礎較差，自學能力不足與其他本科院校相比獨立學院的生源質量較差。
如某重點大學的三本與一本錄取分數相差80分～100分，與二本的錄取分數相差30分～80分，獨立學院學生學習基礎、學習能力與“一、二本”學生有所差距［4］。在教學過程中，這一點是不能忽視的。授課形式多有弊端與其他本科院校相比，獨立學院的結構力學授課形式多有弊端。首先，多數獨立學院的辦學地點與母體院校分離，其自有授課教師的人數有限，不得不依靠外聘教師。外聘教師來獨立院校授課，其授課時間多數集中。比如:安排在周末或者四節課連上。在這種教學模式下，要取得好的教學效果是很難的。其次，在近些年的發展過程中，不少獨立學院雖擁有了自有教學隊伍，但是大多是教學經驗不足的青年教師，對“結構力學”課程的把握還有待加強。
明確課程地位，促進課后學習首先，在課程介紹時，使學生明確“結構力學”在土木工程專業課程中的位置，強調結構力學對后續專業課、課程設計、畢業設計以及工作后的專業發展的影響，增強學生的學習意識。其次，建立結構力學學習小組。通過“課堂上組內討論，課后組間交流”的方式提高學生的學習興趣，促進學習。建立力學概念，打好力學基礎力學是土木工程的基礎。理論力學、材料力學是結構力學的基礎。因此，在獨立學院土木工程專業培養方案中，力學課程的教與學應該是一個體系。通過各項舉措，提升理論力學、材料力學的教學質量，打好力學基礎。這樣，學習結構力學時，學生才更有信心。細化大綱，突出重點結構力學教學內容偏多，教學課時偏少已是普遍問題。
首先，在重點內容部分，應將大綱逐步細化到每個知識點，并劃分到具體課時。同時必須設置簡單易懂的典型例題，以突出重點，引導學生學習。只有這樣，學生才能在有限的課時中學習到最優秀的知識點。其次，根據學生的專業方向，在一定范圍內對難點內容進行取舍，以精簡教學內容。將教學課時向重要知識點傾斜。適當安排教學節奏，提升自有教師教學能力首先，“結構力學”課時的安排應被重視。在安排課時時，獨立學院應考慮學生的實際學習能力，將教學時間相對分散。
在教學的過程中，只有遵循教學規律，才能取得好的教學效果，從而提高教學質量。其次，獨立學院應不斷加強自有青年教師的專業學習，提高其專業教學能力，從而提高教學效果。自有青年教師的學習和深造對獨立學院教學質量的提升相當重要。
作者：李十泉 孟瑋
1筒體結構中的剪力滯后效應
高層筒體結構可以簡化成為一端固定的箱型懸臂構件．在受到水平荷載時，腹板和翼緣的正應力根據平截面假定應該呈現線性分布，如圖7中的虛線所示．而在實際情況中，腹板和翼緣的正應力呈現出兩邊大中間小的現象，應力在角柱處集中，如圖7中的實線所示，這并不滿足初等梁純彎曲理論中的平截面假定．這種正應力不均勻分布的現象，稱為剪力滯后．剪力滯后效應使筒體作為空間結構的受力特性遭到削弱，一些柱的承載能力沒有得到充分發揮，降低了筒體抵抗水平力的能力．剪力滯后引起柱應力不均勻分布，在材料還處于線彈性的情況下，柱的應力分布形態與位移分布形態相同，這還會引起樓板的翹曲．已有研究認為剪力滯后產生的原因是：翼緣（主要是裙梁）的剪切變形引起角柱軸力加大，增大柱與柱之間聯系的裙梁抗剪剛度，剪力滯后現象隨之減少．文獻詳細解釋了這一過程：翼緣框架各柱和窗裙梁的內力由角柱傳來；角柱受拉，使與它相連的裙梁承受剪力，同時又使與裙梁相連的第二根柱受拉；剪力就以這種方式傳遞．這種傳遞造成中柱的軸力減小，角柱軸力增大．為了定量分析剪力滯后的程度，我們重新定義柱的剪力滯后系數λ（適用于平面形狀為矩形的筒體）如下式中，σ表示柱的實際正應力，σ′表示受拉翼緣柱的平均正應力，ΔL表示柱中心到中性軸的距離，L表示柱對應的角柱中心到中性軸的距離，如圖8所示．從剪力滯后系數的定義不難看出，當λ＞0且越大時，應力集中于此柱，剪力滯后效應越嚴重；當λ＜0且越小時，柱承載能力沒有得到充分發揮；λ越接近于0則越符合理想的平截面假定，剪力滯后效應越弱．
2新結構體系中的剪力滯后效應分析
2.1新結構體系的分析方法與模型建立研究高層筒體結構剪力滯后的方法主要分為連續化方法和離散化方法兩種．連續化方法是把帶有規則開洞的筒體經壓彎與剪切等效化為連續的板來進行分析，假定位移函數分布，利用應變能變分原理來建立位移的控制方程，從而得到結構的位移與內力解．但連續化方法中不同位移函數的假定對分析結果影響較大．離散化分析方法主要是有限單元法，這種方法較為靈活，適用范圍廣，但未知數量多，求解規模龐大．本節采用有限元分析軟件對擬建模型進行分析．本節分析的擬建工程模型采用新型空間鋼網格“筒中筒”盒式結構，共50層，標準層高3．6m，總高度180m，標準層平面布置見圖9．樓蓋總厚度為680mm，其中鋼筋混凝土板厚為80mm，鋼空腹夾層板厚度為600mm．空腹夾層板上、下肋采用T形鋼，高度均為150mm，空腹夾層板中空為300mm，剪力鍵采用方鋼管．外筒柱均采用型鋼混凝土柱，角柱尺寸為600mm×600mm，邊柱尺寸為550mm×400mm．優秀筒厚度為700mm．為研究水平力作用下模型的剪力滯后效應和不同因素對剪力滯后效應的影響，對模型做以下假設：（1）結構僅受水平荷載作用，不考慮豎向荷載（包括自重荷載）；（2）所有樓層均采用統一標準層．水平風荷載按規范，基本風壓50年一遇為0．4kN／m2，根據《建筑結構荷載規范》第7．1．2條和《高層民用建筑鋼結構技術規程》第4．2．2條要求，基本風壓取1．1×0．4＝0．45kN／m2．地面粗糙度按B類，體型系數取1．3．由于平面布置具有兩個對稱軸，可以取四分之一的模型進行分析，對四分之一外筒柱進行編號，見圖10．
2.2新結構體系中的剪力滯后現象根據標準模型四分之一平面繪制出的外筒剪力滯后系數分布見圖11．很明顯，角柱的剪力滯后系數在底層最大，向上呈遞減趨勢．由33層開始角柱剪力滯后系數小于0，表明33層以上的樓層呈現出負剪力滯后現象．腹板側柱的剪力滯后系數除頂層外均為負數，說明其承載力沒有充分發揮．腹板柱抵抗水平力引起的彎矩上所起作用本身并沒有翼緣柱大，腹板中柱附近的柱子接近中性層，它們的剪力滯后系數不具備研究價值，而靠近角柱的腹板柱的剪力滯后系數樓層越高越接近于0，表明層數越高，腹板的正剪力滯后效應越弱．圖11中翼緣側的剪力滯后系數分布與以往的研究結果有些差異，主要是中柱附近的翼緣柱也產生了和角柱一樣的應力集中現象．16號到19號柱在所有樓層的剪力滯后系數均大于1．從平面布置圖上來看，從15號柱開始要與優秀筒相連接，增大了其抗側剛度，導致了正應力的增大．以往對剪力滯后效應的研究大都針對框筒結構，沒有考慮到與優秀實腹筒體連接對抗側剛度的貢獻，結論顯然不能適用于筒中筒結構．從數值上看，底層角柱剪力滯后系數最大也僅為0．135，頂層中柱在前文所提的抗側剛度增加和負剪力滯后效應的疊加作用下，剪力滯后系數最大為0．173，剪力滯后效應引起應力增量相對理論值都沒有超過20％．可見新結構體系的剪力滯后效應相對較弱．雖然頂層中柱的負剪力滯后效應比較嚴重，剪力滯后系數數值很大，但是頂層的傾覆力矩很小，負剪力滯后效應對結構的影響不是很大．以下分析中，主要考慮底層的正剪力滯后效應．
2.3與常規筒中筒結構剪力滯后的對比分析在相同的設計條件下建立常規的筒中筒結構模型，平面布置如圖12所示．四分之一模型的外筒柱編號見圖13．常規筒中筒結構與新結構體系的區別主要有以下三點：（1）常規結構柱距略大于新結構；（2）常規結構樓蓋為井字形鋼梁而新結構樓蓋為協同式空腹夾層板；（3）常規結構不設墻架．加載相同的水平風荷載后，正剪力滯后效應最嚴重的底層剪力滯后系數分布圖如圖14．從圖14可以看出，常規結構角柱的正應力集中現象十分明顯，剪力滯后效應引起的軸力增量達到了39．3％，是新結構形式的三倍．常規筒中筒結構翼緣側的剪力滯后曲線十分陡峭，而新結構形式翼緣側的曲線相對平緩．這表明新結構體系翼緣柱的受力較為勻，空間整體性更強．圖15為常規筒中筒結構和新結構體系角柱剪力滯后系數沿樓層分布的對比曲線圖，從圖中可以看到，常規結構角柱的正剪力滯后效應沿豎向分布均大于新結構形式，常規結構形式從47層起，正剪力滯后效應才消失，幾乎所有樓層角柱都存在正應力集中的現象．從剪力滯后系數的橫向分布和沿樓層的縱向分布來看，新結構體系的剪力滯后效應遠小于常規筒中筒結構．整體抗側剛度的均勻分配使新結構體系的空間整體性更佳．
2.4墻架對剪力滯后效應的影響新結構形式的外筒壁用三道橫梁構成了墻架，墻架提高了外筒的抗剪剛度和抗側能力，但墻架對剪力滯后效應的影響并非完全是正面的．圖16為標準模型、去除橫梁模型和橫梁截面加大三種模型下底層外筒柱的剪力滯后系數分布圖．圖16中角柱的剪力滯后系數隨著橫梁尺寸的增大而增大，這是由于角柱跟腹板側橫梁的連接，使抗側剛度增大，墻架尺寸越大，剛度增加多，角柱的剪力滯后效應越顯著．但是翼緣中柱的剪力滯后系數隨著墻架尺寸的加大而減小，這使得在設計時必須把握好墻架橫梁與柱的剛度比，剛度比過大，應力集中于角柱，剛度比過小，應力集中于翼緣中柱，兩種情況都是相當不利的．
2.5角柱尺寸對剪力滯后效應的影響角柱的作用在于提供了腹板框架和翼緣框架之間的聯系，使結構能夠實現空間受力，中柱的主要作用是提供巨大的抵抗矩來承擔外傾覆力矩．圖17是不同尺寸底層角柱的剪力滯后系數分布圖。從圖17可知，角柱尺寸的改變對腹板柱的影響很小，角柱尺寸的增加并沒有使角柱本身的剪力滯后系數增加，反而下降，但是中柱的剪力滯后系數上升．這個結論與以往的研究有所不同，產生不同的原因是以往的研究中以軸力作為剪力滯后效應的研究特征值，角柱面積增大導致軸力增大是必然的，但是應力實際上是有所減小．在新結構形式的設計中，應該重視角柱在結構中所起的重要作用，既要承擔兩個方向的水平荷載，還在抗扭轉中起重要作用，所以角柱的尺寸不宜過小，且應該適量增加配筋．角柱的大小在滿足設計要求的情況下，盡量平衡角柱和中柱的剪力滯后情況．如果角柱過大則會導致翼緣中柱的應力集中．
3結論
（1）新結構體系的正剪力滯后現象底層最為嚴重，由剪力滯后引起的底層柱的應力增量小于20％，剪力滯后效應相對較弱，結構的三分之二高度以上開始出現負剪力滯后效應，但負剪力效應對結構的影響不大，設計時可不考慮．（2）與常規的筒中筒結構相比，新結構體系的剪力滯后效應更弱．底層角柱的應力增量僅為常規結構的三分之一，角柱正剪力滯后效應在所有樓層均小于常規結構．（3）網格式墻架橫梁剛度越大，應力越集中于角柱；剛度越小，應力越集中于翼緣中柱．（4）角柱剛度越大，應力越集中于翼緣中柱；角柱剛度越小，應力越集中于角柱．設計時應使抗側剛度沿水平均勻分配，平衡角柱和中柱的剪力滯后情況．（5）新型超高層裝配整體鋼網格盒式“筒中筒”混合結構外筒的抗側剛度和抗剪剛度大于常規結構，正剪力滯后效應較弱，結構整體受力均勻．樓蓋的空腹部分可以布置管線，有效降低了結構層高，在總高度相同的情況下，可以布置更多樓層，更具經濟性．
作者：余德冕馬克儉張華剛單位：貴州大學空間結構研究中心
對立統一規律
在自然辯證法的三大規律中，對立統一規律(也稱為矛盾規律)處于優秀地位，矛盾是指客觀事物本身所固有的既對立又統一的本性及其在人們頭腦中的正確反映。矛盾的統一性和對立性相互聯系，不可分割，在分析矛盾和處理矛盾時，必須把統一性和對立性有機結合，在對立中把握統一，在統一中把握對立，反對形而上學的片面性。例如，在講結構力學幾何組成分析的三個規則時，既要看到三剛片規則、兩剛片規則和二元體規則在分析問題上的不同，又要學會看到三個規則之間的聯系，即可以看成一個整體———三角形規則。針對具體問題，既要看到有些問題只能利用其中一種規則分析的對立性，又要看到一些問題均可以用三個規則分析的統一性，分別舉例講解，避免學生“不識三則真面目，只緣身在一則中”的困惑。又如，講到超靜定結構2種基本計算方法:力法和位移法時，既要讓學生看到這2種方法計算原理上的對立性，又要讓學生看到計算步驟上的統一性。二者的對立統一如圖1所示。
質量互變規律
辯證法認為，事物的發展是通過量變和質變及其相互轉化實現的。質量互變規律揭示了事物發展的形式和狀態。量變是事物數量的增減或者空間排列次序的變化，質變是事物根本性質的變化，量變和質變是辯證統一的。事物的發展是量變和質變、連續性和間斷性的辯證統一。在實際教學中，既要有合理的教學計劃，又要根據學生的實際掌握程度量力而行;既要重視課堂上同類型例題的講解，又要注意新內容的學習。例如，在講平面體系的幾何組成分析時，根據幾何組成分析規則，可知原體系為幾何組成且無多余聯系，圖2(a)所示。但當將EC桿和CF桿分別移動到與AE桿和BF桿所在直線上時，如圖2(b)所示，則體系的性質將發生變化，由原來的幾何不變體系變為現在的瞬變體系。這其中蘊含質量互變規律的自然辯證法原理:2個體系中的桿件數量沒有發生變化，只是排列方式變化或者桿件尺寸改變，就會帶來不一樣的結果，前一種體系可以作為結構，后一種體系不可以作為結構。結構力學課程教學基本要求(A類)指出結構力學課程教學對學生能力的培養包括4個方面:分析能力、計算能力、判斷能力和自學能力［10］。基礎結構力學是對結構力學中基本計算方法的掌握和計算能力的培養，程序結構力學是對結構計算程序的使用能力，定性結構力學是對結構的理解、分析、判斷和選擇的能力。基礎結構力學中知識的學習是對學生的最初級要求，是自然科學知識體系方面量的積累;程序結構力學中的知識幫助學生學會程序閱讀，利用計算機輔助設計，是工具知識體系方面量的積累;定性結構力學是對學生力學素養的培養，是對結構的宏觀理解和本質把握，這是結構力學教學的最終目標，是感性認識到理性認識質的飛躍。由此可見，結構力學教學內容是質和量的統一。
否定之否定規律
(一)辯證的否定
唯物辯證法認為，否定是事物的自我否定，它是事物發展過程中具有決定作用的環節，其實質就是揚棄。辯證的否定觀具有重要的方法論和意義，對事物不能簡單地肯定一切或否定一切，而要依據事物的內在矛盾運動和發展的規律具體分析。例如，在講結構位移計算的內容時，首先應講解積分法，然后再講圖乘法。通過筆者多年的教學經驗，發現學生容易混淆積分法和圖乘法的區別與聯系，認為兩者都可以對同一問題求解，不會有所側重或互相結合去解題，甚至有些學生將軸力圖與剪力圖也進行圖乘法運算，學習了圖乘法，忘掉了積分法，出現這些問題就是沒有理解這2種計算方法的區別與聯系。自然辯證法認為任何事物內部都包含肯定和否定兩方面。結構的位移計算方法也不例外，積分法在計算結構位移上值得肯定的是應用范圍廣。表現在以下幾個方面:(1)從變形類型看，可以考慮彎曲變形、軸向變形、剪切變形和支座位移。(2)從變形原因看，可以考慮荷載作用、溫度改變、支座移動等不同原因引起的位移。(3)從結構類型看，可用于計算梁、剛架、桁架、拱等各種類型結構的位移，靜定結構和超靜定結構都適用。(4)從材料性質上看，可用于彈性材料，也可用于非彈性材料。
否定的方面是積分法計算需要列出實際狀態和虛擬狀態下的內力方程，當桿件多、荷載復雜時，積分運算相當復雜，而且容易出錯。于是1925年莫斯科鐵路運輸學院的學生Vereshagin提出圖乘法概念，他發現利用積分法計算荷載作用下梁和剛架等以彎曲變形為主的結構位移時，可以將積分運算轉化為代數和的運算形式。圖乘法不需要列出實際狀態與虛擬狀態的內力表達式，利用2種狀態下的彎矩圖進行運算，計算速度快，而且應用非常方便。同時，也要認識到圖乘法的局限性，即應用時要滿足一定的條件:(1)桿件為等截面直桿;(2)EI為常數;(3)Mk、Mp圖形中至少有1個為直線圖形。計算梁和剛架在荷載作用下的位移時，圖乘法保留了這種結構的主要變形———彎曲變形，而軸向變形和剪切變形從工程應用角度對位移的影響很小，可以忽略，這從哲學角度上稱為“揚棄”。把握了否定的實質，是正確理解辯證否定的關鍵。例如，結構力學中桁架位移計算法包括結點法、截面法、結點截面聯合應用法，其中結點截面聯合應用法是對前兩種方法的一種辯證否定。超靜定結構位移計算的基本方法有力法和位移法，根據具體情況，可以采用力矩分配法、無剪力分配法、矩陣位移法等，力矩分配法、無剪力分配法和矩陣位移法，其理論基礎都是位移法。計算連續梁和無結點線位移的剛架時，采用力矩分配法更方便;對有結點線位移的剛架，可以考慮位移法與力矩分配法聯合應用求解;除無側移桿外，其余桿為剪力靜定桿時，采用無剪力分配法更適宜;利用計算機求解復雜結構的位移與內力時，則體現出矩陣位移法優勢。這些知識點都滲透著自然辯證法中辯證否定的思想，去其糟粕，取其精華，保留新事物中一切有利于事物發展的積極因素，從而保證發展過程的連續性。
(二)否定之否定
事物的發展都是通過否定實現的，辯證的否定不是一次完成，而是事物自我發展、自我完善的過程。在這個過程中，事物的發展經過三個階段兩次否定，即由肯定到否定，再由否定到否定之否定。在這個周期中，事物的發展經過兩次辯證的否定，表現為螺旋式上升和波浪式前進［11］。例如，結構力學教學手段的發展過程是:“板書為主”到“多媒體為主、板書為輔”再到“多媒體為輔、板書為主”，其體現的就是否定之否定的發展過程。過去計算機技術還不夠成熟，教師的講解主要是通過板書，速度較慢，但便于師生交流、利于教學互動，教師從學生的課堂反應中能及時了解學生的學習情緒、理解程度、出現的問題及癥結等，并可及時采取對策，發揮教師的主導性，使學生可以與教師思維同步。由此可見，“板書為主”的教學手段曾在教學過程中發揮重要作用。
20世紀末，隨著大土木專業體系的建立，人才培養目標轉變為“厚基礎、寬口徑”，結構力學的授課學時也由原來的120～140學時壓縮到80學時，原來教學大綱的內容按傳統的教學方法難以完成。隨著新技術和新型結構體系的發展，計算機技術在土木工程專業廣泛應用，給傳統結構力學補充了新內容。多媒體教學由于授課信息量大，可將大量的工程實例引入課堂，教學效率高，解決了內容多學時少的矛盾。對復雜的工程實例，教師無法用語言來描述，可以采用多媒體手段演示，把實際的結構與抽象后的計算簡圖相聯系，加強了教學良性互動，提高了教學效率，彌補了以“板書為主”教學手段的不足，發展成為“多媒體為主、板書為輔”的組合式教學手段。結構力學課程計算量大，基本原理需通過具體例題講解，宜采用“多媒體為主、板書為輔”的教學手段。
近幾年，由于招生規模擴大，學生整體素質下降，學生的基本計算能力與分析問題能力較差，難以跟上多媒體教學節奏，學生更希望教師利用黑板進行公式推導和具體例題講解。另外隨著社會發展速度加快，教師的社會壓力增大，教師待遇又普遍偏低，部分教師在教學同時從事一些兼職工作，于是不可能全身心投入教學，整體教學質量有所下降。在此背景下，學校鼓勵教師采用“多媒體為輔，板書為主”的新形式。教學中讓學生體會到“板書—多媒體—板書”的過程就是螺旋式上升的過程，是一個揚棄的過程。雖然看似回到了板書的教學方式，但實質是對單一板書的否定，吸取板書在教學上的積極因素，消除消極因素，增加了多媒體輔助教學的內容，每經過一次否定，都加進了富有生命力的新內容，從而使事物達到更高的水平。
結語
結構力學的教學內容、教學手段和教學方法是在教學過程中長期形成的創造性成果，其中蘊含深厚哲理，因此，結構力學教學不僅是知識的學習過程，更是科學哲理的探索過程。教學中運用自然辯證法、美學理論等將是對力學教學的升華，同時，也對專業課教師的哲學修養提出了更高要求。（本文作者：周海龍、李平、申向東單位：內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院）
摘要:為探索基于ANSYS平臺開發各類工程結構分析軟件的通用方法,以高爐爐殼結構力學分析軟件包為例,用VC++編寫程序并實現對ANSYS的封裝. 該方法可修改ANSYS的APDL數據文件中的輸入參數,自動運行ANSYS的APDL批處理程序,利用ANSYS的OUT結果文件進行后處理,也可借助其他后處理軟件進行后處理操作. 該方法可使用戶在不必熟練掌握ANSYS模塊的情況下,利用ANSYS進行工程有限元問題的分析計算.
ANSYS的功能十分強大,要求操作人員較為熟悉所用到的ANSYS模塊,并對掌握力學和有限元的理論知識有較高要求.[1]針對實際工程問題,可用ANSYS的APDL封裝ANSYS軟件開發出個性化系統.這種系統只要求操作人員輸入前處理參數,然后自動運行ANSYS進行求解.但完全用APDL編寫的宏還存在弱點,如用APDL較難控制程序的進程,雖然它提供循環語句和條件判斷語句,但總體還是個流水賬.APDL也提供參數的界面輸入,但功能還不是太強大,交互性不夠流暢,圖形處理功能也不是很強.針對這種情況,本文用VC++ 6.0開發出高爐爐殼結構力學分析軟件[2-5],能克服上面提到的一些不足,并使整個產品成為商品化軟件.
1實現方法
利用ANSYS的特點建立通用有限元模型,并計算求解.在建立模型時,先根據模型中所有可變數據定義相應的參數名,并使用參數名表示相應的數據值;然后用APDL將其生成為程序模塊.
編寫程序必須具備4個功能:(1)前處理參數輸入;(2)根據用戶輸入的參數修改APDL程序模塊參數表中對應的參數值;(3)將完成的APDL程序模塊提交給ANSYS程序進行批處理操作;(4)程序必須能夠判斷ANSYS的批處理操作何時結束.
2關鍵技術
該高爐爐殼結構力學分析軟件是基于ANSYS的APDL參數化模型開發技術[6-7],在ANSYS平臺上進行二次開發形成的.APDL是一種面向工程的、結構化的解釋性語言,具有高級語言的基本特征與功能,但其邏輯運算和條件處理等功能較弱.
2.1模型參數庫的調用
APDL中打開庫文件的命令為*ULIB,〈庫名〉,〈擴展名〉. 利用它先打開上述模型參數庫文件,再利用宏調用命令*USE,〈參數模塊名〉. 這樣可將結構的參數模塊嵌入到其模型產生程序中,并可在其后程序段中引用這些變量名或數組名.因此,結構參數模塊的獨立定義與有限元模型的產生程序可分開進行.這樣熟悉工程設計但不懂APDL編程的工程師就可以方便地定義結構的參數模塊.
2.2參數化模型程序的開發技術
利用APDL開發具體的結構有限元參數模型程圖 1二次開發高爐爐殼結構力學分析軟件流程序,是與具體的工程對象相結合的二次開發工作.圖1給出利用APDL進行二次開發的高爐爐殼處理流程.爐殼有限元模型程序庫包括方案設計模型及詳細設計模型的產生程序,主要輸入參數是相應模型結構幾何參數模塊和載荷參數模塊等.這些程序的主要輸出結果是ANSYS求解器能夠執行的有限元模型及運行流程命令行.這些參數化程序的集合構成高爐爐殼的FEM模型程序庫.圖2給出模型程序庫中高爐爐殼參數化模型程序的結構框圖.它們調用相應的結構參數模塊及有關載荷參數模塊,各種爐型及爐容應具有自己的參數模塊形式,因此與其相應的FEM模型產生程序也不相同,彼此獨立.具體的FEM模型產生程序是APDL語句流,可分為:(1)ANSYS分析控制與分析類型定義;(2)打開參數庫參數塊的調用;(3)參數變量及數組定義;(4)關鍵點(KP)定義;(5)線的幾何與分網定義;(6)面和面的材料與物理特性定義;(7)載荷定義;(8)約束定義;(9)分析流程定義;(10)后置處理定義.
圖 2高爐爐殼參數化模型程序結構
2.3用戶界面接口技術
用VC++ 6.0編制菜單調用ANSYS軟件,前處圖 3數據轉換流程理模塊主要包括輸入參數和自動生成有限元計算模型等.高爐爐殼結構計算模型主要包括ANSYS的結構力學(包括彈性及彈塑性)分析計算,后處理模塊主要包括生成應力沿母線及環向分布曲線圖、薄膜力及邊緣效應、洞口應力峰值等.圖3為程序的數據轉換流程.在VC++ 6.0中可利用CreateProcess函數創建1個進程以執行其他程序,并且可以設置該進程的優先級.ANSYS提供一種批處理方式的格式:“Ansys.bat-I InputName-OutName”,其中InputName和OutName分別為輸入和輸出文件名.假設log文件名存放在m_LogFileName變量中,而結果輸出文件名存放在m_OutFileName變量中.程序代碼如下:
3高爐爐殼結構力學分析軟件
用上述編程思想和技術編制軟件包,它包含工程設計人員必須涉及到的設計輸入輸出信息.運行該軟件后,可以十分方便地得到供計算使用的有限元模型和后處理結果,設計可靠性和效率大大提高.
4結語
(1)用VC++編寫針對高爐爐殼結構力學分析的封裝程序.操作用戶只需輸入工程中的可變參數,即可運行ANSYS的批處理進行分析計算.后處理部分可以借用ANSYS的后處理功能,也可借助其他商業軟件進行后處理操作.(2)摸索1種封裝ANSYS軟件的方法,從而達到讓不了解ANSYS的人運用ANSYS的強大功能分析計算工程實際問題的目的.(3)工業建筑結構中,具有相同功能的構筑物,其有限元模型的參數通常可以歸為1類.上述編程思路可用來開發各種類構筑物的通用有限元分析軟件,就這個意義而言,本文探索出1條開發軟件的思路,并能大大提高工程設計的質量與進度.
摘要:該文介絡了高層建筑結構力學模型仿真的理論基礎、關鍵技術和實現途徑,并簡述了高層建筑結構多媒體仿真系統MSTB的設計特點。
關鍵詞:高層建筑結構;仿真系統
1 概述
高層建筑結構在荷載作用下的反應,特別是在風荷載、荷載作用下的動力反應問題;一直是這一領域的研究熱點。已經研制出一批可用于高層建筑靜、動力分析的軟件等。但是,對于材料多樣,體型巨大,結構復雜的高層建筑,高速計算機的分析結果往往是一大堆數令人難以把握,給研究和設計都帶來很大的不便。目前由物理模型、數值方法和可視化技術相結合而發展起來成熟的計算機仿真技術,不僅可靠直觀,而且正迅速發展,因而受到廣泛重視。特別是隨著多媒體技術的成熟和應用范圍的不斷擴大,使計算機仿真領域出現了革命性的變化和發展。本文將結合作者在力學模型系統仿真系統研究方面的工作,著重介紹高層建筑結構力學模型仿真系統設計的關鍵和方法。
2 建立高層建筑結構力學模型仿真系統的基本思路
高層建筑結構力學模型仿真分析須具備二個條件,即:
1) 構成建筑結構的有關材料的的本構關系或物理模型,包括地基的物理力學性質。這可由制作小尺寸試件或現場采樣,由性能試驗確定。
2) 有效的數值方法,如有限元法,邊界元法,差分法等,都是很成熟的方法,可直接用于結構系統仿真。基于這二個條件的高層建筑結構力學模型仿真系統分析思路如圖1所示。
3 仿真分析的數學物理模型
對于高層建筑力學模型計算機仿真系統來說,其建立數學模型的方法和理論在結構力學中己相當成熟,因此,結構仿數學物理模型的建立必須同時考慮已有的數學物理模型和計算機仿真的目標兩方面因素。
3.1 數學模型
數學模型的含義很廣,如三角函數,代數方程;微分方程,積分方程,矩陣等由數學式子表示的函數關系或算法系統都屬于數學模型。數學模型來源于事實,但又抓住了現實申的本質問題。用于高層建筑結構的數學模型很多,如按所使用的數學方法來分,大致上有以下三種類型:
1) 確定性模型。模型各變量之間有確定關系,其模型表示形式是各種方程式(代數方程、微分方程等)和各種函數關系,大多為經典的數學方法。
2) 幻隨機性模型。由于結構工程材料、施工、荷載、環境等因素具有隨機性,因而結構度反應也具有隨機性。采用隨機模型的數學工具主要有概率論,數理統計和隨機過程等。
3) 模糊性模型。結構工程中有些性質是具有模糊性的。如結構安全性的好與差,材料合格界限等。因此有些分析可采用模糊性模型。模糊性模型的數學工具主要是以模糊集合為基礎的模糊數學。
3.2 物理模型(本構關系)
對金屬材料,采用一般的彈塑性本構關系,而對千混凝土、巖土等材料,由實驗可知這些材料的破壞曲面在偏平面上是非圓形的凸曲邊多邊形,在子午面上也是曲線,且近于向等壓軸開口的二次曲線,因此得采用多參數破壞準則[1]。
對于前面所介紹的幾種數學模型,若采用基于面向對象(OOP)的仿真實現方案,則可以方便地將各種數學模型置入仿真系統中,響應的仿真模型可以根據仿真要求重載其中某個數學模型。這OOP是方法用于結構仿真的優越之處。
4 系統特點及實現途徑
目前,我們研制的高層建筑力學模型仿真系統建立在Windows平臺上的。系統充分利用了Windows的多任務機制、事件(消息)驅動和動態交換功能來實現仿真的控制和驅動。系統具有以下幾個特點;:
一是模塊式結構。MSTB的開發充分利用了Windows的多任務特性,仿真控制器的各功能塊設計成可以并發的事件驅動按鈕,各仿真功能可以交叉調用,使用戶可以按照自己習慣的方式控制仿真過程。利用仿真控制器可以方便地實現多次運行,并能對實驗條件靈活地加以改變,對實驗結果作有效地統計分析。
二是數值機仿真和圖形仿真的分離及人工智能技術的運用。在MSTB中數值仿真采用定量方式進行仿真,由數值計算程序進行仿真分析,然后對計算結果進行對比分析,給出狀態曲繹而圖形仿真采用定性方式進行仿真,主要是結合數值仿真的計算結果,采用專家系統和知識把實驗過程形象地顯示在屏幕上,幫助用戶進行分析,顯示的內容不但包括實驗時可以見到的現象,還可以是某些狀態量(如位移,內力)的變化過程。這樣就覆蓋了人們在真實試驗中所全部信息數值結果和現象,全面地實現了仿真的目標。
三是工程數據庫的應用。由于仿真系統的數據類型復雜多樣,數據量大,而且仿真系統,-互要求很高,數據的存取、檢索頻繁,因此MSTBIS用工程數據庫將這些數據管理起來。數據庫系統,關鍵在于采用合理的數據存儲方案以及快速有數據庫I/O平臺方式,這樣在仿真系統的開發中,可以自曲地選用更合適的編程工具。
四是交互式多媒體用戶界面。在MSTB中系統用戶界面統一、直觀、簡單實用,并配有動畫音響效果,充滿表現力,為用戶提供了一個友好、輕松的仿真實驗環境。
5 結束語
本系統目前已實現了高層框剪結構在一般靜動力荷載作用下的位移場和內力場及隨機振動的動態模擬的可視化以及隨機振動的動態模擬。今后的工作將要考慮施工誤差、損傷累積、蠕變等因素的影響。對高層建筑結構進行疲勞生命周期的全仿真分析,因此今后還有很多工作要做。
摘 要 本文作者根據結構力學課堂教學特點，通過讓學生課前觀看視頻學習基本概念和原理，課堂上給學生留出更多的時間進行討論，分析研究問題，做作業。這樣，學生主動參與到教學中來，形成師生互動的良好局面，既提高了教學效果，又調動了學生的積極性。實踐證明，這種翻轉課堂教學模式應用于結構力學教學實踐是行之有效的。
關鍵詞 結構力學課程 翻轉課堂教學模式 師生互動
1 翻轉課堂提出
目前在我們的大學課堂上學生遲到、早退、上課睡覺、玩手機的現象比較普遍。原因主要在于以下幾個方面：（1）授課方式單一，課堂授課成了老師講解或者跟讀事先準備好的PPT的過程；（2）教師在課堂上傳授的知識幾乎是不變的，封閉的。例如有些課程教材已經換了好幾版，但是教師的課件或教案還是幾年前的，沒有什么變化。表現在結構力學課堂上就是學生學習興趣不高，課堂氣氛不活躍，隨著課程的深入，學習難度加大，學生課堂理解變得困難，因此缺課的同學不斷增加。個人認為學生對于理論知識的理解尚且容易，但是原理方法的應用就顯得力不從心，提筆解題困難重重，做作業花費時間長，效率低。
讓學生喜歡課堂，回到課堂，老師僅有認真負責的態度，扎實嚴密的知識結構還不夠。因為我們處在日新月異的信息時代，面對的是一群充滿活力的21世紀新青年，作為一個優秀的老師必須思考采納好的教學模式激發學生興趣。首先，要改變教師課堂教學方法。應該少講、精講，留出相當部分時間給學生思考、提問、討論和練習。其次，教師在課堂上應該補充一些教材以外的知識內容，把知識的原始出處、演變告訴學生，把日常生活、工程實際和最新成果引入到課堂教學過程中來，形成開放式知識體系，能有效地激發學生的好奇心和求知欲。最后，教師要善于利用網絡信息技術、資源引導學生自主學習，探究問題，加強和學生課后的聯系與交流。翻轉課堂就是適合這種特點的新型教學模式。它把對知識點的學習放在課后，學生分組通過錄制好的視頻學習。課堂上重點在于知識的運用分析，討論和做作業上；是改變老師一個人在講臺上講，學生在下面被動地聽的單調枯燥課堂教學過程。使學生也參與到教學過程中來，提升學生的學習興趣。筆者根據多年的教學經驗，針對結構力學課程特點，對課堂教學進行了改革，取得了顯著的效果。
2 課堂教學改革實踐
本著提高學生學習興趣，提高學習效率的原則 ，筆者對所教的結構力學課堂教學進行了改革。教學對象是水電專業大二學生，教材是清華大學編著的《結構力學I》第3版，課堂教學63學時。學生的學習活動包括課前視頻學習、課堂講授和課堂做作業三部分。
2.1 選擇教學內容
選擇教學內容時，不僅要考慮理論知識，也要考慮學習方式，時間活動，應該在學生現有的知識積累的基礎上，結合學生興趣和能力讓學生有所提高。教師應把教學內容分為三個層次：
一是學生應該熟練掌握，但是難度不大，不需要在課堂上精講的，可以在課堂上提一下的概念和原理等知識點提前錄制成微視頻；每個視頻錄制時間控制在20分鐘左右，便于學生集中精力學習。組長負責組織學習，時間相對靈活，又利于討論和監督，保證學習有序進行。每段視頻后有與所學內容相關的問題需要思考，便于在課堂中進行交流討論。
二是學生應該熟練掌握，并且有一定難度的是學習利用基本原理分析問題、解決問題的方法。這是老師在課堂上應該細講、精講的部分。需要通過具體例題講解，重點講授學生疑惑的部分，老師注重引導學生思考，打開學生思維。
三是學生應該熟練運用已有知識自主解決問題的部分。這部分通過課堂做作業來強化。把作業放在課堂上進行利于學生對所學的原理方法及時鞏固和掌握，有問題可以及時討論。注重培養訓練學生駕馭基本原理解決復雜問題的能力。
通過比較發現，課堂完成作業比課后完成效率大大提高，更容易理解和掌握知識，而且記憶持續時間更長。由于時間的限制，在課堂上做作業重點在于梳理出解題的思路，討論多解的方法，書寫作業過程可以放在課后完成。
2.2 一個教學單元的設計
課前學習和課堂學習不是分裂開來的，而是相輔相成的，翻轉課堂就是改變現有傳統教學過程的課前、課中學習順序，即課前利用視頻學習資源進行自主學習，而利用課中時間在教師和同學的互動下學習運用視頻中學到的知識解決問題。這樣不僅提高了學習者學習的主動性和積極性，而且在某種程度上也大大提高了W習者的學習效率。在這個過程中學生必須積極主動地參與進來。老師和學生協同努力完成學習。老師要選擇和制作好課前視頻、充分備課為課中學習選擇典型例題和制作課堂PPT課件，準備補充材料。學生則需要保證課前視頻學習到位 。因此第一次課后學生以宿舍為單位分成若干組。為之后以組為單位進行課前視頻學習和討論做準備，組長對每次課前視頻學習做好考勤，保證每個人都能完成學習，對學習中存在的問題做好記錄，便于課堂上進行討論。以每次兩節課連上，90分鐘為一個時間單元，選5個章節以表格的形式給出一個學習單元的組織流程圖，見表1。
需要提醒的是課前視頻學習并不是每次課前都有，也不是每次課前僅學一個，有時可能是兩個知識點，需要兩個視頻學習。例如結構幾何組成分析中課前6個概念知識點學完后，課堂上僅用極少的時間供學生提出不懂的地方，老師做出解釋和簡單的提問就可以結束。在這種情況下課前需要學習兩個視頻，兩知識點之間不需要進階的練習，學起來也很容易，但仍然可以分階段學習。課堂上大部分時間放在運用三個規則分析各種各樣復雜幾何體系上，這是我們的這一章的難點和重點內容。有時一個課前視頻學習需要結合兩次課堂練習才可完成，或者需要補充一些新內容，例如引入一些工程實際，歷史背景，學科前沿等，課前就不安排視頻學習。做作業30分鐘也可以穿插在講解完每個類型例題之后進行，不必要一定集中在最后完成。
考核是對教學效果的有力推進。也是保證學習效果的有效手段。學生期末總評成績有課堂作業、中期論文、綜合討論課和期末考試4部分組成，為了提高學生學習的積極性，主動性和參與性，尤其是課堂討論和課堂作業這一塊的平時成績所占的比例應加大，降低期末成績所占的比例。對學習的積極性具有一定的促進作用。
2.3 教學效果評價
一個教學方法的的好壞，關鍵是學生的評價和認可度。也是教師改進方法、提高教學效果的重要參考和依據。因此在課程結束時對教學效果在網上進行無記名投票調查，參與投票的人數65人。調查分兩個方面：一是給出定量的評價問題，學生給分的形式，每題滿分100；二是開放性問題提問，學生做出回答。
定量評價問題：（1）教學方法靈活多樣，合理使用各種教學手段，有啟發性（98.3）；（2）作業時間設置合理（98.8）；（3）激發了我的學習興趣，上課出勤率高、學習投入量大（98.3）；（4）該課程安排、考試方式合適（98.6）。
開放型問題：我對該授課形式的意見和建議。學生回答普遍認為：（1）上課氣氛活躍，老師和學生的互動性得到了充分的體現，能調節同學積極地參與課堂討論和發言；（2）課上給時間寫作業，課上交流與討論很多，每一章上完了還會組織大家一起討論，讓結構力學也變得輕松起來；（3）老師上課課堂形式多樣，開拓了我們的視野，讓人感覺不是為了講課而講課，很有吸引力，讓人樂意去集中注意力聽講。
總體上說，結構力學翻轉課堂模式設計比較合理，授課形式新穎，學生普遍認可，明顯激發了學習興趣和提高了學習效率。
3 總結
從課前視頻學習、課堂教學、課堂做作業三個環節看，學生對于這種課堂模式的認可度和完成效果評價較高。與傳統課堂相比，它的優點主要體現在如下幾個方面：
（1）調動學生課堂參與的積極性，提高了學習興趣。在傳統課堂下，教師講授力求完整詳盡，學生沒有發揮余地，趨向被動接受。在翻轉課堂下，把一些易懂的概念和原理放在課前視頻學習，課堂上老師只講重點難點內容，講授學（下轉第130頁）（上接第128頁）生疑惑的部分，可以留出更多時間給學生進一步主動探索的空間，能夠引發學生學習的主動性。
（2）增加生生、師生互動交流。在傳統課堂下，教師講授后學生各自學習，缺乏交流，學習難度大，興趣不高，翻轉課堂下，把互動交流放到課堂上，學習環境好，對于問題來相互協作共同解答。學生在討論中鍛煉表達能力，學會借鑒他人。
（3）提高了做作業的效率。在傳統課堂下，教師講授后學生各自做作業，比較枯燥，碰到問題不易解決，容易受挫。翻轉課堂模式下，把題目思路梳理放到課堂上，學生可以充分表達自己的觀點和疑惑，老師只是點撥和引導，作業書寫過程利用課后很少的時間就可完成。
綜上所述，基于結構力學翻轉課堂教學模式的探索出發點是調動學生的學習e極性、提高學生的學習興趣。因此要讓學生能夠主動參與到教學中來，教師在課堂上必須讓出部分時間，交給學生掌控，形成師生互動的課堂，這是翻轉課堂教學模式的特點，也是目前比較有效的教學模式。其具有極為廣泛的應用，也為進一步實現網絡視頻課程、大學慕課提供基礎。
摘要：本文從結構力學課程教學實際出發，然后針對目前存在的問題，從教學內容、教學手段、學習質量監控及評估體系三個方面對結構力學教學改革進行了探索并提出改革措施，以促進結構力學教學改良和發展。
關鍵詞：結構力學；教學改革；教學質量
一、前言
結構力學課程是土木工程專業的一個重要的基礎課程。該門課程是在高等數學、線性代數、理論力學、材料力學等課程結束才開始學習的課程，同時結構力學也是鋼筋混凝土結構和砌體結構、土力學與地基基礎、鋼結構和結構抗震設計等優秀專業課的力學基礎，是連接基礎課和專業課的紐帶，在整個專業培養計劃體系中占有舉足輕重的地位。結構力學教學效果的好壞不僅直接影響到學生對專業課程的掌握，而且還會影響到學生在實際工程中分析問題和解決問題的能力。學生在課程設計、畢業設計的過程中也要反復用到結構力學的知識。如何提高結構力學的教學質量，提高學生運用所學力學知識分析和解決實際工程問題的能力，是結構力學課程教學改革需要主要解決的問題。
二、教學內容改革
1.整合教學內容，提高教學質量。結構力學教學內容一般包括：結構體系的機動分析、靜定結構的內力和位移計算、靜定和超靜定拱、靜定結構的影響線、力法、位移法、力矩分配法、矩陣位移法、結構動力學和結構力學求解器、塑性極限分析、結構的靈活性和穩定性。結構力學在專業課與基礎課之間起著橋梁作用，但隨著新學科的發展，越來越多的課程開放實踐，結構力學的時間減少，所以建議在理論力學知識，如桁架梁結構的靜態和靜態力計算。矩陣位移法在本章中因為內容復雜，一般沒有足夠的時間進行講解，需要把握好重點、難點，對課程內容進行適當提煉。用最少的課時，達到要求的教學效果。有些學校不是關于動態內容，而是動態計算，是現代結構計算的重要M成部分，也是大多數高校研究生和注冊結構工程師考試的內容，因此應該是教學的重點。
2.增加實踐環節。結構力學的課程主要是理論研究，但它可以使學生了解抽象的、困難的和難以掌握的知識。例如，結構設計和開放實驗，讓學生創造性的設計房屋和橋梁模型，分析幾何組成，計算結構的強度、剛度和穩定性，并通過試驗測定了結構模型的強度、剛度和穩定性。同時，對實驗和理論之間的差異進行了分析，并提出了優化方法。結構模型設計和制作的趣味性和概念性，大大拓展了學生的視野，學生可以把理論與實際結合，激活其用力學概念進行結構設計的潛質，鍛煉其工程思維能力，從而取得良好的教學效果。
三、教學手段改革
1.重視傳統教學與多媒體教學的有效結合。教師在黑板上解釋和寫的過程中向學生傳達課程信息。隨著計算機的廣泛使用，多媒體技術在課堂教學中的應用越來越廣泛。多媒體技術為現代教育提供了方便，利用多媒體技術對圖像、聲音、動畫、文本、圖形、線條等進行處理，可以提高學生的學習興趣。但在抽象理論的解釋中缺乏優勢。例如，在計算結構力學公式時，如位移計算中的乘法公式、位移法等。如果直接用PPT演示，推導過程講解太快，不宜于學生的理解和接受。教師在黑板上用文字說明，只有通過口頭的、循序漸進的推導，并與學生互動，才能讓學生在思考和速度上跟上節奏。可以引導學生同步思考，吸引學生的注意力，引導學生的思維，也可以使學生和教師產生教學良性互動，使教學效果達到最佳。因此，教學方法是充分利用自己在黑板上的寫和多媒體相結合，從而提高教學質量。
2.重視網絡教學的應用。網絡教學已成為21世紀教學平臺的一個組成部分，教師將課堂上討論的問題在網站上展示，引導學生預習、復習和學習，從而提高課堂效率，豐富學生的力學知識有較強的自學能力，滿足學生的求知欲，提高教學效率。網絡是一個搭建溝通中心的平臺，在以上問題的師生，讓學生參與進來，通過溝通、討論，消除混亂，加深對知識的理解和升華，取得良好的教學效果。
四、建立全過程學習質量監控及評估體系
建立全過程的學習質量監控體系，把學生的學習質量把控在整個教學過程。良好的質量評估體系會激勵學生全程參與課程教學，讓學生從被動學習到主動學習，從而成為課程主體，讓學生從一開始上課就全心投入直至課程結束，保持課程知識體系的連續性。
建設質量監測評價體系的研究，應遵循“雙評價、教與學、教與學”的互動評價體系，對教師和學生都有好處。確保質量的指導思想，樹立以人為本、監控平臺的結構和功能，根據監測對象的多維監控系統分為監控中心，可以快速響應各種學習活動的教學科目的學習跟蹤、主體認識、指導、監控的要求，給出評價結果。多維監測的實施，學生做到全程、全員、全方位的監控，過程因素的教學和學習活動的識別，識別的影響教學質量的因素及該項目的主要內容學習。首先是出勤率。結構力學課程知識具有很強的連續性。經常性的缺課會讓學生在下次課聽課時，無法理解本節課講述的內容，無法跟上講課進度。為了避免學生不必要的缺課，可以進行課堂隨機點名，課堂考勤作為平時成績的一部分，保證學生課程學習知識的連續性。然后就是課堂提問。課堂提問一方面可以了解課堂的知識，另一方面可以在學生的監督中發揮作用。把課堂提問的問題回答情況計入平時成績。學生為了得到一個較好的平時成績，必須回答正確課堂的問題，這就需要在課堂上認真聽講。再者就是作業監控。因為結構力學課程的特點，學生必須在課下完成一定的作業，以此來檢查對所學知識的掌握情況。作業是檢查學生學習結構力學效果的一個重要工具，但是結構力學課程作業抄襲現象比較普遍。為了避免學生抄襲，可以增加作業題庫容量，針對同一類型的習題，讓學生完成自己學號最后兩位對應的相應題目。對教師來說，要提前建好作業題庫，而且還要建立比較完整的題目解答過程，方便教師的作業批改及課后對題目中錯誤的改正。這樣，任課教師的工作量就比較繁重。最后是階段性小測驗。當所學知識成為一個小體系時，可以針對階段所學內容，出一份試卷隨堂考試來檢驗學生階段的學習效果，及時發現學生課程學習中的問題。
以上幾種方法均作為學生平時成績的依據，最好能夠明確各部分所占平時成績的比例及平時成績換算方法，讓學生在接觸課堂后就能了解如何來獲得平時成績，并且把平時成績每兩個星期公布一次，在考試前把平時成績全部公布。讓學生在學習過程中知道自己的學習情況及平時成績的多少。這樣引導學生把課程學習盡量在課堂上完成，通過每節課、每次作業、每次測驗來監控學生的學習情況，避免普遍存在的在考試前集中突擊的現象，讓學生在學習中真正掌握課程知識。
五、結語
結構力學課程因為其教學內容的抽象、課堂容量大、課時緊，要在有限的時間內提高教學效果不是一件容易的事情，因此需要在實際教學活動中不斷探索和發展。一方面，現代教學方法應充分利用；另一方面，充分調動了學生的主動性和積極性。結構力學課程教學改革任重道遠，需要任課教師在授課過程中不斷的發現和總結，針對教學中的問題來提出改革的有效措施。
摘要：結構力學是固體力學的一個分支，它是土木工程專業和機械類專業學生必修的學科。文章針對目前結構力學課程當中存在的主要問題，從教學內容、教學模式、與工程實踐環節的關聯，三個方面進行闡述，并結合前人的研究成果，對結構力學課程教學方法的改革和實踐提出建議。
關鍵詞：結構力學；教學內容；教學方法；教學實踐
一、前言
結構力學是固體力學的一個分支，它主要研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進行結構優化的學科，它是土木工程專業和機械類專業學生必修的學科。結構力學在教學計劃中起到承上啟下的作用，結構力學的學習是以高等數學、大學物理、靜力學、材料力學等課程為基礎，為后續的鋼筋混凝土結構、土力學與地基基礎、房屋建筑學等專業課打基礎。本文針對目前結構力學課程當中存在的主要問題進行闡述，并結合前人的研究成果，對結構力學課程的教學方法的改革提出幾點建議。
二、結構力學教學中存在的問題
結構力學課程在構建大土木專業教學改革背景下出現了多元化，即：經典力學、計算力學、工程實例分析計算。經典力學是以結構力學為基礎，簡化教學內容，偏重基本概念，基本理論，基本方法的研究；計算力學是以計算機為基礎，熟練應用結構力學軟件，進行相關的結構力學模型的建立；工程實例分析計算是以經典力學為基礎，運用計算機對工程結構進行簡化、建模、計算。
目前，從我國的結構力學課程學時來看，很難完成這三方面的教學，即使是經典力學都很難完成教學計劃。由于課時的縮減，教學進度的加快，造成了結構力學教學存在的普遍現象：理不難做題難，上課易懂下課不會。
（一）教學內容的重復設置
由于力學課程的設計缺乏系統性，導致教學內容重復，如靜力學中已經學過桁架的內力計算，在結構力學中沒有必要再次講解。再如在材料力學當中講過的靜定梁的內力計算，在結構力學中只需一帶而過。
（二）教學方法單一
目前的結構力學的教學方法多是以多媒體課件為主并配合板書進行相應的講解，單調的講課模式容易讓學生產生厭倦感。教學方法的單一不能很好地激發學生的學習興趣，在很大程度上降低了學習效果。
（三）與工程實踐脫節
結構力學課程是為了讓學生在掌握經典力學的基礎上，可以對工程中實際問題進行簡化，用結構力學的方法和理論解決工程問題。因此結構力學課程重視的不僅僅是學生能夠正確地解答課本上的習題，更主要的是能夠把理論與實踐有機地結合，然而事實證明目前的教學方法很難達到這樣的目的。
結構力學涉及的領域相對廣泛、內容相對較多，且由于高度抽象的理論演繹，要傳授學生熟練掌握、靈活運用結構力學知識確實不易，此外，客觀上還要求兼顧教學效率和教學質量，無疑給結構力學的教學增加難度。
三、結構力學課程教學方法改革和實踐的探討
基于結構力學教學當中目前存在的問題，以優化課程建設，變換多元化的教學方法，激發學生濃厚的學習興趣，把理論教學與工程實踐結合，為學生更好地掌握結構力學的基本思想和理論，可以對結構力學課程教學方法改革和實踐作如下探討。
（一）教學內容的精簡
刪除與靜力學、材料力學重復的內容，教師應該精讀教材及相關的參考書，在深刻把握知識點、節、章的基礎上，對教學內容進行精簡――舊粗新細，舊的知識點我們只需要簡單地回顧，新的知識點我們需要詳細地講解。對于截面法求內力部分的內容在材料力學當中進行過詳細地介紹，因此在課堂上只需要用簡短的語言對截面法求內力進行簡單地回顧，如“截、取、代、平”。此外，在講新知識點的過程中，要注意對相關舊知識的復習，加深認識和領悟的一個重要方法就是重復，在對舊知識重復的過程中加深對新知識的認識，這種新舊對比有助于認知過程的溫故知新。對于位移法我們需要進行詳細地講解，在回憶力法的基礎上，講解位移法的基本思想及推導過程，對比力法和位移法的優缺點，幫助學生更好地記住這兩種方法。
通過對教學內容的提煉，在不降低教學質量的前提下縮短課時，大大提高了教學效率，為后續的實踐課程提供充分的課時。
（二）教學方法的多元化
結構力學課件的制作是一個既費時又費力的工作，因此我們建議由課題組老師一起分工完成，由教學經驗豐富的老師負責內容的選擇，由熟練掌握PPT應用的老師制作。為避免重復性的工作，每位老師負責指定章節的內容。在具體制作的過程中，注重制作的技巧和效果，對頁面要求簡單，不過于花哨；在藝術效果上力求多樣化；注重信息反饋和課件的實時更新，通過總結教學過程中學生的反饋信息，對課件要進行相應的修改，達到制作―使用―反饋―修改的不斷循環。
結構力學課程概念多，理論性強，計算煩瑣，使單調的多媒體課件文字和板書講解變得乏味，為更好地激發學生的主觀能動性，在原有的多媒體課件上需要增加一定的圖像、聲音、動畫等內容，有助于學生理解概念，掌握規律。此外，改變傳統的滿堂灌式的教學，每節課給學生留出一小部分時間對本節課學習內容進行總結，并允許學生提問，這樣可以更好地幫助學生掌握上課內容，并激發上課的積極性性。多媒體課件的網絡化是必然趨勢，為便于學生自主學習，課程建設老師可以建設結構力學課程網絡教學平臺。把電子版的教學大綱、方案、課件及重點知識點講解視頻等資源上傳至網上，供學生自主學習，并開通答疑通道，實現教師與學生的課下交流。
（三）重視自學能力的培養
現階段的知識和技術手段更新周期越來越短，自學能力的培養更是體現出現代高等教育的鮮明特點。在校期間對學生的自學能力進行培養，對他們走向社會后及時補充新知識、提高競爭力是非常必要的。為此，除課堂講授外，還可讓學生進行自學。例如，明確一些自學章節，指定一些參考資料，對自學內容提出要求，并提出自學思考題，引導學生在自學中發揮自已的想象力和創造力。最后，可通過課堂提問、討論、自學作業及期末考試等形式來檢查自學效果。
此外，Ρ榷耘佳習法、復述學習法也都是比較有效的學習方法，結構力學課程中的力法和位移法、虛功原理和虛功位移原理等都是對比對偶的關系，善于抓住其相互聯系可以大大提高學習的效率；對于一些重要的方法和原理，比如功的互等定理等教學內容，應該鼓勵學生模仿老師課堂上的表達用自己的語言進行復述，在反復的練習中加深對知識點的掌握，有效地達到自主學習的效果。
（四）結合工程實踐，強化學習目的
興趣是最好的老師，為使學生對結構力學課程產生濃厚的興趣，在教學當中需要引入大量的工程實例。結構力學課程中的力學模型背后蘊藏著大量的工程背景，與生活實踐息息相關，因此我們可以根據每章的教學內容，在每一章剛開始引入工程當中存在的問題，引發同學積極思考解決的辦法，并在每章內容學習之后，用這一章的知識點解決引例，激發學生學習的動機。此外，教材實例大量缺乏，因此在講課過程中我們要從結合生活中的小事到聯系實際中的大事，這對工程應用知識匱乏的學生來說是行之有效的方法。
學好結構力學僅僅靠課堂理論知識的教授是不夠的，為引導學生發現問題并利用所學的知識解決問題，需要開展更多的課外學習，如發展結構設計大賽、結構模型的搭建，讓學生通過自己對結構力學基本知識的理解，搭建各類結構模型，這樣不僅能提高學生的學習興趣，更激發學生的主觀能動性。
四、結語
作為土木工程專業中的重要專業基礎課，結構力學在工程實踐中具有重要的地位。目前各大工科院校對結構力學課程教學方法和實踐提出了多方面的建議，主要在于打破陳舊的教學方法，合理地設計結構力學的學分安排，提高學生學習熱情，結合工程實踐，為學生更好地掌握結構力學課程做好鋪墊。
【摘要】《結構力學》是船舶與海洋工程學科的兩大力學支撐之一，在整個專業的教學和人才培養計劃中具有相當重要的作用。隨著教育部“卓越工程師教育培養計劃”的出臺，工科專業對學生的工程能力和創新能力有了更高的要求，本文結合《結構力學》課程的教學改革工作，對如何培養應用型、創新型的復合人才提出了幾點看法。
【關鍵詞】船舶與海洋工程 結構力學 課程改革
《結構力學》是船舶與海洋工程學科的兩大力學支撐之一，是船舶與海洋工程專業的重要學科基礎必修課程，它既是對前期學習的理論力學、材料力學課程的延續與深入，同時也為后續的船體強度與結構設計、鋼結構設計基本原理等課程打好基礎，因此在整個專業的教學和人才培養計劃中具有相當重要的作用。
隨著教育部“卓越工程師教育培養計劃”的出臺，工科專業對學生的工程能力和創新能力有了更高的要求，本專業按照新要求制定了卓越工程師培養方案，修訂了本科教學大綱，并且在教學過程中大力推進改革創新，著力培養適應未來行業發展要求的應用型、創新型復合技術人才。下面我就結合《結構力學》課程的教學改革工作，就如何培養應用型、創新型的復合人才談談自己的看法。
一、教學內容改革
1.合理搭配專業教材，突出船舶與海洋特點
目前，工科結構力W的教材主要是針對土建、水利、道橋、力學等專業編寫的，教材中對通用的理論知識講解非常透徹，但是例題和延伸知識中卻缺乏和船體結構相關的內容，因此本課程在教材選取上，采用了由高等教育出版社出版的龍馭球教授、包世華教授主編的《結構力學》以及上海交通大學出版社出版的陳鐵云教授、陳伯真教授主編的《船舶結構力學》兩本書組合的形式。這樣既包含了結構力學傳統的基礎知識，又增加了針對船舶與海洋專業特點內容的拓展，保證了教學內容上的豐富多彩。
2.適當結合工程背景，突出專業知識應用性
部分學生到了畢業設計或是工作階段會感覺學習的專業知識無法應用到實際工作中，這主要是由于理論知識的學習和工程背景脫節造成的。因此，對船舶與海洋工程專業學生分析和解決實際問題能力的培養，必須在專業基礎課程中就予以重視。在結構力學課程的教學工作中，需要將力學知識的講解和具體工程背景下的力學模型結合起來，在進行計算分析時應多給學生介紹船體結構中板材、骨架的結構形式，使學生對工程實際中各種構件、支座的簡化形式、載荷傳遞的簡化方法熟悉掌握，這樣才能將理論知識通過簡化計算模型同船舶與海洋工程的實際結構聯系起來，突出結構力學知識的應用性。
3.增加軟件培訓教學，貼近工程應用實際
傳統的結構力學教學內容，主要是采用手算方法對比較簡單的結構形式進行計算分析，旨在培養學生對工程結構進行校核分析的基本方法。而目前在船舶與海洋工程工業領域，已經有很多成熟的計算軟件，使用專業軟件對工程實例進行計算分析已經是行業內對畢業生基本的技能要求。因此，在結構力學的教學工作中，在打牢理論基礎的前提下有必要培養學生使用軟件建模、計算分析以及編程二次開發的能力，這樣能夠提高學生的綜合素質、拓寬學術視野，為其后續的學習研究以及參加工作奠定扎實的專業基礎。
二、教學方法改革
1.合理搭配板書教學和多媒體教學方法
結構力學是一門實踐性很強的理論課程，要想達到良好的教學效果，首先必須堅持黑板板書的傳統教學方法。口頭講解配合板書的教學方法邏輯清晰，重點突出，在教學速度上更容易被學生接受，特別是在公式推導和理論計算時，板書教學法對過程的分析更加細致，更容易被學生理解，因此，在教學過程中一定要堅持板書教學。
其次，應當利用多媒體教學手段提高教學質量。結構力學是一門與工程實踐聯系緊密的應用性學科，一些工程實例特別是復雜的結構形式無法通過語言和板書給學生進行描述，這就需要充分發揮多媒體教學手段的優勢，通過圖片、視頻資料將實際結構形象的展現出來，這有助于學生將枯燥的理論簡化模型同生動的工程結構實物聯系起來，加深對所學知識的理解并能夠學以致用。
2.充分發掘實習環節的教學作用
船舶與海洋工程專業的本科教學非常注重實踐環節，安排了大量的現場實習教學工作，如認識實習、生產實習、畢業實習等。實習過程不僅能夠使學生了解船舶設計和生產的原理、流程和工藝等實踐知識，還可以發揮對專業課程的輔助教學作用。例如對結構力學課程中涉及的船體結構計算分析，就可以在實習工作中進行現場教學，直觀生動的教學環境能夠加深學生的理解和印象，起到事半功倍的效果。此外，還可以在實習過程中與經驗豐富的技術人員進行交流，收集與結構力學專業課相關的生產實踐知識，以及拍攝視頻和圖像資料，用以后續課程中作為補充內容進行授課，進一步拓展學生的視野，并將課程內容與生產實際相結合。
三、考核方式改革
1.考核成績計入參加相關競賽的成績
參加結構力學專業相關的各級競賽活動，不僅能鞏固結構力學專業知識，還可以提高學生的綜合能力，因此很有必要進行引導和支持。例如對于參加校級結構設計大賽表現優異的團隊和個人，可以在課程考核中合理設置加分，通過加分獎勵制度鼓勵學生多參加相關競賽，通過競賽來檢驗學生的學習成果，不僅有利于課程教學效果的提高，也能夠激發學生將理論知識應用于實際工程設計的創新潛質，推動教學工作和競賽活動的互相促進。
2.考核成績計入參加相關科研項目的成績
教學和科研工作是相輔相成的，要提高專業課的教學質量，可以從鼓勵科研入手。本科學習階段，部分成績優異且對科研活動感興趣的學生很早就開始了科研工作的起步，而通過考核成績中計入參加相關科研工作的方式來引導和鼓勵學生參加科研，是提升教學質量的好辦法。例如本校的本科生研究發展計劃（SRDP）吸引了大量本科生的參與，對于結構力學課程教學而言，可以通過在最終考核成績中計入相關專業SRDP項目成績的方式來對學生進行引導，鼓勵學生在達到結構力學課程本科要求水平的基礎上，進一步深入學習專業知識，為后續的研究和工作提前打好基礎。
隨著船舶與海洋工程行業的發展和技術進步，對于本專業的結構力學課程教學要求也在不斷提高，為了培養適應未來行業發展要求的應用型、創新型復合技術人才，結構力學課程的教學改革工作必須持續推進，而只有通過教學內容、教學方法和考核方式的改革將教學、科研、競賽等活動有機的結合起來，才能推動結構力學課程教學質量的進一步提升。
【摘 要】本文闡述了筆者在獨立院校的課程教學中所觀察到的一系列問題，通過對比國內外高校的結構力學教學改革現狀，并且結合學生的學習特點，在優化教學內容、培養學生能力、轉變教學模式等方面提出了幾點建議，采用優化教學內容、合理利用教學資源，加強實踐教學等措施，來達到提高學生對結構力學的興趣和加深對該門課程的理性認識。
【關鍵詞】結構力學；教學方式；教學優化
1 結構力學課程教學改革的目標
目前，許多的二、三類本科院校正在過渡為應用型本科，將培養重點放在教育出具有實踐操作能力的應用型人才。因此要達到該目標的重要舉措之一就是進行專業實踐教學的改革。
現代科學技術的發展對土建類人才的要求越來越高。隨著我國城鎮化進程的飛速發展，無論房屋還是橋梁的結構形式都日趨復雜，計算機輔助設計與有限元分析已成為工程實踐中必不可少的應用手段。在以往的結構力學教學過程中，過度強調學生計算能力的培養方式已不能滿足用人單位的需求。特別對于獨立院校的學生，畢業后進入生產一線的比重很大，部分學生認為結構力學的學習無益于今后的工作，導致對著門課程興趣不大、輕視了對結構力學的學習，致使學生缺乏在解決實際工程中相關結構問題的能力。因此，在許多以培養應用技術型人才的獨立院校中，如何將以理論授課為優秀的《結構力學》課程與實踐結合起來，探索一條符合時代需求的教學實踐化改革道路，已成為我們必須要思考的問題。
2 結構力學教學中存在的問題
目前在許多院校中，學生對結構力學的學習不夠重視，同時教學也存在著一些不足和欠缺，造成了結構力學成為土木工程專業最難學的基礎課之一，主要體現在以下方面：
2.1 教學模式單一與創新意識脫節
結構力學基本教學模式都是以板書和教科書結合為主要授課方式，并采取口授形式進行教學。教學課堂枯燥單調，表述形式太過于抽象，公式推導繁瑣、機械工作化較多，教學效率低下[1]。可以適當增加多媒體或軟件教學可大大提高學生自主學習能力和開拓創新思維能力。
2.2 內容抽象、復雜
結構力學研究計算的是結構在各種效應作用下的響應，包括內力的計算及位移的計算。由于內力看不見，摸不著，學生在學習的過程中缺乏感性的認識，學生很容易將內力等概念混淆，造成對知識點的模糊。
2.3 缺乏教學實踐環節
由于結構力學的理論性非常強，為加強學生對基礎知識的理解，教學過程以理論講解作為重點，實踐環節缺失。學生在完成結構力學課程的學習后，縱使掌握了對靜定結構和超靜定結構的內力計算方法，也不知如何在工程實踐中應用。
3 結構力學教學改革探討
3.1 優化教學內容，提升學習興趣
結構力學是一門專業基礎課，主要研究桿系結構的內力和變形，具有內容較多，理論性強，概念較為抽象，解決問題的思路多樣化等特點。這就造成學生在接觸到這門課程時容易產生畏難情緒，再者由于學生在學習過程中沒有明確的目的性，“怎樣去學習”、“知識點該如何運用”、“如何分析力學模型”等問題普遍存在。根據這一情況，在結構力學課程教授過程中，可以將實際工程案例引入到教學中來，授課教師可以對課堂上講授的每一個章節、每一個知識點都能夠找出相對應的工程應用案例，針對實際工程案例，授課教師應著重講述本章學習內容與實際案例之間的緊密聯系，例如在講授受彎構件時，如何將建筑中的梁、荷載、支座簡化為力學模型來進行受力分析，利于學生在思考問題時可以結合實際，將抽象的概念具象化。通過這種方式，潛移默化地讓學生意識到結構力學的學習對解決工程實際內容起著至關重要的作用。
3.2 培養學生的力學思維，提升優化結構的能力
隨著建筑材料的復雜化，結構形式的復雜化，實際工程中，能通過人們手算的例子變得少之又少，取而代之的是高性能計算機的廣泛應用，然而結構設計中，并不是一味的強調運算的準確性與高效性，更多強調如何將復雜的問題簡單化，如何在眾多結構中選出最合理的結構，這才是工程人員的價值所在。在實際工程中，利用監測數據與力學概念分析，確保在施工過程中不出現安全事故，保證施工順利有效進行[2]。因此，除了在課堂上培養學生解題的相關思路，還要增強他們在生活中的力學思維，即構建“力學模型”的思維。“力學模型”是連接理論知識與實際問題的紐帶，將課堂的知識帶到課外實際運用中，才是教學的目的。因此，教師在教學中除了傳授基本概念和解題方法，還應該把教學重點放在如何構建力學模型上，將復雜的工程問題精簡為力學模型進行分析，從構件尺寸的特點、材料的特點，約束的特點，荷載形式的特點等方面，逐步引導學生把實際問題轉化為習題中常見的模型，最后向學生們提出問題，如對于要在不改變材料的前提下提高構件的強度可以從哪些方面著手？怎么樣將結構形式進行優化？這些都需要通過學生在日常學習中獲得的專業知識經過計算解決，久而久之便使他們養成了抽象概括的能力，加強了對結構力學知識的應用。
3.3 加強實踐教學，提升實驗效果
結構力學的課程學習中，學生接觸到的都是平面問題，面對死板的內容，較多的提高的是學生的解題能力。可是在工程中設計人員所要設計的是三維的實體模型，這就要求學生能從課堂中的二維結構過渡到實際工程中的三維建筑，從紙面上的計算應用到設計中去，所以針對結構力學這類內容抽象，理論性較強的學科，在培養基本知識的靈活應用的基礎上，還需要有對應的實驗安排，深化學生對結構組成的認識[3]。同時，結構力學課程的實踐教學環節可以與結構設計大賽及計算機仿真模擬大賽有機的結合在一起。任課老師在教授完課程內容以后，可以根據學生的掌握情況，按照結構設計大賽的比賽模式出題。考慮到學生們的完成能力，讓學生分組合作自行設計，確定結構形式，運用有限元軟件計算結構的承載能力，實現將實際問題放到電腦里處理；同時任課教師根據同學們設計的模型樣式以及運行結果與同學們討論，優化結構方案，選定最優的幾種方案，再以紙、木、竹為材料進行實體模型制作，并通過加載儀器進行加載。校核學生自己動手做出的結構是否滿足要求，實現將電腦或手工計算的結果落實到應用中去。
4 結語
通過對結構力學課程進行上述內容的改革與實踐，開闊了教師的視野，拓展了教師的思維，使教師在教授課程中不僅僅局限于書本，而是引用工程實例，真正做到從實際中來，進書本中學，再到實際中去的螺旋式上升的教育理念。在進行結構力學理論授課的同時，增加實踐教學環節，實現結構力學與結構設計大賽與虛擬軟件模擬仿真的有機融合，充分激發學生的學習興趣與學習熱情，調動學生學習的積極性和主動性。以上是筆者根據在結構力學課程實際教學中發現的一些問題，提出了對課程教學改革的一些膚淺的看法，希望能結構力學這門課程教學質量的提高有所幫助。
摘 要：結構力學作為土木專業傳統的基礎力學課在土木工程專業的教學和學生學習中起到基石作用，隨著我國卓越工程師教育改革的深入，如何培養學生的創新能力和實踐能力成為土木專業教師需要思考的問題。文章從教學內容、教學手段、實踐環節設置等方面探討了結構力學課程的改革，為今后相關課程改革提供了一定的借鑒。
關鍵詞：結構力學；創新能力；課程改革
0引言
教育部“卓越工程師教育培養計劃”要求高校培養造就一大批創新能力強、的高質量各類型工程技術人才。其實質就是要求高校根據社會需求培養出“基本功扎實，上手快，能力強”的高素質創新人才。這就要求高校在人才培養方面從專業基礎課到專業課中自始自終貫穿對人才創新能力和工程能力的重點培養。而結構力學作為土木專業最重要的專業基礎課，在整個土木工程專業課程體系中具有不容置疑的重要地位。結構力學課程教學的目標，要從傳統的“會解題”，轉變為會“解決問題”，要從傳統的力學知識的掌握，提升為創新能力和工程能力的培養。因此，有必要對土木工程專業結構力學課程從教學內容、教學手段、實踐環節設置等方面進行研究和改革，真正提高學生力學素養和創新能力。
1對結構力學教學內容和教學手段的改革研究
（1）教學內容及講授例題與工程實踐緊密貼合。傳統結構力學教學通過學習力學理論、講解例題來達到知識的掌握，對例題的選擇與工程實踐結合不夠緊密，學生學會了解題，卻很難提高解決工程實踐問題的能力。因此，有必要結合土木工程各類典型結構合理選擇各章例題，力求最大程度貼近工程實際，將工程實際問題作為教學例題進行分析講解和討論，如運用力學原理分析工程事故、對工程結構進行優化設計等等。由注重單一解題能力的培養向提高力學素養轉變，同時，與工程實踐的結合也將大大提高學生的學習興趣，對后續專業課的學習也奠定了更有利的基礎。
（2）由單一的課堂講授向多元化教學模式的轉化研究。以前的結構力學授課多采用課堂講授為主，整個課堂由老師唱“獨角戲”，學生被動接受，學習效果不好。而真正要提高學生解決問題的能力，就不能只由老師來唱“獨角戲”，也要由學生來“唱一唱”。知識聽懂了，還轉化不成能力，只有在此基礎上經過思考、總結和提高，才能一步步轉化為能力。因此，需引入多元化教學模式，注重學生興趣的激發和創新能力的培養，尤其應加強課堂討論環節，引導學生思考、總結，通過討論，加深對知識的理解和把握，從而提升能力。比如，在結構的內力計算相關章節，可以引導學生討論如何減小桿件的彎矩，如何調整連續梁的內力，如何減小超靜定結構的溫度應力等等。既激發了學生對力學學習的興趣，又提高了學生運用知識解決問題的能力。除此，還可以采取學生講課、學生做分析報告等形式。
（3）結合工程實際合理確定各章節課后作業。作業是課堂授課的必要補充，只有切實認真地完成課后作業，才能真正將力學理論應用于解決問題。為了提高學生解決問題的能力，課后作業的選擇非常重要。課后作業應貼近工程實踐，更重要的是，要由單一注重定量計算向提高學生運用力學知識對比、分析問題、解決問題能力培養方面進行改革。傳統的力學作業注重解題能力，題解出來了，問題就結束了，只解決了“會解題”的問題，而要提高學生的創新能力，不僅要注重加深學生對知識的理解和掌握，更要學生靈活掌握知識，學會活學活用。比如學生學習了位移的計算，課后作業可根據工程實踐進行結構的位移計算，并要求分析哪些因素可影響位移值，若位移值不滿足要求，可采取哪些辦法等等。引導學生養成思考問題的習慣，比會解題更重要，只有經過思考經過總結，知識才能更快地轉化為能力，這也是提高創新能力的基石。
2師資力量的合理配置
為有效培養學生的創新意識和實踐能力，可嘗試選擇土木工程的專業課老師擔任結構力學課程的授課工作。缺乏工程實踐經驗的力學老師，很難將力學知識與工程實踐問題結合起來，而土木工程的專業課老師一般均具有較高的力學素養，不僅能夠勝任結構力學課程的教學，同時又具有較高專業素養及工程實踐經驗，很容易將專業知識融入于力學教學中，對培養學生利用力學知識解決專業問題有很大的幫助，對后續專業課的學習也起到很好的鋪墊作用。
3強化學生綜合素質和創新能力培養的實踐環節改革
習題做的再多也是紙上談兵，因此，一定要鼓勵學生多接觸工程實踐，在實踐中提高分析問題和解決問題的能力。近年來，國家、省市及院系組織了很多力學競賽及結構設計大賽，旨在提高學生的實踐能力和創新能力。因此，應積極鼓勵和組織學生參與這些競賽。實踐證明，對于在校學生來說，參與工程實踐的機會很少，而結構設計大賽、力學競賽等能大大提高學生的動手能力和解決問題的能力，是培養人才創新能力的重要環節。在結構力學的教學中增加這類實踐環節，不僅能大大激發學生學習力學的興趣，更能在動手過程中提高實踐能力和創新能力。
4由傳統的手算到手算與算結合的改革研究
手算對學生培養清晰的力學思維有很大幫助，然而對于較復雜的力學問題，手算將耗費大量的時間和精力，還容易出現錯誤。隨著計算機技術的飛速發展，工程實踐中多采用電算，為很好地與工程實踐接軌，在大學教育中應注意手算與電算相結合。手算有助于對解題方法和步驟的理解，在力學的學習中不可或缺。然而大量而繁瑣的計算大可采用電算，且可運用電算來進行結構的對比分析等，雙管齊下，才能取得更好的效果。
5結語
要提高學生的綜合素質和創新能力，要求我們真正把能力培養貫穿于整個結構力學的教學和實踐中，及時考察改革效果并不斷進行改進，只有這樣才能真正培養出符合市場需求的具有創新能力和實踐能力的土木工程人才。
作者簡介：
李銳（1975.9-），女，講師，工學碩士。
