時間：2022-04-18 08:38:09
導(dǎo)語：在結(jié)構(gòu)力學(xué)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1當(dāng)前結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中存在的問題
在現(xiàn)有的培養(yǎng)模式下，當(dāng)前應(yīng)用型本科院校結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)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(yè)課課時大幅削減，結(jié)構(gòu)力學(xué)也不例外，從而使教學(xué)內(nèi)容多，學(xué)時少的矛盾日漸突出，因此應(yīng)用型本科必須對結(jié)構(gòu)力學(xué)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。
1．2教學(xué)手段單一
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程理論性較強(qiáng)，講授內(nèi)容繁多，教學(xué)方法以傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主。教師注重教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，但教學(xué)方法和教學(xué)手段單一，缺乏創(chuàng)新，而學(xué)生也只知道被動的接受，對老師的講課產(chǎn)生依賴性，而不主動的思考，這樣就難以達(dá)到對學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的要求。
1．3實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少
在現(xiàn)有的教學(xué)模式下，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)往往集中在課堂教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)中存在著“重理論、輕實(shí)踐”的通病。學(xué)生在完成結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)后，不知如何在工程實(shí)踐中應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題，實(shí)際動手能力較差。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，實(shí)踐性學(xué)時太少，學(xué)生真正將理論知識與實(shí)踐結(jié)合起來的機(jī)會更少。
1．4考核方式單一
傳統(tǒng)的考試模式，仍然是對課程內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，采用典型的試題來考核學(xué)生對知識的理解和掌握情況。學(xué)生為了考試過關(guān)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(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展。
2具體的改革措施
針對應(yīng)用型本科結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)過程中存在的問題，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從以下幾方面，對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革提出一些初步的探討。
2.1教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整
為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，針對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程內(nèi)容多、學(xué)時少的特點(diǎn)，以及應(yīng)用型本科院校的生源特點(diǎn)，具體在課程內(nèi)容上圍繞以下幾個方面加以調(diào)整：
（1）在教學(xué)過程中刪去一些理論性較強(qiáng)而對培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力作用不大的內(nèi)容，比如說變形體虛功原理的推導(dǎo)、證明等。
（2）對于結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容，著重于介紹基本概念、基本原理與基本方法；在基本計(jì)算方法方面，注重加強(qiáng)工程實(shí)用計(jì)算方法的訓(xùn)練。
（3）對于靜定結(jié)構(gòu)和簡單的超靜定結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生能進(jìn)行手算，這有利于學(xué)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(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)，要求學(xué)生能運(yùn)用學(xué)過的基本原理和方法對其進(jìn)行定性分析，為后續(xù)的電算課程打好基礎(chǔ)。
2．2教學(xué)方法和教學(xué)手段的多樣化
結(jié)構(gòu)力學(xué)有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，學(xué)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(diǎn)問題。為了解決這個問題，改進(jìn)教學(xué)方法，采用多種教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，以達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。
（1）教學(xué)方法要靈活多樣。我們采用的主要教學(xué)方法包括啟發(fā)式、歸納對比式、提問式、討論式與案例式教學(xué)等，收到了良好的教學(xué)效果。采用啟發(fā)式教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的潛能；通過歸納對比可以促進(jìn)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力等。
（2）加強(qiáng)習(xí)題課的綜合訓(xùn)練。在每一章課程學(xué)習(xí)結(jié)束后安排習(xí)題課，通過習(xí)題課，講解典型例題，幫助學(xué)生深化理解基本概念、基本原理與基本方法。在習(xí)題課中讓學(xué)生動手做題再講解，避免學(xué)生眼高手低。還可以選擇一些具有代表性的學(xué)生易出錯的習(xí)題，分析錯因，使學(xué)生更好掌握解題的基本方法。
（3）采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)手段。用傳統(tǒng)的板書進(jìn)行課堂講授時，結(jié)構(gòu)繪圖與計(jì)算過程耗時較多，速度較慢，課堂教學(xué)信息量較小。而多媒體教學(xué)可以通過形象具體的圖片、動畫或視頻等把學(xué)生無法想象、教師也難于用語言來描述的內(nèi)容，生動、形象地演示出來，學(xué)生接受快、印象深刻，可有效提高學(xué)生對概念的理解和掌握。但是如果只采用多媒體，教學(xué)信息量大，學(xué)生沒有充分時間理解授課內(nèi)容，重點(diǎn)難以把握，又會適得其反，因此合理的把兩種教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，才能取得良好的教學(xué)效果。
（4）加強(qiáng)理論與實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)手段。教師在講解新內(nèi)容前，通過視頻、圖片和動畫等手段，創(chuàng)造實(shí)際工程情境，從而引出將要教學(xué)的內(nèi)容，以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講解完相關(guān)理論知識點(diǎn)后，可以通過分析典型的工程案例加強(qiáng)理解，從而潛移默化地將工程思維滲透到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中。例如在講解到桁架結(jié)構(gòu)時，可以帶領(lǐng)學(xué)生到桁架結(jié)構(gòu)的工廠或公共建筑進(jìn)行實(shí)地講解；在講解到超靜定的剛架結(jié)構(gòu)時，可以與實(shí)際的框架結(jié)構(gòu)工程對比等。
（5）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師可以把教案、多媒體課件、習(xí)題練習(xí)、試題庫等教學(xué)資源上傳，提供各種學(xué)習(xí)參考資料，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了方便條件；同時通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，還可以實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的實(shí)時交流互動，及時幫助學(xué)生解決在學(xué)習(xí)中所遇到的困難。
2．3增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
力學(xué)概念是從實(shí)踐中來的，開設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解課堂上的一些基本概念和專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力等。另外，土木工程專業(yè)還可以增設(shè)結(jié)構(gòu)模型大賽，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和自主學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)的感性認(rèn)識和學(xué)習(xí)興趣。
2．4考核方式的改革
傳統(tǒng)的考試方法只能考核學(xué)生對課本基本理論知識的掌握程度，這種考核不能反映學(xué)生的綜合能力，是不全面的。為適應(yīng)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式的要求，對原有的一次性考核進(jìn)行改革，具體如下：
（1）加強(qiáng)日常教學(xué)管理，不僅對學(xué)生平時課堂出勤率、作業(yè)完成情況進(jìn)行考核，還要對學(xué)生整體表現(xiàn)進(jìn)行考核，比如課堂回答問題的情況、答疑質(zhì)疑情況等。
（2）增加期中考試，對學(xué)生階段性知識掌握情況進(jìn)行考核，通過考核結(jié)果反饋學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況，從而為下一步的教學(xué)工作奠定基礎(chǔ)，并把考核結(jié)果按比例記入期末考試總成績。
（3）對考試試題類型進(jìn)行改革，區(qū)別于以往的以典型題目計(jì)算為主的題型，增加對定性分析內(nèi)容的考核。通過靈活的考核方式，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識。
3結(jié)語
隨著社會的發(fā)展，立足于應(yīng)用型本科教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)用型人才培養(yǎng)是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的定位。只有不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)力學(xué)與工程實(shí)踐的聯(lián)系，與時俱進(jìn)，才能提高學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的市場競爭力，真正實(shí)現(xiàn)新形勢下結(jié)構(gòu)力學(xué)課程“厚實(shí)基礎(chǔ)、服務(wù)專業(yè)、強(qiáng)化應(yīng)用”的培養(yǎng)目標(biāo)。
作者：趙麗君 單位：洛陽理工學(xué)院土木工程系
一、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性
教師在緒論中可結(jié)合工程實(shí)例講述“結(jié)構(gòu)力學(xué)”在工程設(shè)計(jì)中的廣泛用途，指出“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的概念來源于工程實(shí)際，最終還是要應(yīng)用到工程實(shí)際中去，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用性質(zhì)，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生對課程有一個形象、直觀的認(rèn)識和定位，以此明確學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)形式的種類包括梁、剛架、桁架等，要注重與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)相結(jié)合，在演示文稿中適當(dāng)引入實(shí)物圖片，通過實(shí)物對比明確什么樣的結(jié)構(gòu)可以簡化成為上述常用的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)踐表明，理論聯(lián)系實(shí)際，可以使學(xué)生更易理解和接受。第三，在教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)學(xué)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(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法，著重引導(dǎo)學(xué)生深入思考，系統(tǒng)理解，并利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，從而培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力和發(fā)散思維的水平。俗話說“授人以魚不如授人以漁”，只要學(xué)生掌握了基本知識和概念，再加上科學(xué)的思維方法，多數(shù)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(xué)生的主觀能動性，只能達(dá)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(jié)
基本方法和基本概念是學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》及其他所有課程的基礎(chǔ)。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(xué)知識融會貫通，做到舉一反三。例如，實(shí)際教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，有些同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中受之前所學(xué)材料力學(xué)的影響，彎矩還總是以下端受拉為正，材料力學(xué)的規(guī)定是因?yàn)槠溲芯繉ο笾饕橇海督Y(jié)構(gòu)力學(xué)》的研究對象既包括梁，也包括剛架結(jié)構(gòu)，如果還是簡單套用材料力學(xué)的規(guī)定肯定是不合理的，因此，在授課過程中，教師應(yīng)當(dāng)特別講清楚，在《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中彎矩一般是不區(qū)分正負(fù)的，其圖形畫在受拉側(cè)。類似這些都是最基本的符號規(guī)定，是學(xué)生必須掌握的，教師上課時須不厭其煩地反復(fù)強(qiáng)調(diào)。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會歸納總結(jié)，促使其養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。只有學(xué)生通過教師講解和自身練習(xí)將知識轉(zhuǎn)化成自己的理解，才能真正掌握所學(xué)知識并學(xué)以致用。教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在拿到一個問題后總是感覺無從下手，通過調(diào)查了解，我們總結(jié)其根本原因主要是不會取研究對象。因此，教學(xué)中教師要特別注意講解透徹如何取研究對象，重點(diǎn)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(jié)構(gòu)，畫出其所有受力，包括內(nèi)力和外力，然后進(jìn)行受力分析，使其保持受力平衡，從而求出未知內(nèi)力。很多同學(xué)反映學(xué)到矩陣位移法和結(jié)構(gòu)動力學(xué)等章節(jié)的內(nèi)容時，學(xué)習(xí)力不從心，究其原因就是前面力法和位移法沒學(xué)好，因?yàn)檫@些章節(jié)的內(nèi)容要求熟練掌握力法和位移法并綜合運(yùn)用。可見，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》的內(nèi)容都是前后銜接、互相聯(lián)系、環(huán)環(huán)相扣的，學(xué)生在整個學(xué)習(xí)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(xué)要與傳統(tǒng)板書教學(xué)有機(jī)結(jié)合
運(yùn)用多媒體可以十分方便地向?qū)W生展示大量的工程實(shí)例，創(chuàng)造形象生動的教學(xué)情境，這是傳統(tǒng)的教學(xué)方式所不能達(dá)到的。例如，在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)動力學(xué)時，給學(xué)生播放一段美國華盛頓州塔科瑪大橋在風(fēng)速作用下引起扭轉(zhuǎn)振動而倒塌的視頻，就會使學(xué)生對于結(jié)構(gòu)振動而引起的危害有更加直觀、形象的認(rèn)識，同時也增強(qiáng)了其對學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)動力學(xué)重要性的認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。此外，運(yùn)用多媒體教學(xué)可以減少教師課堂板書的內(nèi)容和時間，從而增大教學(xué)容量，提高教學(xué)效率，有效地解決教學(xué)內(nèi)容多與教學(xué)時數(shù)少這一矛盾。但同時也應(yīng)看到，多媒體教學(xué)畢竟只是一種教學(xué)手段，《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)不能過分依賴于多媒體而拋棄傳統(tǒng)的教學(xué)方式。因此，教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果的需要，合理地應(yīng)用多媒體教學(xué)，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的有機(jī)結(jié)合。通過教學(xué)實(shí)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(jié)和比較復(fù)雜的圖表，應(yīng)多采用多媒體課件來表現(xiàn)；而對于公式推導(dǎo)、基本計(jì)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(yīng)充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)手段的優(yōu)勢，采用板書的形式，以便于學(xué)生理解掌握，減輕跟學(xué)壓力。只要把握好多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的有機(jī)結(jié)合，就能達(dá)到課堂氛圍張弛有度、教學(xué)過程寓教于樂的目的。
四、開設(shè)習(xí)題課，堅(jiān)持課后答疑
《結(jié)構(gòu)力學(xué)》不僅理論概念性強(qiáng)，而且方法技巧性要求高。理論概念需要通過練習(xí)來加深理解，方法技巧則需要通過多做習(xí)題來熟練掌握，因此在教學(xué)過程中需要定期開設(shè)習(xí)題課，以強(qiáng)化學(xué)生對解題和運(yùn)算能力的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)他們分析問題、解決問題的能力，從而達(dá)到弄懂概念、掌握理論、熟練方法技巧的目的。例如，在習(xí)題課上，教師應(yīng)當(dāng)精選一些典型的例題，對學(xué)生進(jìn)行簡單提示后，由學(xué)生親自動手做練習(xí)，教師則走下講臺到學(xué)生中去檢查了解學(xué)生的解題情況，最后由教師結(jié)合實(shí)際有所側(cè)重地講述關(guān)鍵的解題步驟和結(jié)果，并就學(xué)生解題過程中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評。通過這種課堂練習(xí)，教授不僅給了學(xué)生解題的方法技巧，還能及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并給予糾正。
《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程是專業(yè)基礎(chǔ)課程，一般上課人數(shù)比較多，每名學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也有所不同。因此，在課程進(jìn)度和難度的把握上，教師必須依據(jù)學(xué)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(xué)生進(jìn)行答疑，以滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。
作者：李艷杰 劉增夕 李永莉 單位：濟(jì)南大學(xué)土木建筑學(xué)院
摘要：電脈沖除冰（electro-impulsede-icing,EIDI）作為一種電動-機(jī)械式除冰系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文采用線圈和金屬平板組成的電脈沖系統(tǒng)作為EIDI結(jié)構(gòu)動力學(xué)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(jié)構(gòu)的EIDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真模型，研究了模型的固有特性（模態(tài)與頻率）與時域響應(yīng)分析，并開展了仿真模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后研究了基于模型的EIDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性，重點(diǎn)關(guān)注最大應(yīng)變和位移在空間的分布規(guī)律，并討論了電容、電壓等放電參數(shù)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(jié)構(gòu)變形量，同時減小固定位置處的應(yīng)變。
關(guān)鍵詞：防冰除冰；電脈沖除冰；有限元分析；模態(tài)分析；應(yīng)力應(yīng)變
在結(jié)冰條件下，飛機(jī)機(jī)翼前緣和進(jìn)氣道口易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，這將導(dǎo)致升力下降、飛行阻力增大，進(jìn)而引起飛機(jī)的操縱性和穩(wěn)定性品質(zhì)惡化，嚴(yán)重時甚至引起飛機(jī)失事[1,2]。因此，飛機(jī)結(jié)冰防護(hù)系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機(jī)中必不可少的功能性組件。電脈沖除冰（EIDI）作為一種電動-機(jī)械式除冰系統(tǒng)，主要原理是通過機(jī)翼內(nèi)部線圈產(chǎn)生的電脈沖激勵機(jī)翼蒙皮高頻振蕩來除冰，具有耗能低、重量小、易維護(hù)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景[3-5]。對EIDI系統(tǒng)的研究，可分為電動力學(xué)研究、結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究和應(yīng)用試驗(yàn)研究等方向。在結(jié)構(gòu)動力學(xué)方面，主要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對脈沖力的動力響應(yīng)特性，如加速度、應(yīng)變等。在脈沖力作用下，蒙皮的真實(shí)響應(yīng)是沿三維空間分布且隨時間變化的。Bernhart等[6]采用Love-Timoshenko運(yùn)動關(guān)系式建立了閉合的狀態(tài)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(jié)構(gòu)的影響，能夠以較高精度預(yù)估蒙皮的響應(yīng)能力。然而，真實(shí)的EIDI系統(tǒng)具有極為復(fù)雜的邊界條件，其中絕大多數(shù)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(shí)際問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用有限元方法仿真求解結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題已成為當(dāng)前的主要研究手段。Zumwalt等[7]率先對鋁質(zhì)矩形平板在電脈沖作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)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(jì)算了鋁板受上述脈沖力作用下的動態(tài)響應(yīng)（應(yīng)力和加速度隨時間的變化），與實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行對比，計(jì)算得到的正加速度峰值比實(shí)驗(yàn)值小12%，應(yīng)力最大值比實(shí)驗(yàn)值小5%。Gien[8]采用有限元模型研究理想半圓柱前緣結(jié)構(gòu)在脈沖力作用下的結(jié)構(gòu)變形。為了驗(yàn)證模型的正確性，首先在簡單邊界條件下對比模型結(jié)果與閉合狀態(tài)方程的精確解。結(jié)果顯示，對于正加速度的峰值二者誤差約為7%，負(fù)加速度峰值誤差約為4%，從而驗(yàn)證了模型的正確性。在此基礎(chǔ)上，對半圓柱試驗(yàn)結(jié)果與該有限元方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)計(jì)算與試驗(yàn)的誤差約為7%。Khatkhate等[3]采用MSC/Nastran有限元軟件，對鋁質(zhì)蒙皮和積冰層建立模型，重點(diǎn)研究了冰層與蒙皮之間的剪切應(yīng)力。同時，將計(jì)算結(jié)果與NASALewis研究中心開展的一系列針對EIDI系統(tǒng)的冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了該方法可用來預(yù)測除冰區(qū)域。Scavuzzo[86]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了蒙皮振動時的阻尼現(xiàn)象。他們的計(jì)算結(jié)果顯示，蒙皮與冰層之間的剪切應(yīng)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(chǔ)上，利用ANSYS有限元仿真軟件對EIDI系統(tǒng)的除冰過程進(jìn)行了仿真研究，分析了冰層厚度、線圈位置、線圈數(shù)、脈沖振幅、前緣曲率半徑對除冰效果的影響。國內(nèi)李清英等[10,11]搭建了包括電路系統(tǒng)、除冰實(shí)驗(yàn)機(jī)架與結(jié)除冰環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的電脈沖除冰系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺，完成了脈沖放電電路的性能測試，同時也完成了振動實(shí)驗(yàn)如加速度、位移、模態(tài)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了電脈沖除冰實(shí)驗(yàn)。張文杰等[12]研究了冰層失效的范圍，運(yùn)用動力學(xué)分析了冰-鋁板界面之間的應(yīng)力狀態(tài)。本文采用線圈和金屬平板組成的電脈沖系統(tǒng)作為EIDI結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型的研究對象，使用商業(yè)有限元軟件MSC/NASTRAN，對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行固有特性（模態(tài)與頻率）與時域響應(yīng)分析，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和驗(yàn)證，最后重點(diǎn)研究了基于模型的EIDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性，蒙皮表面應(yīng)變與位移隨時間變化的規(guī)律及最大應(yīng)變和位移在空間的分布規(guī)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(jī)蒙皮的簡化計(jì)算/實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鐖D1所示，鋁板長300mm、寬200mm、厚度2.5mm。四個邊角及長邊中點(diǎn)位置共有6個直徑為10mm的固定圓孔，實(shí)驗(yàn)中通過螺栓固定。利用同軸雙圓環(huán)電流電磁理論建立了EIDI電動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，數(shù)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(xué)數(shù)學(xué)模型詳見文獻(xiàn)[13]。將上述電動力學(xué)分析獲得的脈沖載荷的作用區(qū)域簡化為一個受力中心點(diǎn)與平板中心同軸的圓形。受力區(qū)域的直徑為63.5mm，在整個受力區(qū)內(nèi)，沿半徑方向等間距劃分為10個同心的圓環(huán)。假定在每一個圓環(huán)內(nèi)，所受的力是平均作用在各圓環(huán)面積上的。在有限元模擬中，以壓強(qiáng)方式進(jìn)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(huán)。在網(wǎng)格劃分的時候，將圓環(huán)之間共用的結(jié)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比，將結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)設(shè)置為0.1。模型的約束方式和載荷加載區(qū)域如圖3所示。考慮到實(shí)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(jié)點(diǎn)的x、y、z三方向的位移。
1.2實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)備
為驗(yàn)證有限元計(jì)算的可靠性，本文還在已有EIDI實(shí)驗(yàn)臺[14]上開展了鋁板結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測量，測量內(nèi)容包括鋁板表面應(yīng)變與位移。實(shí)驗(yàn)件與計(jì)算模型相同，電脈沖發(fā)生裝置的充電電壓實(shí)驗(yàn)在600V~800V范圍內(nèi)可調(diào)，充電電容在200μf~400μf范圍內(nèi)可調(diào)，鋁板與線圈間距為2.5mm。在圖1所標(biāo)示的1-8號站點(diǎn)粘貼應(yīng)變片。EIDI實(shí)驗(yàn)臺與應(yīng)變測量系統(tǒng)見圖4。位移測量采用激光非接觸測試系統(tǒng)。
2結(jié)果與分析
2.1模態(tài)分析
為了了解模型的振動以哪階模態(tài)為主，首先對有限元模型進(jìn)行模態(tài)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(tài)疊加法對模型進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析，得出中心點(diǎn)的位移如圖5(a)所示。最大位移為1.619mm，發(fā)生在t=2.39×103s。圖5(b)給出了中心點(diǎn)位移數(shù)據(jù)的頻譜分析。可以看出，中心點(diǎn)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?jīng)_擊載荷作用下，主要以第1階模態(tài)和第7階模態(tài)振動為主。
2.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)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(yīng)變。為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性，將其與實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果進(jìn)行對比。圖6對比了圖1中5號站位處實(shí)驗(yàn)測量與有限元仿真所獲得的應(yīng)變的時間歷程。如圖所示，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，仿真模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測出應(yīng)變峰值及達(dá)到峰值的時間。在峰值之后的過程中，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢基本相同。但仿真分析的數(shù)值普遍低于實(shí)驗(yàn)，其原因可能是有限元模型中結(jié)構(gòu)振動的阻尼特性設(shè)置偏大，導(dǎo)致蒙皮在經(jīng)過第一次振動后，振動幅度快速降低。此外，還將模型中心點(diǎn)處沿外法線方向的位移進(jìn)行了對比驗(yàn)證，如圖7所示。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的中心點(diǎn)位移時間歷程幾乎相同，尤其是峰值（或谷值）出現(xiàn)的時刻以及幅值能夠較好的匹配。綜上，仿真模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果在應(yīng)變率與法向位移兩方面均能較好吻合，由此驗(yàn)證了本文有限元仿真的可靠性。
2.3最大應(yīng)變和位移的空間分布
最大位移（或應(yīng)變），是指在一個電脈沖信號周期內(nèi)蒙皮表明所達(dá)到的最大變化值。該參數(shù)是一個與時間無關(guān)的物理量，僅取決于位置點(diǎn)坐標(biāo)，即zmax=f(x,y)，便于理解蒙皮表面的結(jié)構(gòu)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(yīng)變在蒙皮表面的分布，EIDI系統(tǒng)參數(shù)；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(yīng)位置處的應(yīng)變較大，且沿半徑方向逐步遞減，而在長邊處應(yīng)變再次增大。這是由邊界條件決定的：四個頂點(diǎn)固定的約束條件，決定了在較長的邊界上將會產(chǎn)生較大的變形。在圖8(b)中，四個固定點(diǎn)附近的應(yīng)變遠(yuǎn)大于平板其他位置。如果不考慮這些固定點(diǎn)，則線圈對應(yīng)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(yīng)變較大。進(jìn)一步的仿真結(jié)果表明，增大EIDI系統(tǒng)參數(shù)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(yīng)變、最大位移的數(shù)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(guī)律與圖8(a)無異。但線圈對應(yīng)位置處的最大應(yīng)變明顯高于其他位置的結(jié)果，甚至高于固定螺栓位置。導(dǎo)致這一結(jié)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(fā)現(xiàn)了顯著改變。在該工況下，蒙皮的結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)的EIDI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真模型。模型計(jì)算的應(yīng)變和位移結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)吻合較好，模型的正確性得以驗(yàn)證。根據(jù)有限元仿真結(jié)果，提出了最大應(yīng)變和最大位移的概念，分析了這兩個參數(shù)在蒙皮表面的分布規(guī)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(yīng)位置處的應(yīng)變較大，且沿半徑方向逐步遞減，而在長邊處應(yīng)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(fā)生變化。一方面使得結(jié)構(gòu)變形量顯著提升，另一方面削弱了固定位置處的應(yīng)變。
土木工程是工程學(xué)科中的基礎(chǔ)專業(yè)，其內(nèi)容涵蓋建筑、橋梁、地下空間等方向，是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最重要的行業(yè)。如何順應(yīng)國際高等教育的發(fā)展趨勢與工科高等教育的發(fā)展需求，在未來10年內(nèi)成功實(shí)施土木工程行業(yè)的“卓越工程師”計(jì)劃，培養(yǎng)大批高質(zhì)量土木工程技術(shù)人才，已成為目前土木工程教育亟待解決的問題［1］。結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其理論由實(shí)際工程抽象、簡化、概括、總結(jié)，并用于指導(dǎo)實(shí)踐［2］。其課程任務(wù)是掌握平面桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理和計(jì)算方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程以及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與科學(xué)研究打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文將從土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)情況談幾點(diǎn)想法。
1結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)
1)概念抽象、理論性強(qiáng)。理論力學(xué)、材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)，是土木工程的專業(yè)基礎(chǔ)課。其中理論力學(xué)與材料力學(xué)又是結(jié)構(gòu)力學(xué)的先修課程。由于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程較抽象，其理論體系龐大，知識點(diǎn)多，學(xué)習(xí)難度大。2)教學(xué)內(nèi)容多，課時緊張。“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容可分為結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)力學(xué)專題(如圖1所示)，總學(xué)時約為60～80［3］(部分高校僅為45課時)。教學(xué)內(nèi)容偏多，課時偏少。因此，教師通常加快教學(xué)進(jìn)度，致使部分知識點(diǎn)無法展開，學(xué)生課后很難及時消化。這可能是目前各高校在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中普遍存在的問題。3)理論復(fù)雜，計(jì)算繁瑣。結(jié)構(gòu)力學(xué)涉及到很多復(fù)雜的理論。例如，在結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)部分中，涉及到的虛功原理、力法、位移法、力矩分配法;在結(jié)構(gòu)力學(xué)專題部分中，涉及到的極限荷載、彈性穩(wěn)定、動力學(xué)均屬于理論復(fù)雜的部分。理論復(fù)雜則難以理解和把握，課堂例題和課后作業(yè)的講解與計(jì)算就顯得繁瑣，不利于學(xué)生對各知識點(diǎn)的掌握。4)地位重要，起基礎(chǔ)作用。結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)情況將影響專業(yè)課的開展。以土木工程專業(yè)為例，專業(yè)課主要有混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、橋梁結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)工程等主干課程，及相關(guān)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。如果學(xué)生結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，后續(xù)課程都受到影響。而且，對學(xué)生而言，能否建立正確的結(jié)構(gòu)力學(xué)概念，對畢業(yè)以后從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)施工、教學(xué)培訓(xùn)等工作而言，都有舉足輕重的影響。可見結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)最終會影響到學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。
2教學(xué)過程中的改革設(shè)想
1)建立力學(xué)概念，邀請名師講座，夯實(shí)力學(xué)基礎(chǔ)。建立正確、清晰的力學(xué)概念，是學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)的首要前提。在理論力學(xué)和材料力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，就應(yīng)該注重學(xué)生力學(xué)概念的建立，打好力學(xué)基礎(chǔ)。如果可以做到這一點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的時候，就會有信心學(xué)習(xí)更復(fù)雜的概念和理論。2)強(qiáng)調(diào)課程地位，建立討論小組，分析典型案例。在授課過程中，要強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)力學(xué)對后續(xù)專業(yè)課、課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)的影響。結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)不僅會影響到在校學(xué)習(xí)，最終會影響工作后的專業(yè)發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識。為學(xué)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(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)其對課程的學(xué)習(xí)。3)細(xì)化教學(xué)大綱，突出教學(xué)重點(diǎn)，加強(qiáng)課后練習(xí)。“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)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(xué)質(zhì)量就成了教學(xué)過程中需要面對的問題。在教學(xué)過程中，教學(xué)進(jìn)度的設(shè)定和安排以教學(xué)大綱為標(biāo)準(zhǔn)。各院校都會按照專業(yè)要求結(jié)合實(shí)際情況制定結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)大綱。在制定結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)大綱的過程中就要考慮課程的特點(diǎn)，將大綱逐項(xiàng)細(xì)化，把每個知識點(diǎn)劃分到相應(yīng)的課時。同時在重點(diǎn)內(nèi)容處，必須設(shè)置典型例題，以突出重點(diǎn)。值得一提的是，在教學(xué)過程中，必須把握由淺入深、由簡到難的規(guī)律，設(shè)置典型例題必須簡單易懂，且具有代表性。只有這樣學(xué)生才能在有限的課時中學(xué)習(xí)到最核心的知識點(diǎn)。4)引入工程概念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。為提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)概念的應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，在課外學(xué)習(xí)中引入結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)及制作，鼓勵學(xué)生參加建模大賽。例如，針對移動荷載作用下結(jié)構(gòu)的受力特性，要求學(xué)生利用木材、有機(jī)玻璃或者塑料等簡易材料設(shè)計(jì)和制作橋梁結(jié)構(gòu)(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(yīng)力變化。通過試驗(yàn)，讓學(xué)生感受動力荷載對結(jié)構(gòu)的影響，初步了解如何通過結(jié)構(gòu)力學(xué)知識合理的設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)。就模型試驗(yàn)而言，目前引入的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)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(shí)踐能力與概念應(yīng)用。在今后的教學(xué)改革中，應(yīng)著重構(gòu)建“結(jié)構(gòu)力學(xué)”研究學(xué)習(xí)實(shí)踐平臺，針對教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)多個模擬工程實(shí)踐項(xiàng)目，甚至由學(xué)生自行設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，供學(xué)生自主選題并可隨時開展研學(xué)活動，使學(xué)生對力學(xué)概念有更直接的了解，并與工程實(shí)踐相結(jié)合，從而真正實(shí)現(xiàn)工程思維能力與創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
3結(jié)語
本文分析了土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的特點(diǎn)，提出了在教學(xué)過程中的幾點(diǎn)改革設(shè)想。總之，結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)很重要。必須要求學(xué)生和任課教師從思想上，行動上與教學(xué)大綱統(tǒng)一起來;課堂和課外不間斷地抓好結(jié)構(gòu)力學(xué)的教與學(xué)，才能較好地完成“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)任務(wù)。
作者：陳妤 單位：江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院
0引言
現(xiàn)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(jìn)行分層，解決了城市用地緊張和交通流量大的問題。根據(jù)橋梁的組成部分可籠統(tǒng)的把橋梁分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，根據(jù)各結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型和施工方法的不同，對橋體結(jié)構(gòu)有一個分類的解析。
1橋梁基礎(chǔ)
排除一些小型簡易的橋梁不談，橋梁基礎(chǔ)由于地基的軟弱、上部荷載作用力大的特點(diǎn)，使其所選用的基礎(chǔ)形式并不多。在一些中小型橋梁上，有時可根據(jù)設(shè)計(jì)采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)屬于淺基礎(chǔ)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(chǔ)———樁基礎(chǔ)，屬于深基礎(chǔ)的一種，由于它可以適應(yīng)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(shù)和造價方面有一定的優(yōu)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(shè)上也會采取沉井基礎(chǔ)和氣壓沉箱基礎(chǔ)，1968年在南京長江大橋的建設(shè)中，工程師們發(fā)現(xiàn)，江水深度在40m左右時，江底的淤泥厚度已經(jīng)超過了40m，因此在一部分基礎(chǔ)的選取上采用了沉井基礎(chǔ)，這種沉井基礎(chǔ)做的很大，相當(dāng)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(chǔ)由于具有在水下可以方便施工的優(yōu)勢，被世界上第一大懸索橋———日本名石海峽大橋在技術(shù)設(shè)計(jì)上所采用。這幾種基礎(chǔ)的使用，都是建立在使實(shí)際施工更為簡單的基礎(chǔ)上的，沒有最好的基礎(chǔ)形式，只有更適合實(shí)際的基礎(chǔ)形式。
2橋墩與橋臺
橋臺和橋墩是整個橋梁的支撐結(jié)構(gòu)，兩者之間的區(qū)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(jìn)行上部荷載的傳遞。橋臺、橋墩和基礎(chǔ)在一起稱為橋的下部結(jié)構(gòu)。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(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)施工時要進(jìn)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(jù)形式的不同可分為實(shí)體式和埋置式。實(shí)體式橋臺多建造成U形，這種橋臺構(gòu)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(nèi)，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(shè)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(dǎo)致橋臺的裸露，因此適用于橋頭為淺灘的河床。當(dāng)?shù)鼗闆r較好時，可將橋臺設(shè)置為空心拱形，減少圬工和自重。
3橋跨的結(jié)構(gòu)形式
橋跨結(jié)構(gòu)被稱為是橋梁的上部結(jié)構(gòu)，根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)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(jù)梁的連續(xù)形式可分為簡支梁、連續(xù)梁和懸臂梁橋，而簡支梁橋應(yīng)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(nèi)，預(yù)應(yīng)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(jīng)達(dá)到62m。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在跨度上有較大的突破，我國最大跨度的連續(xù)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(fā)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?yōu)樽饔迷跇蚨张_上的水平推力，因此在橋墩臺的建造時對基礎(chǔ)的水平承載力要求較高。由于在拱圈內(nèi)的彎矩較小，在跨徑上就有了一定的優(yōu)勢，跨徑大的拱橋，在外形上美學(xué)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(jīng)濟(jì)，在條件許可的情況下，往往就會選用拱橋［3］。拱橋根據(jù)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(yùn)用吊桿提拉橋面;3)下承式拱橋的拱全部設(shè)置在橋面上部，通過吊桿和泵桿與橋面進(jìn)行連接。我國的拱橋技術(shù)無論在古代還是現(xiàn)代都是世界領(lǐng)先，古有趙州橋世界聞名，現(xiàn)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(jù)形式不同各有優(yōu)點(diǎn):T形鋼架橋便于預(yù)應(yīng)力的施加;連續(xù)鋼架橋的整體性好，抗震性能高;斜腿鋼架橋形式美觀，經(jīng)濟(jì)合理。鋼架橋的跨中彎矩較小，可以據(jù)此降低鋼架橋的建筑高度，為橋的縱坡設(shè)計(jì)、行船帶來方便。這種橋基本都采用預(yù)應(yīng)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(jì)算上難度較大，因此出現(xiàn)的較晚。斜拉橋通過塔柱和斜索將主梁進(jìn)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(wěn)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。纜索往往采用高強(qiáng)度的鋼纜繩，錨定結(jié)構(gòu)會做成埋深特別大的大體積混凝土結(jié)構(gòu)。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(jìn)行疊加構(gòu)成綜合體橋梁，這種橋梁把兩種或者幾種橋形式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，使橋梁的受力更加合理，外形也更為美觀。在工程實(shí)踐中，梁與拱的結(jié)合，鋼桁架與鋼拱的結(jié)合，斜拉與懸索的結(jié)合都得到了完美的效果。在將來的橋梁建設(shè)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(guī)劃與設(shè)計(jì)
橋梁在修建時要進(jìn)行橋位、橋型、縱橫斷面和橋跨分孔的規(guī)劃。在保證橋梁安全穩(wěn)定性的同時，做出最合理的經(jīng)濟(jì)規(guī)劃;在保證使用暢通的前提下，要盡量做到美觀與環(huán)保。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)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(shè)計(jì)難度的增加不僅要工程師們有一個專業(yè)知識過硬的大腦，還要求工程師們有一顆設(shè)計(jì)美、創(chuàng)造美的心。
作者：郭繼祥 單位：中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司
課程學(xué)時緊張結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程內(nèi)容可分為結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)力學(xué)專題兩部分，其選修情況及相應(yīng)的課時數(shù)據(jù)各院校、各專業(yè)略有不同，兩部分總學(xué)時約為80課時～90課時［3］。以南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土建方向?yàn)槔Y(jié)構(gòu)力學(xué)分兩冊教學(xué)。上冊48課時，教學(xué)內(nèi)容有結(jié)構(gòu)組成分析、靜定結(jié)構(gòu)受力分析、結(jié)構(gòu)位移計(jì)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(wěn)定和結(jié)構(gòu)動力學(xué)。可見，教學(xué)內(nèi)容偏多，教學(xué)課時偏少。由于課時緊，教師加快教學(xué)進(jìn)度，重要知識點(diǎn)無法展開，學(xué)生課后難于及時消化，教學(xué)效果不太理想。這可能是目前各院校在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中都面臨的問題。學(xué)生基礎(chǔ)較差，自學(xué)能力不足與其他本科院校相比獨(dú)立學(xué)院的生源質(zhì)量較差。
如某重點(diǎn)大學(xué)的三本與一本錄取分?jǐn)?shù)相差80分～100分，與二本的錄取分?jǐn)?shù)相差30分～80分，獨(dú)立學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力與“一、二本”學(xué)生有所差距［4］。在教學(xué)過程中，這一點(diǎn)是不能忽視的。授課形式多有弊端與其他本科院校相比，獨(dú)立學(xué)院的結(jié)構(gòu)力學(xué)授課形式多有弊端。首先，多數(shù)獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)地點(diǎn)與母體院校分離，其自有授課教師的人數(shù)有限，不得不依靠外聘教師。外聘教師來獨(dú)立院校授課，其授課時間多數(shù)集中。比如:安排在周末或者四節(jié)課連上。在這種教學(xué)模式下，要取得好的教學(xué)效果是很難的。其次，在近些年的發(fā)展過程中，不少獨(dú)立學(xué)院雖擁有了自有教學(xué)隊(duì)伍，但是大多是教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足的青年教師，對“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的把握還有待加強(qiáng)。
明確課程地位，促進(jìn)課后學(xué)習(xí)首先，在課程介紹時，使學(xué)生明確“結(jié)構(gòu)力學(xué)”在土木工程專業(yè)課程中的位置，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)力學(xué)對后續(xù)專業(yè)課、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及工作后的專業(yè)發(fā)展的影響，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識。其次，建立結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)小組。通過“課堂上組內(nèi)討論，課后組間交流”的方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)。建立力學(xué)概念，打好力學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)是土木工程的基礎(chǔ)。理論力學(xué)、材料力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)。因此，在獨(dú)立學(xué)院土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案中，力學(xué)課程的教與學(xué)應(yīng)該是一個體系。通過各項(xiàng)舉措，提升理論力學(xué)、材料力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，打好力學(xué)基礎(chǔ)。這樣，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)時，學(xué)生才更有信心。細(xì)化大綱，突出重點(diǎn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容偏多，教學(xué)課時偏少已是普遍問題。
首先，在重點(diǎn)內(nèi)容部分，應(yīng)將大綱逐步細(xì)化到每個知識點(diǎn)，并劃分到具體課時。同時必須設(shè)置簡單易懂的典型例題，以突出重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。只有這樣，學(xué)生才能在有限的課時中學(xué)習(xí)到最核心的知識點(diǎn)。其次，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)方向，在一定范圍內(nèi)對難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行取舍，以精簡教學(xué)內(nèi)容。將教學(xué)課時向重要知識點(diǎn)傾斜。適當(dāng)安排教學(xué)節(jié)奏，提升自有教師教學(xué)能力首先，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課時的安排應(yīng)被重視。在安排課時時，獨(dú)立學(xué)院應(yīng)考慮學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)能力，將教學(xué)時間相對分散。
在教學(xué)的過程中，只有遵循教學(xué)規(guī)律，才能取得好的教學(xué)效果，從而提高教學(xué)質(zhì)量。其次，獨(dú)立學(xué)院應(yīng)不斷加強(qiáng)自有青年教師的專業(yè)學(xué)習(xí)，提高其專業(yè)教學(xué)能力，從而提高教學(xué)效果。自有青年教師的學(xué)習(xí)和深造對獨(dú)立學(xué)院教學(xué)質(zhì)量的提升相當(dāng)重要。
作者：李十泉 孟瑋
1筒體結(jié)構(gòu)中的剪力滯后效應(yīng)
高層筒體結(jié)構(gòu)可以簡化成為一端固定的箱型懸臂構(gòu)件．在受到水平荷載時，腹板和翼緣的正應(yīng)力根據(jù)平截面假定應(yīng)該呈現(xiàn)線性分布，如圖7中的虛線所示．而在實(shí)際情況中，腹板和翼緣的正應(yīng)力呈現(xiàn)出兩邊大中間小的現(xiàn)象，應(yīng)力在角柱處集中，如圖7中的實(shí)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(yīng)力不均勻分布的現(xiàn)象，稱為剪力滯后．剪力滯后效應(yīng)使筒體作為空間結(jié)構(gòu)的受力特性遭到削弱，一些柱的承載能力沒有得到充分發(fā)揮，降低了筒體抵抗水平力的能力．剪力滯后引起柱應(yīng)力不均勻分布，在材料還處于線彈性的情況下，柱的應(yīng)力分布形態(tài)與位移分布形態(tài)相同，這還會引起樓板的翹曲．已有研究認(rèn)為剪力滯后產(chǎn)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(lián)系的裙梁抗剪剛度，剪力滯后現(xiàn)象隨之減少．文獻(xiàn)詳細(xì)解釋了這一過程：翼緣框架各柱和窗裙梁的內(nèi)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(shù)λ（適用于平面形狀為矩形的筒體）如下式中，σ表示柱的實(shí)際正應(yīng)力，σ′表示受拉翼緣柱的平均正應(yīng)力，ΔL表示柱中心到中性軸的距離，L表示柱對應(yīng)的角柱中心到中性軸的距離，如圖8所示．從剪力滯后系數(shù)的定義不難看出，當(dāng)λ＞0且越大時，應(yīng)力集中于此柱，剪力滯后效應(yīng)越嚴(yán)重；當(dāng)λ＜0且越小時，柱承載能力沒有得到充分發(fā)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(yīng)越弱．
2新結(jié)構(gòu)體系中的剪力滯后效應(yīng)分析
2.1新結(jié)構(gòu)體系的分析方法與模型建立研究高層筒體結(jié)構(gòu)剪力滯后的方法主要分為連續(xù)化方法和離散化方法兩種．連續(xù)化方法是把帶有規(guī)則開洞的筒體經(jīng)壓彎與剪切等效化為連續(xù)的板來進(jìn)行分析，假定位移函數(shù)分布，利用應(yīng)變能變分原理來建立位移的控制方程，從而得到結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力解．但連續(xù)化方法中不同位移函數(shù)的假定對分析結(jié)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(shù)量多，求解規(guī)模龐大．本節(jié)采用有限元分析軟件對擬建模型進(jìn)行分析．本節(jié)分析的擬建工程模型采用新型空間鋼網(wǎng)格“筒中筒”盒式結(jié)構(gòu)，共50層，標(biāo)準(zhǔn)層高3．6m，總高度180m，標(biāo)準(zhǔn)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．核心筒厚度為700mm．為研究水平力作用下模型的剪力滯后效應(yīng)和不同因素對剪力滯后效應(yīng)的影響，對模型做以下假設(shè)：（1）結(jié)構(gòu)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(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)層．水平風(fēng)荷載按規(guī)范，基本風(fēng)壓50年一遇為0．4kN／m2，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第7．1．2條和《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4．2．2條要求，基本風(fēng)壓取1．1×0．4＝0．45kN／m2．地面粗糙度按B類，體型系數(shù)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(jìn)行分析，對四分之一外筒柱進(jìn)行編號，見圖10．
2.2新結(jié)構(gòu)體系中的剪力滯后現(xiàn)象根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型四分之一平面繪制出的外筒剪力滯后系數(shù)分布見圖11．很明顯，角柱的剪力滯后系數(shù)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(shù)小于0，表明33層以上的樓層呈現(xiàn)出負(fù)剪力滯后現(xiàn)象．腹板側(cè)柱的剪力滯后系數(shù)除頂層外均為負(fù)數(shù)，說明其承載力沒有充分發(fā)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(shù)不具備研究價值，而靠近角柱的腹板柱的剪力滯后系數(shù)樓層越高越接近于0，表明層數(shù)越高，腹板的正剪力滯后效應(yīng)越弱．圖11中翼緣側(cè)的剪力滯后系數(shù)分布與以往的研究結(jié)果有些差異，主要是中柱附近的翼緣柱也產(chǎn)生了和角柱一樣的應(yīng)力集中現(xiàn)象．16號到19號柱在所有樓層的剪力滯后系數(shù)均大于1．從平面布置圖上來看，從15號柱開始要與核心筒相連接，增大了其抗側(cè)剛度，導(dǎo)致了正應(yīng)力的增大．以往對剪力滯后效應(yīng)的研究大都針對框筒結(jié)構(gòu)，沒有考慮到與核心實(shí)腹筒體連接對抗側(cè)剛度的貢獻(xiàn)，結(jié)論顯然不能適用于筒中筒結(jié)構(gòu)．從數(shù)值上看，底層角柱剪力滯后系數(shù)最大也僅為0．135，頂層中柱在前文所提的抗側(cè)剛度增加和負(fù)剪力滯后效應(yīng)的疊加作用下，剪力滯后系數(shù)最大為0．173，剪力滯后效應(yīng)引起應(yīng)力增量相對理論值都沒有超過20％．可見新結(jié)構(gòu)體系的剪力滯后效應(yīng)相對較弱．雖然頂層中柱的負(fù)剪力滯后效應(yīng)比較嚴(yán)重，剪力滯后系數(shù)數(shù)值很大，但是頂層的傾覆力矩很小，負(fù)剪力滯后效應(yīng)對結(jié)構(gòu)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(yīng)．
2.3與常規(guī)筒中筒結(jié)構(gòu)剪力滯后的對比分析在相同的設(shè)計(jì)條件下建立常規(guī)的筒中筒結(jié)構(gòu)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(guī)筒中筒結(jié)構(gòu)與新結(jié)構(gòu)體系的區(qū)別主要有以下三點(diǎn)：（1）常規(guī)結(jié)構(gòu)柱距略大于新結(jié)構(gòu)；（2）常規(guī)結(jié)構(gòu)樓蓋為井字形鋼梁而新結(jié)構(gòu)樓蓋為協(xié)同式空腹夾層板；（3）常規(guī)結(jié)構(gòu)不設(shè)墻架．加載相同的水平風(fēng)荷載后，正剪力滯后效應(yīng)最嚴(yán)重的底層剪力滯后系數(shù)分布圖如圖14．從圖14可以看出，常規(guī)結(jié)構(gòu)角柱的正應(yīng)力集中現(xiàn)象十分明顯，剪力滯后效應(yīng)引起的軸力增量達(dá)到了39．3％，是新結(jié)構(gòu)形式的三倍．常規(guī)筒中筒結(jié)構(gòu)翼緣側(cè)的剪力滯后曲線十分陡峭，而新結(jié)構(gòu)形式翼緣側(cè)的曲線相對平緩．這表明新結(jié)構(gòu)體系翼緣柱的受力較為勻，空間整體性更強(qiáng)．圖15為常規(guī)筒中筒結(jié)構(gòu)和新結(jié)構(gòu)體系角柱剪力滯后系數(shù)沿樓層分布的對比曲線圖，從圖中可以看到，常規(guī)結(jié)構(gòu)角柱的正剪力滯后效應(yīng)沿豎向分布均大于新結(jié)構(gòu)形式，常規(guī)結(jié)構(gòu)形式從47層起，正剪力滯后效應(yīng)才消失，幾乎所有樓層角柱都存在正應(yīng)力集中的現(xiàn)象．從剪力滯后系數(shù)的橫向分布和沿樓層的縱向分布來看，新結(jié)構(gòu)體系的剪力滯后效應(yīng)遠(yuǎn)小于常規(guī)筒中筒結(jié)構(gòu)．整體抗側(cè)剛度的均勻分配使新結(jié)構(gòu)體系的空間整體性更佳．
2.4墻架對剪力滯后效應(yīng)的影響新結(jié)構(gòu)形式的外筒壁用三道橫梁構(gòu)成了墻架，墻架提高了外筒的抗剪剛度和抗側(cè)能力，但墻架對剪力滯后效應(yīng)的影響并非完全是正面的．圖16為標(biāo)準(zhǔn)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(shù)分布圖．圖16中角柱的剪力滯后系數(shù)隨著橫梁尺寸的增大而增大，這是由于角柱跟腹板側(cè)橫梁的連接，使抗側(cè)剛度增大，墻架尺寸越大，剛度增加多，角柱的剪力滯后效應(yīng)越顯著．但是翼緣中柱的剪力滯后系數(shù)隨著墻架尺寸的加大而減小，這使得在設(shè)計(jì)時必須把握好墻架橫梁與柱的剛度比，剛度比過大，應(yīng)力集中于角柱，剛度比過小，應(yīng)力集中于翼緣中柱，兩種情況都是相當(dāng)不利的．
2.5角柱尺寸對剪力滯后效應(yīng)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(lián)系，使結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)空間受力，中柱的主要作用是提供巨大的抵抗矩來承擔(dān)外傾覆力矩．圖17是不同尺寸底層角柱的剪力滯后系數(shù)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(shù)增加，反而下降，但是中柱的剪力滯后系數(shù)上升．這個結(jié)論與以往的研究有所不同，產(chǎn)生不同的原因是以往的研究中以軸力作為剪力滯后效應(yīng)的研究特征值，角柱面積增大導(dǎo)致軸力增大是必然的，但是應(yīng)力實(shí)際上是有所減小．在新結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該重視角柱在結(jié)構(gòu)中所起的重要作用，既要承擔(dān)兩個方向的水平荷載，還在抗扭轉(zhuǎn)中起重要作用，所以角柱的尺寸不宜過小，且應(yīng)該適量增加配筋．角柱的大小在滿足設(shè)計(jì)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(dǎo)致翼緣中柱的應(yīng)力集中．
3結(jié)論
（1）新結(jié)構(gòu)體系的正剪力滯后現(xiàn)象底層最為嚴(yán)重，由剪力滯后引起的底層柱的應(yīng)力增量小于20％，剪力滯后效應(yīng)相對較弱，結(jié)構(gòu)的三分之二高度以上開始出現(xiàn)負(fù)剪力滯后效應(yīng)，但負(fù)剪力效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響不大，設(shè)計(jì)時可不考慮．（2）與常規(guī)的筒中筒結(jié)構(gòu)相比，新結(jié)構(gòu)體系的剪力滯后效應(yīng)更弱．底層角柱的應(yīng)力增量僅為常規(guī)結(jié)構(gòu)的三分之一，角柱正剪力滯后效應(yīng)在所有樓層均小于常規(guī)結(jié)構(gòu)．（3）網(wǎng)格式墻架橫梁剛度越大，應(yīng)力越集中于角柱；剛度越小，應(yīng)力越集中于翼緣中柱．（4）角柱剛度越大，應(yīng)力越集中于翼緣中柱；角柱剛度越小，應(yīng)力越集中于角柱．設(shè)計(jì)時應(yīng)使抗側(cè)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(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)外筒的抗側(cè)剛度和抗剪剛度大于常規(guī)結(jié)構(gòu)，正剪力滯后效應(yīng)較弱，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層高，在總高度相同的情況下，可以布置更多樓層，更具經(jīng)濟(jì)性．
作者：余德冕馬克儉張華剛單位：貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心
對立統(tǒng)一規(guī)律
在自然辯證法的三大規(guī)律中，對立統(tǒng)一規(guī)律(也稱為矛盾規(guī)律)處于核心地位，矛盾是指客觀事物本身所固有的既對立又統(tǒng)一的本性及其在人們頭腦中的正確反映。矛盾的統(tǒng)一性和對立性相互聯(lián)系，不可分割，在分析矛盾和處理矛盾時，必須把統(tǒng)一性和對立性有機(jī)結(jié)合，在對立中把握統(tǒng)一，在統(tǒng)一中把握對立，反對形而上學(xué)的片面性。例如，在講結(jié)構(gòu)力學(xué)幾何組成分析的三個規(guī)則時，既要看到三剛片規(guī)則、兩剛片規(guī)則和二元體規(guī)則在分析問題上的不同，又要學(xué)會看到三個規(guī)則之間的聯(lián)系，即可以看成一個整體———三角形規(guī)則。針對具體問題，既要看到有些問題只能利用其中一種規(guī)則分析的對立性，又要看到一些問題均可以用三個規(guī)則分析的統(tǒng)一性，分別舉例講解，避免學(xué)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(jié)構(gòu)2種基本計(jì)算方法:力法和位移法時，既要讓學(xué)生看到這2種方法計(jì)算原理上的對立性，又要讓學(xué)生看到計(jì)算步驟上的統(tǒng)一性。二者的對立統(tǒng)一如圖1所示。
質(zhì)量互變規(guī)律
辯證法認(rèn)為，事物的發(fā)展是通過量變和質(zhì)變及其相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)的。質(zhì)量互變規(guī)律揭示了事物發(fā)展的形式和狀態(tài)。量變是事物數(shù)量的增減或者空間排列次序的變化，質(zhì)變是事物根本性質(zhì)的變化，量變和質(zhì)變是辯證統(tǒng)一的。事物的發(fā)展是量變和質(zhì)變、連續(xù)性和間斷性的辯證統(tǒng)一。在實(shí)際教學(xué)中，既要有合理的教學(xué)計(jì)劃，又要根據(jù)學(xué)生的實(shí)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(nèi)容的學(xué)習(xí)。例如，在講平面體系的幾何組成分析時，根據(jù)幾何組成分析規(guī)則，可知原體系為幾何組成且無多余聯(lián)系，圖2(a)所示。但當(dāng)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(zhì)將發(fā)生變化，由原來的幾何不變體系變?yōu)楝F(xiàn)在的瞬變體系。這其中蘊(yùn)含質(zhì)量互變規(guī)律的自然辯證法原理:2個體系中的桿件數(shù)量沒有發(fā)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(jié)果，前一種體系可以作為結(jié)構(gòu)，后一種體系不可以作為結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)基本要求(A類)指出結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)對學(xué)生能力的培養(yǎng)包括4個方面:分析能力、計(jì)算能力、判斷能力和自學(xué)能力［10］。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)力學(xué)是對結(jié)構(gòu)力學(xué)中基本計(jì)算方法的掌握和計(jì)算能力的培養(yǎng)，程序結(jié)構(gòu)力學(xué)是對結(jié)構(gòu)計(jì)算程序的使用能力，定性結(jié)構(gòu)力學(xué)是對結(jié)構(gòu)的理解、分析、判斷和選擇的能力。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)力學(xué)中知識的學(xué)習(xí)是對學(xué)生的最初級要求，是自然科學(xué)知識體系方面量的積累;程序結(jié)構(gòu)力學(xué)中的知識幫助學(xué)生學(xué)會程序閱讀，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是工具知識體系方面量的積累;定性結(jié)構(gòu)力學(xué)是對學(xué)生力學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，是對結(jié)構(gòu)的宏觀理解和本質(zhì)把握，這是結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)的最終目標(biāo)，是感性認(rèn)識到理性認(rèn)識質(zhì)的飛躍。由此可見，結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容是質(zhì)和量的統(tǒng)一。
否定之否定規(guī)律
(一)辯證的否定
唯物辯證法認(rèn)為，否定是事物的自我否定，它是事物發(fā)展過程中具有決定作用的環(huán)節(jié)，其實(shí)質(zhì)就是揚(yáng)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(jù)事物的內(nèi)在矛盾運(yùn)動和發(fā)展的規(guī)律具體分析。例如，在講結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的內(nèi)容時，首先應(yīng)講解積分法，然后再講圖乘法。通過筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生容易混淆積分法和圖乘法的區(qū)別與聯(lián)系，認(rèn)為兩者都可以對同一問題求解，不會有所側(cè)重或互相結(jié)合去解題，甚至有些學(xué)生將軸力圖與剪力圖也進(jìn)行圖乘法運(yùn)算，學(xué)習(xí)了圖乘法，忘掉了積分法，出現(xiàn)這些問題就是沒有理解這2種計(jì)算方法的區(qū)別與聯(lián)系。自然辯證法認(rèn)為任何事物內(nèi)部都包含肯定和否定兩方面。結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算方法也不例外，積分法在計(jì)算結(jié)構(gòu)位移上值得肯定的是應(yīng)用范圍廣。表現(xiàn)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(jié)構(gòu)類型看，可用于計(jì)算梁、剛架、桁架、拱等各種類型結(jié)構(gòu)的位移，靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)都適用。(4)從材料性質(zhì)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(jì)算需要列出實(shí)際狀態(tài)和虛擬狀態(tài)下的內(nèi)力方程，當(dāng)桿件多、荷載復(fù)雜時，積分運(yùn)算相當(dāng)復(fù)雜，而且容易出錯。于是1925年莫斯科鐵路運(yùn)輸學(xué)院的學(xué)生Vereshagin提出圖乘法概念，他發(fā)現(xiàn)利用積分法計(jì)算荷載作用下梁和剛架等以彎曲變形為主的結(jié)構(gòu)位移時，可以將積分運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)和的運(yùn)算形式。圖乘法不需要列出實(shí)際狀態(tài)與虛擬狀態(tài)的內(nèi)力表達(dá)式，利用2種狀態(tài)下的彎矩圖進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算速度快，而且應(yīng)用非常方便。同時，也要認(rèn)識到圖乘法的局限性，即應(yīng)用時要滿足一定的條件:(1)桿件為等截面直桿;(2)EI為常數(shù);(3)Mk、Mp圖形中至少有1個為直線圖形。計(jì)算梁和剛架在荷載作用下的位移時，圖乘法保留了這種結(jié)構(gòu)的主要變形———彎曲變形，而軸向變形和剪切變形從工程應(yīng)用角度對位移的影響很小，可以忽略，這從哲學(xué)角度上稱為“揚(yáng)棄”。把握了否定的實(shí)質(zhì)，是正確理解辯證否定的關(guān)鍵。例如，結(jié)構(gòu)力學(xué)中桁架位移計(jì)算法包括結(jié)點(diǎn)法、截面法、結(jié)點(diǎn)截面聯(lián)合應(yīng)用法，其中結(jié)點(diǎn)截面聯(lián)合應(yīng)用法是對前兩種方法的一種辯證否定。超靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的基本方法有力法和位移法，根據(jù)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(chǔ)都是位移法。計(jì)算連續(xù)梁和無結(jié)點(diǎn)線位移的剛架時，采用力矩分配法更方便;對有結(jié)點(diǎn)線位移的剛架，可以考慮位移法與力矩分配法聯(lián)合應(yīng)用求解;除無側(cè)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(jì)算機(jī)求解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力時，則體現(xiàn)出矩陣位移法優(yōu)勢。這些知識點(diǎn)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(fā)展的積極因素，從而保證發(fā)展過程的連續(xù)性。
(二)否定之否定
事物的發(fā)展都是通過否定實(shí)現(xiàn)的，辯證的否定不是一次完成，而是事物自我發(fā)展、自我完善的過程。在這個過程中，事物的發(fā)展經(jīng)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(fā)展經(jīng)過兩次辯證的否定，表現(xiàn)為螺旋式上升和波浪式前進(jìn)［11］。例如，結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)手段的發(fā)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(xiàn)的就是否定之否定的發(fā)展過程。過去計(jì)算機(jī)技術(shù)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(xué)互動，教師從學(xué)生的課堂反應(yīng)中能及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒、理解程度、出現(xiàn)的問題及癥結(jié)等，并可及時采取對策，發(fā)揮教師的主導(dǎo)性，使學(xué)生可以與教師思維同步。由此可見，“板書為主”的教學(xué)手段曾在教學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。
20世紀(jì)末，隨著大土木專業(yè)體系的建立，人才培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂窕A(chǔ)、寬口徑”，結(jié)構(gòu)力學(xué)的授課學(xué)時也由原來的120～140學(xué)時壓縮到80學(xué)時，原來教學(xué)大綱的內(nèi)容按傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以完成。隨著新技術(shù)和新型結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在土木工程專業(yè)廣泛應(yīng)用，給傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)補(bǔ)充了新內(nèi)容。多媒體教學(xué)由于授課信息量大，可將大量的工程實(shí)例引入課堂，教學(xué)效率高，解決了內(nèi)容多學(xué)時少的矛盾。對復(fù)雜的工程實(shí)例，教師無法用語言來描述，可以采用多媒體手段演示，把實(shí)際的結(jié)構(gòu)與抽象后的計(jì)算簡圖相聯(lián)系，加強(qiáng)了教學(xué)良性互動，提高了教學(xué)效率，彌補(bǔ)了以“板書為主”教學(xué)手段的不足，發(fā)展成為“多媒體為主、板書為輔”的組合式教學(xué)手段。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程計(jì)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(xué)手段。
近幾年，由于招生規(guī)模擴(kuò)大，學(xué)生整體素質(zhì)下降，學(xué)生的基本計(jì)算能力與分析問題能力較差，難以跟上多媒體教學(xué)節(jié)奏，學(xué)生更希望教師利用黑板進(jìn)行公式推導(dǎo)和具體例題講解。另外隨著社會發(fā)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(xué)同時從事一些兼職工作，于是不可能全身心投入教學(xué)，整體教學(xué)質(zhì)量有所下降。在此背景下，學(xué)校鼓勵教師采用“多媒體為輔，板書為主”的新形式。教學(xué)中讓學(xué)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(yáng)棄的過程。雖然看似回到了板書的教學(xué)方式，但實(shí)質(zhì)是對單一板書的否定，吸取板書在教學(xué)上的積極因素，消除消極因素，增加了多媒體輔助教學(xué)的內(nèi)容，每經(jīng)過一次否定，都加進(jìn)了富有生命力的新內(nèi)容，從而使事物達(dá)到更高的水平。
結(jié)語
結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法是在教學(xué)過程中長期形成的創(chuàng)造性成果，其中蘊(yùn)含深厚哲理，因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)不僅是知識的學(xué)習(xí)過程，更是科學(xué)哲理的探索過程。教學(xué)中運(yùn)用自然辯證法、美學(xué)理論等將是對力學(xué)教學(xué)的升華，同時，也對專業(yè)課教師的哲學(xué)修養(yǎng)提出了更高要求。（本文作者：周海龍、李平、申向東單位：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院）
摘要:為探索基于ANSYS平臺開發(fā)各類工程結(jié)構(gòu)分析軟件的通用方法,以高爐爐殼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件包為例,用VC++編寫程序并實(shí)現(xiàn)對ANSYS的封裝. 該方法可修改ANSYS的APDL數(shù)據(jù)文件中的輸入?yún)?shù),自動運(yùn)行ANSYS的APDL批處理程序,利用ANSYS的OUT結(jié)果文件進(jìn)行后處理,也可借助其他后處理軟件進(jìn)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(jìn)行工程有限元問題的分析計(jì)算.
ANSYS的功能十分強(qiáng)大,要求操作人員較為熟悉所用到的ANSYS模塊,并對掌握力學(xué)和有限元的理論知識有較高要求.[1]針對實(shí)際工程問題,可用ANSYS的APDL封裝ANSYS軟件開發(fā)出個性化系統(tǒng).這種系統(tǒng)只要求操作人員輸入前處理參數(shù),然后自動運(yùn)行ANSYS進(jìn)行求解.但完全用APDL編寫的宏還存在弱點(diǎn),如用APDL較難控制程序的進(jìn)程,雖然它提供循環(huán)語句和條件判斷語句,但總體還是個流水賬.APDL也提供參數(shù)的界面輸入,但功能還不是太強(qiáng)大,交互性不夠流暢,圖形處理功能也不是很強(qiáng).針對這種情況,本文用VC++ 6.0開發(fā)出高爐爐殼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件[2-5],能克服上面提到的一些不足,并使整個產(chǎn)品成為商品化軟件.
1實(shí)現(xiàn)方法
利用ANSYS的特點(diǎn)建立通用有限元模型,并計(jì)算求解.在建立模型時,先根據(jù)模型中所有可變數(shù)據(jù)定義相應(yīng)的參數(shù)名,并使用參數(shù)名表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(shù)輸入;(2)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)修改APDL程序模塊參數(shù)表中對應(yīng)的參數(shù)值;(3)將完成的APDL程序模塊提交給ANSYS程序進(jìn)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(jié)束.
2關(guān)鍵技術(shù)
該高爐爐殼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件是基于ANSYS的APDL參數(shù)化模型開發(fā)技術(shù)[6-7],在ANSYS平臺上進(jìn)行二次開發(fā)形成的.APDL是一種面向工程的、結(jié)構(gòu)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(yùn)算和條件處理等功能較弱.
2.1模型參數(shù)庫的調(diào)用
APDL中打開庫文件的命令為*ULIB,〈庫名〉,〈擴(kuò)展名〉. 利用它先打開上述模型參數(shù)庫文件,再利用宏調(diào)用命令*USE,〈參數(shù)模塊名〉. 這樣可將結(jié)構(gòu)的參數(shù)模塊嵌入到其模型產(chǎn)生程序中,并可在其后程序段中引用這些變量名或數(shù)組名.因此,結(jié)構(gòu)參數(shù)模塊的獨(dú)立定義與有限元模型的產(chǎn)生程序可分開進(jìn)行.這樣熟悉工程設(shè)計(jì)但不懂APDL編程的工程師就可以方便地定義結(jié)構(gòu)的參數(shù)模塊.
2.2參數(shù)化模型程序的開發(fā)技術(shù)
利用APDL開發(fā)具體的結(jié)構(gòu)有限元參數(shù)模型程圖 1二次開發(fā)高爐爐殼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件流程序,是與具體的工程對象相結(jié)合的二次開發(fā)工作.圖1給出利用APDL進(jìn)行二次開發(fā)的高爐爐殼處理流程.爐殼有限元模型程序庫包括方案設(shè)計(jì)模型及詳細(xì)設(shè)計(jì)模型的產(chǎn)生程序,主要輸入?yún)?shù)是相應(yīng)模型結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)模塊和載荷參數(shù)模塊等.這些程序的主要輸出結(jié)果是ANSYS求解器能夠執(zhí)行的有限元模型及運(yùn)行流程命令行.這些參數(shù)化程序的集合構(gòu)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(shù)化模型程序的結(jié)構(gòu)框圖.它們調(diào)用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)模塊及有關(guān)載荷參數(shù)模塊,各種爐型及爐容應(yīng)具有自己的參數(shù)模塊形式,因此與其相應(yīng)的FEM模型產(chǎn)生程序也不相同,彼此獨(dú)立.具體的FEM模型產(chǎn)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(shù)庫參數(shù)塊的調(diào)用;(3)參數(shù)變量及數(shù)組定義;(4)關(guān)鍵點(diǎn)(KP)定義;(5)線的幾何與分網(wǎng)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(shù)化模型程序結(jié)構(gòu)
2.3用戶界面接口技術(shù)
用VC++ 6.0編制菜單調(diào)用ANSYS軟件,前處圖 3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程理模塊主要包括輸入?yún)?shù)和自動生成有限元計(jì)算模型等.高爐爐殼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型主要包括ANSYS的結(jié)構(gòu)力學(xué)(包括彈性及彈塑性)分析計(jì)算,后處理模塊主要包括生成應(yīng)力沿母線及環(huán)向分布曲線圖、薄膜力及邊緣效應(yīng)、洞口應(yīng)力峰值等.圖3為程序的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程.在VC++ 6.0中可利用CreateProcess函數(shù)創(chuàng)建1個進(jìn)程以執(zhí)行其他程序,并且可以設(shè)置該進(jìn)程的優(yōu)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(shè)log文件名存放在m_LogFileName變量中,而結(jié)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(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件
用上述編程思想和技術(shù)編制軟件包,它包含工程設(shè)計(jì)人員必須涉及到的設(shè)計(jì)輸入輸出信息.運(yùn)行該軟件后,可以十分方便地得到供計(jì)算使用的有限元模型和后處理結(jié)果,設(shè)計(jì)可靠性和效率大大提高.
4結(jié)語
(1)用VC++編寫針對高爐爐殼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的封裝程序.操作用戶只需輸入工程中的可變參數(shù),即可運(yùn)行ANSYS的批處理進(jìn)行分析計(jì)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(yè)軟件進(jìn)行后處理操作.(2)摸索1種封裝ANSYS軟件的方法,從而達(dá)到讓不了解ANSYS的人運(yùn)用ANSYS的強(qiáng)大功能分析計(jì)算工程實(shí)際問題的目的.(3)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)中,具有相同功能的構(gòu)筑物,其有限元模型的參數(shù)通常可以歸為1類.上述編程思路可用來開發(fā)各種類構(gòu)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(fā)軟件的思路,并能大大提高工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量與進(jìn)度.
摘要:該文介絡(luò)了高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型仿真的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)途徑,并簡述了高層建筑結(jié)構(gòu)多媒體仿真系統(tǒng)MSTB的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu);仿真系統(tǒng)
1 概述
高層建筑結(jié)構(gòu)在荷載作用下的反應(yīng),特別是在風(fēng)荷載、荷載作用下的動力反應(yīng)問題;一直是這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已經(jīng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層建筑,高速計(jì)算機(jī)的分析結(jié)果往往是一大堆數(shù)令人難以把握,給研究和設(shè)計(jì)都帶來很大的不便。目前由物理模型、數(shù)值方法和可視化技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來成熟的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),不僅可靠直觀,而且正迅速發(fā)展,因而受到廣泛重視。特別是隨著多媒體技術(shù)的成熟和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,使計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域出現(xiàn)了革命性的變化和發(fā)展。本文將結(jié)合作者在力學(xué)模型系統(tǒng)仿真系統(tǒng)研究方面的工作,著重介紹高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和方法。
2 建立高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型仿真系統(tǒng)的基本思路
高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型仿真分析須具備二個條件,即:
1) 構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的有關(guān)材料的的本構(gòu)關(guān)系或物理模型,包括地基的物理力學(xué)性質(zhì)。這可由制作小尺寸試件或現(xiàn)場采樣,由性能試驗(yàn)確定。
2) 有效的數(shù)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)仿真。基于這二個條件的高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型仿真系統(tǒng)分析思路如圖1所示。
3 仿真分析的數(shù)學(xué)物理模型
對于高層建筑力學(xué)模型計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)來說,其建立數(shù)學(xué)模型的方法和理論在結(jié)構(gòu)力學(xué)中己相當(dāng)成熟,因此,結(jié)構(gòu)仿數(shù)學(xué)物理模型的建立必須同時考慮已有的數(shù)學(xué)物理模型和計(jì)算機(jī)仿真的目標(biāo)兩方面因素。
3.1 數(shù)學(xué)模型
數(shù)學(xué)模型的含義很廣,如三角函數(shù),代數(shù)方程;微分方程,積分方程,矩陣等由數(shù)學(xué)式子表示的函數(shù)關(guān)系或算法系統(tǒng)都屬于數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型來源于事實(shí),但又抓住了現(xiàn)實(shí)申的本質(zhì)問題。用于高層建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型很多,如按所使用的數(shù)學(xué)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(guān)系,其模型表示形式是各種方程式(代數(shù)方程、微分方程等)和各種函數(shù)關(guān)系,大多為經(jīng)典的數(shù)學(xué)方法。
2) 幻隨機(jī)性模型。由于結(jié)構(gòu)工程材料、施工、荷載、環(huán)境等因素具有隨機(jī)性,因而結(jié)構(gòu)度反應(yīng)也具有隨機(jī)性。采用隨機(jī)模型的數(shù)學(xué)工具主要有概率論,數(shù)理統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)過程等。
3) 模糊性模型。結(jié)構(gòu)工程中有些性質(zhì)是具有模糊性的。如結(jié)構(gòu)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(shù)學(xué)工具主要是以模糊集合為基礎(chǔ)的模糊數(shù)學(xué)。
3.2 物理模型(本構(gòu)關(guān)系)
對金屬材料,采用一般的彈塑性本構(gòu)關(guān)系,而對千混凝土、巖土等材料,由實(shí)驗(yàn)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(shù)破壞準(zhǔn)則[1]。
對于前面所介紹的幾種數(shù)學(xué)模型,若采用基于面向?qū)ο?OOP)的仿真實(shí)現(xiàn)方案,則可以方便地將各種數(shù)學(xué)模型置入仿真系統(tǒng)中,響應(yīng)的仿真模型可以根據(jù)仿真要求重載其中某個數(shù)學(xué)模型。這OOP是方法用于結(jié)構(gòu)仿真的優(yōu)越之處。
4 系統(tǒng)特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)途徑
目前,我們研制的高層建筑力學(xué)模型仿真系統(tǒng)建立在Windows平臺上的。系統(tǒng)充分利用了Windows的多任務(wù)機(jī)制、事件(消息)驅(qū)動和動態(tài)交換功能來實(shí)現(xiàn)仿真的控制和驅(qū)動。系統(tǒng)具有以下幾個特點(diǎn);:
一是模塊式結(jié)構(gòu)。MSTB的開發(fā)充分利用了Windows的多任務(wù)特性,仿真控制器的各功能塊設(shè)計(jì)成可以并發(fā)的事件驅(qū)動按鈕,各仿真功能可以交叉調(diào)用,使用戶可以按照自己習(xí)慣的方式控制仿真過程。利用仿真控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)多次運(yùn)行,并能對實(shí)驗(yàn)條件靈活地加以改變,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作有效地統(tǒng)計(jì)分析。
二是數(shù)值機(jī)仿真和圖形仿真的分離及人工智能技術(shù)的運(yùn)用。在MSTB中數(shù)值仿真采用定量方式進(jìn)行仿真,由數(shù)值計(jì)算程序進(jìn)行仿真分析,然后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析,給出狀態(tài)曲繹而圖形仿真采用定性方式進(jìn)行仿真,主要是結(jié)合數(shù)值仿真的計(jì)算結(jié)果,采用專家系統(tǒng)和知識把實(shí)驗(yàn)過程形象地顯示在屏幕上,幫助用戶進(jìn)行分析,顯示的內(nèi)容不但包括實(shí)驗(yàn)時可以見到的現(xiàn)象,還可以是某些狀態(tài)量(如位移,內(nèi)力)的變化過程。這樣就覆蓋了人們在真實(shí)試驗(yàn)中所全部信息數(shù)值結(jié)果和現(xiàn)象,全面地實(shí)現(xiàn)了仿真的目標(biāo)。
三是工程數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。由于仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣,數(shù)據(jù)量大,而且仿真系統(tǒng),-互要求很高,數(shù)據(jù)的存取、檢索頻繁,因此MSTBIS用工程數(shù)據(jù)庫將這些數(shù)據(jù)管理起來。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),關(guān)鍵在于采用合理的數(shù)據(jù)存儲方案以及快速有數(shù)據(jù)庫I/O平臺方式,這樣在仿真系統(tǒng)的開發(fā)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(tǒng)用戶界面統(tǒng)一、直觀、簡單實(shí)用,并配有動畫音響效果,充滿表現(xiàn)力,為用戶提供了一個友好、輕松的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)目前已實(shí)現(xiàn)了高層框剪結(jié)構(gòu)在一般靜動力荷載作用下的位移場和內(nèi)力場及隨機(jī)振動的動態(tài)模擬的可視化以及隨機(jī)振動的動態(tài)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)特點(diǎn)，通過讓學(xué)生課前觀看視頻學(xué)習(xí)基本概念和原理，課堂上給學(xué)生留出更多的時間進(jìn)行討論，分析研究問題，做作業(yè)。這樣，學(xué)生主動參與到教學(xué)中來，形成師生互動的良好局面，既提高了教學(xué)效果，又調(diào)動了學(xué)生的積極性。實(shí)踐證明，這種翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)實(shí)踐是行之有效的。
關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式 師生互動
1 翻轉(zhuǎn)課堂提出
目前在我們的大學(xué)課堂上學(xué)生遲到、早退、上課睡覺、玩手機(jī)的現(xiàn)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(zhǔn)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(jīng)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(xiàn)在結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂上就是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，課堂氣氛不活躍，隨著課程的深入，學(xué)習(xí)難度加大，學(xué)生課堂理解變得困難，因此缺課的同學(xué)不斷增加。個人認(rèn)為學(xué)生對于理論知識的理解尚且容易，但是原理方法的應(yīng)用就顯得力不從心，提筆解題困難重重，做作業(yè)花費(fèi)時間長，效率低。
讓學(xué)生喜歡課堂，回到課堂，老師僅有認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，扎實(shí)嚴(yán)密的知識結(jié)構(gòu)還不夠。因?yàn)槲覀兲幵谌招略庐惖男畔r代，面對的是一群充滿活力的21世紀(jì)新青年，作為一個優(yōu)秀的老師必須思考采納好的教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生興趣。首先，要改變教師課堂教學(xué)方法。應(yīng)該少講、精講，留出相當(dāng)部分時間給學(xué)生思考、提問、討論和練習(xí)。其次，教師在課堂上應(yīng)該補(bǔ)充一些教材以外的知識內(nèi)容，把知識的原始出處、演變告訴學(xué)生，把日常生活、工程實(shí)際和最新成果引入到課堂教學(xué)過程中來，形成開放式知識體系，能有效地激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。最后，教師要善于利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、資源引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，探究問題，加強(qiáng)和學(xué)生課后的聯(lián)系與交流。翻轉(zhuǎn)課堂就是適合這種特點(diǎn)的新型教學(xué)模式。它把對知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)放在課后，學(xué)生分組通過錄制好的視頻學(xué)習(xí)。課堂上重點(diǎn)在于知識的運(yùn)用分析，討論和做作業(yè)上；是改變老師一個人在講臺上講，學(xué)生在下面被動地聽的單調(diào)枯燥課堂教學(xué)過程。使學(xué)生也參與到教學(xué)過程中來，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)，對課堂教學(xué)進(jìn)行了改革，取得了顯著的效果。
2 課堂教學(xué)改革實(shí)踐
本著提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率的原則 ，筆者對所教的結(jié)構(gòu)力學(xué)課堂教學(xué)進(jìn)行了改革。教學(xué)對象是水電專業(yè)大二學(xué)生，教材是清華大學(xué)編著的《結(jié)構(gòu)力學(xué)I》第3版，課堂教學(xué)63學(xué)時。學(xué)生的學(xué)習(xí)活動包括課前視頻學(xué)習(xí)、課堂講授和課堂做作業(yè)三部分。
2.1 選擇教學(xué)內(nèi)容
選擇教學(xué)內(nèi)容時，不僅要考慮理論知識，也要考慮學(xué)習(xí)方式，時間活動，應(yīng)該在學(xué)生現(xiàn)有的知識積累的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生興趣和能力讓學(xué)生有所提高。教師應(yīng)把教學(xué)內(nèi)容分為三個層次：
一是學(xué)生應(yīng)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(diǎn)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(xué)生集中精力學(xué)習(xí)。組長負(fù)責(zé)組織學(xué)習(xí)，時間相對靈活，又利于討論和監(jiān)督，保證學(xué)習(xí)有序進(jìn)行。每段視頻后有與所學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問題需要思考，便于在課堂中進(jìn)行交流討論。
二是學(xué)生應(yīng)該熟練掌握，并且有一定難度的是學(xué)習(xí)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(yīng)該細(xì)講、精講的部分。需要通過具體例題講解，重點(diǎn)講授學(xué)生疑惑的部分，老師注重引導(dǎo)學(xué)生思考，打開學(xué)生思維。
三是學(xué)生應(yīng)該熟練運(yùn)用已有知識自主解決問題的部分。這部分通過課堂做作業(yè)來強(qiáng)化。把作業(yè)放在課堂上進(jìn)行利于學(xué)生對所學(xué)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(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生駕馭基本原理解決復(fù)雜問題的能力。
通過比較發(fā)現(xiàn)，課堂完成作業(yè)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(xù)時間更長。由于時間的限制，在課堂上做作業(yè)重點(diǎn)在于梳理出解題的思路，討論多解的方法，書寫作業(yè)過程可以放在課后完成。
2.2 一個教學(xué)單元的設(shè)計(jì)
課前學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)不是分裂開來的，而是相輔相成的，翻轉(zhuǎn)課堂就是改變現(xiàn)有傳統(tǒng)教學(xué)過程的課前、課中學(xué)習(xí)順序，即課前利用視頻學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，而利用課中時間在教師和同學(xué)的互動下學(xué)習(xí)運(yùn)用視頻中學(xué)到的知識解決問題。這樣不僅提高了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主動性和積極性，而且在某種程度上也大大提高了W習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。在這個過程中學(xué)生必須積極主動地參與進(jìn)來。老師和學(xué)生協(xié)同努力完成學(xué)習(xí)。老師要選擇和制作好課前視頻、充分備課為課中學(xué)習(xí)選擇典型例題和制作課堂PPT課件，準(zhǔn)備補(bǔ)充材料。學(xué)生則需要保證課前視頻學(xué)習(xí)到位 。因此第一次課后學(xué)生以宿舍為單位分成若干組。為之后以組為單位進(jìn)行課前視頻學(xué)習(xí)和討論做準(zhǔn)備，組長對每次課前視頻學(xué)習(xí)做好考勤，保證每個人都能完成學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)中存在的問題做好記錄，便于課堂上進(jìn)行討論。以每次兩節(jié)課連上，90分鐘為一個時間單元，選5個章節(jié)以表格的形式給出一個學(xué)習(xí)單元的組織流程圖，見表1。
需要提醒的是課前視頻學(xué)習(xí)并不是每次課前都有，也不是每次課前僅學(xué)一個，有時可能是兩個知識點(diǎn)，需要兩個視頻學(xué)習(xí)。例如結(jié)構(gòu)幾何組成分析中課前6個概念知識點(diǎn)學(xué)完后，課堂上僅用極少的時間供學(xué)生提出不懂的地方，老師做出解釋和簡單的提問就可以結(jié)束。在這種情況下課前需要學(xué)習(xí)兩個視頻，兩知識點(diǎn)之間不需要進(jìn)階的練習(xí)，學(xué)起來也很容易，但仍然可以分階段學(xué)習(xí)。課堂上大部分時間放在運(yùn)用三個規(guī)則分析各種各樣復(fù)雜幾何體系上，這是我們的這一章的難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容。有時一個課前視頻學(xué)習(xí)需要結(jié)合兩次課堂練習(xí)才可完成，或者需要補(bǔ)充一些新內(nèi)容，例如引入一些工程實(shí)際，歷史背景，學(xué)科前沿等，課前就不安排視頻學(xué)習(xí)。做作業(yè)30分鐘也可以穿插在講解完每個類型例題之后進(jìn)行，不必要一定集中在最后完成。
考核是對教學(xué)效果的有力推進(jìn)。也是保證學(xué)習(xí)效果的有效手段。學(xué)生期末總評成績有課堂作業(yè)、中期論文、綜合討論課和期末考試4部分組成，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，主動性和參與性，尤其是課堂討論和課堂作業(yè)這一塊的平時成績所占的比例應(yīng)加大，降低期末成績所占的比例。對學(xué)習(xí)的積極性具有一定的促進(jìn)作用。
2.3 教學(xué)效果評價
一個教學(xué)方法的的好壞，關(guān)鍵是學(xué)生的評價和認(rèn)可度。也是教師改進(jìn)方法、提高教學(xué)效果的重要參考和依據(jù)。因此在課程結(jié)束時對教學(xué)效果在網(wǎng)上進(jìn)行無記名投票調(diào)查，參與投票的人數(shù)65人。調(diào)查分兩個方面：一是給出定量的評價問題，學(xué)生給分的形式，每題滿分100；二是開放性問題提問，學(xué)生做出回答。
定量評價問題：（1）教學(xué)方法靈活多樣，合理使用各種教學(xué)手段，有啟發(fā)性（98.3）；（2）作業(yè)時間設(shè)置合理（98.8）；（3）激發(fā)了我的學(xué)習(xí)興趣，上課出勤率高、學(xué)習(xí)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(xué)生回答普遍認(rèn)為：（1）上課氣氛活躍，老師和學(xué)生的互動性得到了充分的體現(xiàn)，能調(diào)節(jié)同學(xué)積極地參與課堂討論和發(fā)言；（2）課上給時間寫作業(yè)，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(jié)構(gòu)力學(xué)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(jié)構(gòu)力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂模式設(shè)計(jì)比較合理，授課形式新穎，學(xué)生普遍認(rèn)可，明顯激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣和提高了學(xué)習(xí)效率。
3 總結(jié)
從課前視頻學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)、課堂做作業(yè)三個環(huán)節(jié)看，學(xué)生對于這種課堂模式的認(rèn)可度和完成效果評價較高。與傳統(tǒng)課堂相比，它的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
（1）調(diào)動學(xué)生課堂參與的積極性，提高了學(xué)習(xí)興趣。在傳統(tǒng)課堂下，教師講授力求完整詳盡，學(xué)生沒有發(fā)揮余地，趨向被動接受。在翻轉(zhuǎn)課堂下，把一些易懂的概念和原理放在課前視頻學(xué)習(xí)，課堂上老師只講重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，講授學(xué)（下轉(zhuǎn)第130頁）（上接第128頁）生疑惑的部分，可以留出更多時間給學(xué)生進(jìn)一步主動探索的空間，能夠引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。
（2）增加生生、師生互動交流。在傳統(tǒng)課堂下，教師講授后學(xué)生各自學(xué)習(xí)，缺乏交流，學(xué)習(xí)難度大，興趣不高，翻轉(zhuǎn)課堂下，把互動交流放到課堂上，學(xué)習(xí)環(huán)境好，對于問題來相互協(xié)作共同解答。學(xué)生在討論中鍛煉表達(dá)能力，學(xué)會借鑒他人。
（3）提高了做作業(yè)的效率。在傳統(tǒng)課堂下，教師講授后學(xué)生各自做作業(yè)，比較枯燥，碰到問題不易解決，容易受挫。翻轉(zhuǎn)課堂模式下，把題目思路梳理放到課堂上，學(xué)生可以充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)和疑惑，老師只是點(diǎn)撥和引導(dǎo)，作業(yè)書寫過程利用課后很少的時間就可完成。
綜上所述，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的探索出發(fā)點(diǎn)是調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)e極性、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此要讓學(xué)生能夠主動參與到教學(xué)中來，教師在課堂上必須讓出部分時間，交給學(xué)生掌控，形成師生互動的課堂，這是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特點(diǎn)，也是目前比較有效的教學(xué)模式。其具有極為廣泛的應(yīng)用，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻課程、大學(xué)慕課提供基礎(chǔ)。
摘要：本文從結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)實(shí)際出發(fā)，然后針對目前存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、學(xué)習(xí)質(zhì)量監(jiān)控及評估體系三個方面對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了探索并提出改革措施，以促進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改良和發(fā)展。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量
一、前言
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專業(yè)的一個重要的基礎(chǔ)課程。該門課程是在高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程結(jié)束才開始學(xué)習(xí)的課程，同時結(jié)構(gòu)力學(xué)也是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等核心專業(yè)課的力學(xué)基礎(chǔ)，是連接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的紐帶，在整個專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃體系中占有舉足輕重的地位。結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)效果的好壞不僅直接影響到學(xué)生對專業(yè)課程的掌握，而且還會影響到學(xué)生在實(shí)際工程中分析問題和解決問題的能力。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中也要反復(fù)用到結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識。如何提高結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)力學(xué)知識分析和解決實(shí)際工程問題的能力，是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革需要主要解決的問題。
二、教學(xué)內(nèi)容改革
1.整合教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容一般包括：結(jié)構(gòu)體系的機(jī)動分析、靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算、靜定和超靜定拱、靜定結(jié)構(gòu)的影響線、力法、位移法、力矩分配法、矩陣位移法、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器、塑性極限分析、結(jié)構(gòu)的靈活性和穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)力學(xué)在專業(yè)課與基礎(chǔ)課之間起著橋梁作用，但隨著新學(xué)科的發(fā)展，越來越多的課程開放實(shí)踐，結(jié)構(gòu)力學(xué)的時間減少，所以建議在理論力學(xué)知識，如桁架梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和靜態(tài)力計(jì)算。矩陣位移法在本章中因?yàn)閮?nèi)容復(fù)雜，一般沒有足夠的時間進(jìn)行講解，需要把握好重點(diǎn)、難點(diǎn)，對課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)提煉。用最少的課時，達(dá)到要求的教學(xué)效果。有些學(xué)校不是關(guān)于動態(tài)內(nèi)容，而是動態(tài)計(jì)算，是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要M成部分，也是大多數(shù)高校研究生和注冊結(jié)構(gòu)工程師考試的內(nèi)容，因此應(yīng)該是教學(xué)的重點(diǎn)。
2.增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程主要是理論研究，但它可以使學(xué)生了解抽象的、困難的和難以掌握的知識。例如，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開放實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)房屋和橋梁模型，分析幾何組成，計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并通過試驗(yàn)測定了結(jié)構(gòu)模型的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。同時，對實(shí)驗(yàn)和理論之間的差異進(jìn)行了分析，并提出了優(yōu)化方法。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)和制作的趣味性和概念性，大大拓展了學(xué)生的視野，學(xué)生可以把理論與實(shí)際結(jié)合，激活其用力學(xué)概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的潛質(zhì)，鍛煉其工程思維能力，從而取得良好的教學(xué)效果。
三、教學(xué)手段改革
1.重視傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)的有效結(jié)合。教師在黑板上解釋和寫的過程中向?qū)W生傳達(dá)課程信息。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛使用，多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。多媒體技術(shù)為現(xiàn)代教育提供了方便，利用多媒體技術(shù)對圖像、聲音、動畫、文本、圖形、線條等進(jìn)行處理，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但在抽象理論的解釋中缺乏優(yōu)勢。例如，在計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)公式時，如位移計(jì)算中的乘法公式、位移法等。如果直接用PPT演示，推導(dǎo)過程講解太快，不宜于學(xué)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(jìn)的推導(dǎo)，并與學(xué)生互動，才能讓學(xué)生在思考和速度上跟上節(jié)奏。可以引導(dǎo)學(xué)生同步思考，吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生的思維，也可以使學(xué)生和教師產(chǎn)生教學(xué)良性互動，使教學(xué)效果達(dá)到最佳。因此，教學(xué)方法是充分利用自己在黑板上的寫和多媒體相結(jié)合，從而提高教學(xué)質(zhì)量。
2.重視網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已成為21世紀(jì)教學(xué)平臺的一個組成部分，教師將課堂上討論的問題在網(wǎng)站上展示，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)，從而提高課堂效率，豐富學(xué)生的力學(xué)知識有較強(qiáng)的自學(xué)能力，滿足學(xué)生的求知欲，提高教學(xué)效率。網(wǎng)絡(luò)是一個搭建溝通中心的平臺，在以上問題的師生，讓學(xué)生參與進(jìn)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(xué)效果。
四、建立全過程學(xué)習(xí)質(zhì)量監(jiān)控及評估體系
建立全過程的學(xué)習(xí)質(zhì)量監(jiān)控體系，把學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量把控在整個教學(xué)過程。良好的質(zhì)量評估體系會激勵學(xué)生全程參與課程教學(xué)，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)，從而成為課程主體，讓學(xué)生從一開始上課就全心投入直至課程結(jié)束，保持課程知識體系的連續(xù)性。
建設(shè)質(zhì)量監(jiān)測評價體系的研究，應(yīng)遵循“雙評價、教與學(xué)、教與學(xué)”的互動評價體系，對教師和學(xué)生都有好處。確保質(zhì)量的指導(dǎo)思想，樹立以人為本、監(jiān)控平臺的結(jié)構(gòu)和功能，根據(jù)監(jiān)測對象的多維監(jiān)控系統(tǒng)分為監(jiān)控中心，可以快速響應(yīng)各種學(xué)習(xí)活動的教學(xué)科目的學(xué)習(xí)跟蹤、主體認(rèn)識、指導(dǎo)、監(jiān)控的要求，給出評價結(jié)果。多維監(jiān)測的實(shí)施，學(xué)生做到全程、全員、全方位的監(jiān)控，過程因素的教學(xué)和學(xué)習(xí)活動的識別，識別的影響教學(xué)質(zhì)量的因素及該項(xiàng)目的主要內(nèi)容學(xué)習(xí)。首先是出勤率。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程知識具有很強(qiáng)的連續(xù)性。經(jīng)常性的缺課會讓學(xué)生在下次課聽課時，無法理解本節(jié)課講述的內(nèi)容，無法跟上講課進(jìn)度。為了避免學(xué)生不必要的缺課，可以進(jìn)行課堂隨機(jī)點(diǎn)名，課堂考勤作為平時成績的一部分，保證學(xué)生課程學(xué)習(xí)知識的連續(xù)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(xué)生的監(jiān)督中發(fā)揮作用。把課堂提問的問題回答情況計(jì)入平時成績。學(xué)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(rèn)真聽講。再者就是作業(yè)監(jiān)控。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)力學(xué)課程的特點(diǎn)，學(xué)生必須在課下完成一定的作業(yè)，以此來檢查對所學(xué)知識的掌握情況。作業(yè)是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)效果的一個重要工具，但是結(jié)構(gòu)力學(xué)課程作業(yè)抄襲現(xiàn)象比較普遍。為了避免學(xué)生抄襲，可以增加作業(yè)題庫容量，針對同一類型的習(xí)題，讓學(xué)生完成自己學(xué)號最后兩位對應(yīng)的相應(yīng)題目。對教師來說，要提前建好作業(yè)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(yè)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(yàn)。當(dāng)所學(xué)知識成為一個小體系時，可以針對階段所學(xué)內(nèi)容，出一份試卷隨堂考試來檢驗(yàn)學(xué)生階段的學(xué)習(xí)效果，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生課程學(xué)習(xí)中的問題。
以上幾種方法均作為學(xué)生平時成績的依據(jù)，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(xué)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?nèi)抗肌Ｗ寣W(xué)生在學(xué)習(xí)過程中知道自己的學(xué)習(xí)情況及平時成績的多少。這樣引導(dǎo)學(xué)生把課程學(xué)習(xí)盡量在課堂上完成，通過每節(jié)課、每次作業(yè)、每次測驗(yàn)來監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，避免普遍存在的在考試前集中突擊的現(xiàn)象，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中真正掌握課程知識。
五、結(jié)語
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程因?yàn)槠浣虒W(xué)內(nèi)容的抽象、課堂容量大、課時緊，要在有限的時間內(nèi)提高教學(xué)效果不是一件容易的事情，因此需要在實(shí)際教學(xué)活動中不斷探索和發(fā)展。一方面，現(xiàn)代教學(xué)方法應(yīng)充分利用；另一方面，充分調(diào)動了學(xué)生的主動性和積極性。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革任重道遠(yuǎn)，需要任課教師在授課過程中不斷的發(fā)現(xiàn)和總結(jié)，針對教學(xué)中的問題來提出改革的有效措施。
摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)是固體力學(xué)的一個分支，它是土木工程專業(yè)和機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的學(xué)科。文章針對目前結(jié)構(gòu)力學(xué)課程當(dāng)中存在的主要問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、與工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)，三個方面進(jìn)行闡述，并結(jié)合前人的研究成果，對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法的改革和實(shí)踐提出建議。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；教學(xué)實(shí)踐
一、前言
結(jié)構(gòu)力學(xué)是固體力學(xué)的一個分支，它主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律，以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的學(xué)科，它是土木工程專業(yè)和機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的學(xué)科。結(jié)構(gòu)力學(xué)在教學(xué)計(jì)劃中起到承上啟下的作用，結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)是以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、靜力學(xué)、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，為后續(xù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、房屋建筑學(xué)等專業(yè)課打基礎(chǔ)。本文針對目前結(jié)構(gòu)力學(xué)課程當(dāng)中存在的主要問題進(jìn)行闡述，并結(jié)合前人的研究成果，對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)方法的改革提出幾點(diǎn)建議。
二、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的問題
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在構(gòu)建大土木專業(yè)教學(xué)改革背景下出現(xiàn)了多元化，即：經(jīng)典力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、工程實(shí)例分析計(jì)算。經(jīng)典力學(xué)是以結(jié)構(gòu)力學(xué)為基礎(chǔ)，簡化教學(xué)內(nèi)容，偏重基本概念，基本理論，基本方法的研究；計(jì)算力學(xué)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，熟練應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)軟件，進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的建立；工程實(shí)例分析計(jì)算是以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化、建模、計(jì)算。
目前，從我國的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程學(xué)時來看，很難完成這三方面的教學(xué)，即使是經(jīng)典力學(xué)都很難完成教學(xué)計(jì)劃。由于課時的縮減，教學(xué)進(jìn)度的加快，造成了結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)存在的普遍現(xiàn)象：理不難做題難，上課易懂下課不會。
（一）教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)設(shè)置
由于力學(xué)課程的設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，如靜力學(xué)中已經(jīng)學(xué)過桁架的內(nèi)力計(jì)算，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中沒有必要再次講解。再如在材料力學(xué)當(dāng)中講過的靜定梁的內(nèi)力計(jì)算，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中只需一帶而過。
（二）教學(xué)方法單一
目前的結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)方法多是以多媒體課件為主并配合板書進(jìn)行相應(yīng)的講解，單調(diào)的講課模式容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭倦感。教學(xué)方法的單一不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在很大程度上降低了學(xué)習(xí)效果。
（三）與工程實(shí)踐脫節(jié)
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是為了讓學(xué)生在掌握經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上，可以對工程中實(shí)際問題進(jìn)行簡化，用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法和理論解決工程問題。因此結(jié)構(gòu)力學(xué)課程重視的不僅僅是學(xué)生能夠正確地解答課本上的習(xí)題，更主要的是能夠把理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合，然而事實(shí)證明目前的教學(xué)方法很難達(dá)到這樣的目的。
結(jié)構(gòu)力學(xué)涉及的領(lǐng)域相對廣泛、內(nèi)容相對較多，且由于高度抽象的理論演繹，要傳授學(xué)生熟練掌握、靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識確實(shí)不易，此外，客觀上還要求兼顧教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，無疑給結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)增加難度。
三、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法改革和實(shí)踐的探討
基于結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)當(dāng)中目前存在的問題，以優(yōu)化課程建設(shè)，變換多元化的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，把理論教學(xué)與工程實(shí)踐結(jié)合，為學(xué)生更好地掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本思想和理論，可以對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法改革和實(shí)踐作如下探討。
（一）教學(xué)內(nèi)容的精簡
刪除與靜力學(xué)、材料力學(xué)重復(fù)的內(nèi)容，教師應(yīng)該精讀教材及相關(guān)的參考書，在深刻把握知識點(diǎn)、節(jié)、章的基礎(chǔ)上，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精簡――舊粗新細(xì)，舊的知識點(diǎn)我們只需要簡單地回顧，新的知識點(diǎn)我們需要詳細(xì)地講解。對于截面法求內(nèi)力部分的內(nèi)容在材料力學(xué)當(dāng)中進(jìn)行過詳細(xì)地介紹，因此在課堂上只需要用簡短的語言對截面法求內(nèi)力進(jìn)行簡單地回顧，如“截、取、代、平”。此外，在講新知識點(diǎn)的過程中，要注意對相關(guān)舊知識的復(fù)習(xí)，加深認(rèn)識和領(lǐng)悟的一個重要方法就是重復(fù)，在對舊知識重復(fù)的過程中加深對新知識的認(rèn)識，這種新舊對比有助于認(rèn)知過程的溫故知新。對于位移法我們需要進(jìn)行詳細(xì)地講解，在回憶力法的基礎(chǔ)上，講解位移法的基本思想及推導(dǎo)過程，對比力法和位移法的優(yōu)缺點(diǎn)，幫助學(xué)生更好地記住這兩種方法。
通過對教學(xué)內(nèi)容的提煉，在不降低教學(xué)質(zhì)量的前提下縮短課時，大大提高了教學(xué)效率，為后續(xù)的實(shí)踐課程提供充分的課時。
（二）教學(xué)方法的多元化
結(jié)構(gòu)力學(xué)課件的制作是一個既費(fèi)時又費(fèi)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(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老師負(fù)責(zé)內(nèi)容的選擇，由熟練掌握PPT應(yīng)用的老師制作。為避免重復(fù)性的工作，每位老師負(fù)責(zé)指定章節(jié)的內(nèi)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(shù)效果上力求多樣化；注重信息反饋和課件的實(shí)時更新，通過總結(jié)教學(xué)過程中學(xué)生的反饋信息，對課件要進(jìn)行相應(yīng)的修改，達(dá)到制作―使用―反饋―修改的不斷循環(huán)。
結(jié)構(gòu)力學(xué)課程概念多，理論性強(qiáng)，計(jì)算煩瑣，使單調(diào)的多媒體課件文字和板書講解變得乏味，為更好地激發(fā)學(xué)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(nèi)容，有助于學(xué)生理解概念，掌握規(guī)律。此外，改變傳統(tǒng)的滿堂灌式的教學(xué)，每節(jié)課給學(xué)生留出一小部分時間對本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并允許學(xué)生提問，這樣可以更好地幫助學(xué)生掌握上課內(nèi)容，并激發(fā)上課的積極性性。多媒體課件的網(wǎng)絡(luò)化是必然趨勢，為便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課程建設(shè)老師可以建設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。把電子版的教學(xué)大綱、方案、課件及重點(diǎn)知識點(diǎn)講解視頻等資源上傳至網(wǎng)上，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并開通答疑通道，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的課下交流。
（三）重視自學(xué)能力的培養(yǎng)
現(xiàn)階段的知識和技術(shù)手段更新周期越來越短，自學(xué)能力的培養(yǎng)更是體現(xiàn)出現(xiàn)代高等教育的鮮明特點(diǎn)。在校期間對學(xué)生的自學(xué)能力進(jìn)行培養(yǎng)，對他們走向社會后及時補(bǔ)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(xué)生進(jìn)行自學(xué)。例如，明確一些自學(xué)章節(jié)，指定一些參考資料，對自學(xué)內(nèi)容提出要求，并提出自學(xué)思考題，引導(dǎo)學(xué)生在自學(xué)中發(fā)揮自已的想象力和創(chuàng)造力。最后，可通過課堂提問、討論、自學(xué)作業(yè)及期末考試等形式來檢查自學(xué)效果。
此外，Ρ榷耘佳習(xí)法、復(fù)述學(xué)習(xí)法也都是比較有效的學(xué)習(xí)方法，結(jié)構(gòu)力學(xué)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(guān)系，善于抓住其相互聯(lián)系可以大大提高學(xué)習(xí)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(xué)內(nèi)容，應(yīng)該鼓勵學(xué)生模仿老師課堂上的表達(dá)用自己的語言進(jìn)行復(fù)述，在反復(fù)的練習(xí)中加深對知識點(diǎn)的掌握，有效地達(dá)到自主學(xué)習(xí)的效果。
（四）結(jié)合工程實(shí)踐，強(qiáng)化學(xué)習(xí)目的
興趣是最好的老師，為使學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，在教學(xué)當(dāng)中需要引入大量的工程實(shí)例。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的力學(xué)模型背后蘊(yùn)藏著大量的工程背景，與生活實(shí)踐息息相關(guān)，因此我們可以根據(jù)每章的教學(xué)內(nèi)容，在每一章剛開始引入工程當(dāng)中存在的問題，引發(fā)同學(xué)積極思考解決的辦法，并在每章內(nèi)容學(xué)習(xí)之后，用這一章的知識點(diǎn)解決引例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機(jī)。此外，教材實(shí)例大量缺乏，因此在講課過程中我們要從結(jié)合生活中的小事到聯(lián)系實(shí)際中的大事，這對工程應(yīng)用知識匱乏的學(xué)生來說是行之有效的方法。
學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)僅僅靠課堂理論知識的教授是不夠的，為引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并利用所學(xué)的知識解決問題，需要開展更多的課外學(xué)習(xí)，如發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽、結(jié)構(gòu)模型的搭建，讓學(xué)生通過自己對結(jié)構(gòu)力學(xué)基本知識的理解，搭建各類結(jié)構(gòu)模型，這樣不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。
四、結(jié)語
作為土木工程專業(yè)中的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程實(shí)踐中具有重要的地位。目前各大工科院校對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法和實(shí)踐提出了多方面的建議，主要在于打破陳舊的教學(xué)方法，合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)分安排，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，結(jié)合工程實(shí)踐，為學(xué)生更好地掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)課程做好鋪墊。
【摘要】《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是船舶與海洋工程學(xué)科的兩大力學(xué)支撐之一，在整個專業(yè)的教學(xué)和人才培養(yǎng)計(jì)劃中具有相當(dāng)重要的作用。隨著教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的出臺，工科專業(yè)對學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力有了更高的要求，本文結(jié)合《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程的教學(xué)改革工作，對如何培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型的復(fù)合人才提出了幾點(diǎn)看法。
【關(guān)鍵詞】船舶與海洋工程 結(jié)構(gòu)力學(xué) 課程改革
《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是船舶與海洋工程學(xué)科的兩大力學(xué)支撐之一，是船舶與海洋工程專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，它既是對前期學(xué)習(xí)的理論力學(xué)、材料力學(xué)課程的延續(xù)與深入，同時也為后續(xù)的船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理等課程打好基礎(chǔ)，因此在整個專業(yè)的教學(xué)和人才培養(yǎng)計(jì)劃中具有相當(dāng)重要的作用。
隨著教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的出臺，工科專業(yè)對學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力有了更高的要求，本專業(yè)按照新要求制定了卓越工程師培養(yǎng)方案，修訂了本科教學(xué)大綱，并且在教學(xué)過程中大力推進(jìn)改革創(chuàng)新，著力培養(yǎng)適應(yīng)未來行業(yè)發(fā)展要求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型復(fù)合技術(shù)人才。下面我就結(jié)合《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程的教學(xué)改革工作，就如何培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型的復(fù)合人才談?wù)勛约旱目捶ā?
一、教學(xué)內(nèi)容改革
1.合理搭配專業(yè)教材，突出船舶與海洋特點(diǎn)
目前，工科結(jié)構(gòu)力W的教材主要是針對土建、水利、道橋、力學(xué)等專業(yè)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(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)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(jié)構(gòu)力學(xué)》以及上海交通大學(xué)出版社出版的陳鐵云教授、陳伯真教授主編的《船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)》兩本書組合的形式。這樣既包含了結(jié)構(gòu)力學(xué)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，又增加了針對船舶與海洋專業(yè)特點(diǎn)內(nèi)容的拓展，保證了教學(xué)內(nèi)容上的豐富多彩。
2.適當(dāng)結(jié)合工程背景，突出專業(yè)知識應(yīng)用性
部分學(xué)生到了畢業(yè)設(shè)計(jì)或是工作階段會感覺學(xué)習(xí)的專業(yè)知識無法應(yīng)用到實(shí)際工作中，這主要是由于理論知識的學(xué)習(xí)和工程背景脫節(jié)造成的。因此，對船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，必須在專業(yè)基礎(chǔ)課程中就予以重視。在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)工作中，需要將力學(xué)知識的講解和具體工程背景下的力學(xué)模型結(jié)合起來，在進(jìn)行計(jì)算分析時應(yīng)多給學(xué)生介紹船體結(jié)構(gòu)中板材、骨架的結(jié)構(gòu)形式，使學(xué)生對工程實(shí)際中各種構(gòu)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(jì)算模型同船舶與海洋工程的實(shí)際結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，突出結(jié)構(gòu)力學(xué)知識的應(yīng)用性。
3.增加軟件培訓(xùn)教學(xué)，貼近工程應(yīng)用實(shí)際
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容，主要是采用手算方法對比較簡單的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算分析，旨在培養(yǎng)學(xué)生對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核分析的基本方法。而目前在船舶與海洋工程工業(yè)領(lǐng)域，已經(jīng)有很多成熟的計(jì)算軟件，使用專業(yè)軟件對工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)對畢業(yè)生基本的技能要求。因此，在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)工作中，在打牢理論基礎(chǔ)的前提下有必要培養(yǎng)學(xué)生使用軟件建模、計(jì)算分析以及編程二次開發(fā)的能力，這樣能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、拓寬學(xué)術(shù)視野，為其后續(xù)的學(xué)習(xí)研究以及參加工作奠定扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。
二、教學(xué)方法改革
1.合理搭配板書教學(xué)和多媒體教學(xué)方法
結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的理論課程，要想達(dá)到良好的教學(xué)效果，首先必須堅(jiān)持黑板板書的傳統(tǒng)教學(xué)方法。口頭講解配合板書的教學(xué)方法邏輯清晰，重點(diǎn)突出，在教學(xué)速度上更容易被學(xué)生接受，特別是在公式推導(dǎo)和理論計(jì)算時，板書教學(xué)法對過程的分析更加細(xì)致，更容易被學(xué)生理解，因此，在教學(xué)過程中一定要堅(jiān)持板書教學(xué)。
其次，應(yīng)當(dāng)利用多媒體教學(xué)手段提高教學(xué)質(zhì)量。結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密的應(yīng)用性學(xué)科，一些工程實(shí)例特別是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式無法通過語言和板書給學(xué)生進(jìn)行描述，這就需要充分發(fā)揮多媒體教學(xué)手段的優(yōu)勢，通過圖片、視頻資料將實(shí)際結(jié)構(gòu)形象的展現(xiàn)出來，這有助于學(xué)生將枯燥的理論簡化模型同生動的工程結(jié)構(gòu)實(shí)物聯(lián)系起來，加深對所學(xué)知識的理解并能夠?qū)W以致用。
2.充分發(fā)掘?qū)嵙?xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)作用
船舶與海洋工程專業(yè)的本科教學(xué)非常注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，安排了大量的現(xiàn)場實(shí)習(xí)教學(xué)工作，如認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等。實(shí)習(xí)過程不僅能夠使學(xué)生了解船舶設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的原理、流程和工藝等實(shí)踐知識，還可以發(fā)揮對專業(yè)課程的輔助教學(xué)作用。例如對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中涉及的船體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，就可以在實(shí)習(xí)工作中進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，直觀生動的教學(xué)環(huán)境能夠加深學(xué)生的理解和印象，起到事半功倍的效果。此外，還可以在實(shí)習(xí)過程中與經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行交流，收集與結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)課相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐知識，以及拍攝視頻和圖像資料，用以后續(xù)課程中作為補(bǔ)充內(nèi)容進(jìn)行授課，進(jìn)一步拓展學(xué)生的視野，并將課程內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。
三、考核方式改革
1.考核成績計(jì)入?yún)⒓酉嚓P(guān)競賽的成績
參加結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)相關(guān)的各級競賽活動，不僅能鞏固結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)知識，還可以提高學(xué)生的綜合能力，因此很有必要進(jìn)行引導(dǎo)和支持。例如對于參加校級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽表現(xiàn)優(yōu)異的團(tuán)隊(duì)和個人，可以在課程考核中合理設(shè)置加分，通過加分獎勵制度鼓勵學(xué)生多參加相關(guān)競賽，通過競賽來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，不僅有利于課程教學(xué)效果的提高，也能夠激發(fā)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新潛質(zhì)，推動教學(xué)工作和競賽活動的互相促進(jìn)。
2.考核成績計(jì)入?yún)⒓酉嚓P(guān)科研項(xiàng)目的成績
教學(xué)和科研工作是相輔相成的，要提高專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量，可以從鼓勵科研入手。本科學(xué)習(xí)階段，部分成績優(yōu)異且對科研活動感興趣的學(xué)生很早就開始了科研工作的起步，而通過考核成績中計(jì)入?yún)⒓酉嚓P(guān)科研工作的方式來引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生參加科研，是提升教學(xué)質(zhì)量的好辦法。例如本校的本科生研究發(fā)展計(jì)劃（SRDP）吸引了大量本科生的參與，對于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)而言，可以通過在最終考核成績中計(jì)入相關(guān)專業(yè)SRDP項(xiàng)目成績的方式來對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生在達(dá)到結(jié)構(gòu)力學(xué)課程本科要求水平的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識，為后續(xù)的研究和工作提前打好基礎(chǔ)。
隨著船舶與海洋工程行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，對于本專業(yè)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)要求也在不斷提高，為了培養(yǎng)適應(yīng)未來行業(yè)發(fā)展要求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型復(fù)合技術(shù)人才，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革工作必須持續(xù)推進(jìn)，而只有通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式的改革將教學(xué)、科研、競賽等活動有機(jī)的結(jié)合起來，才能推動結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提升。
【摘 要】本文闡述了筆者在獨(dú)立院校的課程教學(xué)中所觀察到的一系列問題，通過對比國內(nèi)外高校的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革現(xiàn)狀，并且結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生能力、轉(zhuǎn)變教學(xué)模式等方面提出了幾點(diǎn)建議，采用優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、合理利用教學(xué)資源，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等措施，來達(dá)到提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)的興趣和加深對該門課程的理性認(rèn)識。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)力學(xué)；教學(xué)方式；教學(xué)優(yōu)化
1 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的目標(biāo)
目前，許多的二、三類本科院校正在過渡為應(yīng)用型本科，將培養(yǎng)重點(diǎn)放在教育出具有實(shí)踐操作能力的應(yīng)用型人才。因此要達(dá)到該目標(biāo)的重要舉措之一就是進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對土建類人才的要求越來越高。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的飛速發(fā)展，無論房屋還是橋梁的結(jié)構(gòu)形式都日趨復(fù)雜，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與有限元分析已成為工程實(shí)踐中必不可少的應(yīng)用手段。在以往的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)過程中，過度強(qiáng)調(diào)學(xué)生計(jì)算能力的培養(yǎng)方式已不能滿足用人單位的需求。特別對于獨(dú)立院校的學(xué)生，畢業(yè)后進(jìn)入生產(chǎn)一線的比重很大，部分學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)無益于今后的工作，導(dǎo)致對著門課程興趣不大、輕視了對結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)，致使學(xué)生缺乏在解決實(shí)際工程中相關(guān)結(jié)構(gòu)問題的能力。因此，在許多以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的獨(dú)立院校中，如何將以理論授課為核心的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程與實(shí)踐結(jié)合起來，探索一條符合時代需求的教學(xué)實(shí)踐化改革道路，已成為我們必須要思考的問題。
2 結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的問題
目前在許多院校中，學(xué)生對結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)不夠重視，同時教學(xué)也存在著一些不足和欠缺，造成了結(jié)構(gòu)力學(xué)成為土木工程專業(yè)最難學(xué)的基礎(chǔ)課之一，主要體現(xiàn)在以下方面：
2.1 教學(xué)模式單一與創(chuàng)新意識脫節(jié)
結(jié)構(gòu)力學(xué)基本教學(xué)模式都是以板書和教科書結(jié)合為主要授課方式，并采取口授形式進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)課堂枯燥單調(diào)，表述形式太過于抽象，公式推導(dǎo)繁瑣、機(jī)械工作化較多，教學(xué)效率低下[1]。可以適當(dāng)增加多媒體或軟件教學(xué)可大大提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和開拓創(chuàng)新思維能力。
2.2 內(nèi)容抽象、復(fù)雜
結(jié)構(gòu)力學(xué)研究計(jì)算的是結(jié)構(gòu)在各種效應(yīng)作用下的響應(yīng)，包括內(nèi)力的計(jì)算及位移的計(jì)算。由于內(nèi)力看不見，摸不著，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中缺乏感性的認(rèn)識，學(xué)生很容易將內(nèi)力等概念混淆，造成對知識點(diǎn)的模糊。
2.3 缺乏教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)
由于結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論性非常強(qiáng)，為加強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解，教學(xué)過程以理論講解作為重點(diǎn)，實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失。學(xué)生在完成結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)后，縱使掌握了對靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法，也不知如何在工程實(shí)踐中應(yīng)用。
3 結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革探討
3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)習(xí)興趣
結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，具有內(nèi)容較多，理論性強(qiáng)，概念較為抽象，解決問題的思路多樣化等特點(diǎn)。這就造成學(xué)生在接觸到這門課程時容易產(chǎn)生畏難情緒，再者由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有明確的目的性，“怎樣去學(xué)習(xí)”、“知識點(diǎn)該如何運(yùn)用”、“如何分析力學(xué)模型”等問題普遍存在。根據(jù)這一情況，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教授過程中，可以將實(shí)際工程案例引入到教學(xué)中來，授課教師可以對課堂上講授的每一個章節(jié)、每一個知識點(diǎn)都能夠找出相對應(yīng)的工程應(yīng)用案例，針對實(shí)際工程案例，授課教師應(yīng)著重講述本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際案例之間的緊密聯(lián)系，例如在講授受彎構(gòu)件時，如何將建筑中的梁、荷載、支座簡化為力學(xué)模型來進(jìn)行受力分析，利于學(xué)生在思考問題時可以結(jié)合實(shí)際，將抽象的概念具象化。通過這種方式，潛移默化地讓學(xué)生意識到結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)對解決工程實(shí)際內(nèi)容起著至關(guān)重要的作用。
3.2 培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維，提升優(yōu)化結(jié)構(gòu)的能力
隨著建筑材料的復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜化，實(shí)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(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，然而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并不是一味的強(qiáng)調(diào)運(yùn)算的準(zhǔn)確性與高效性，更多強(qiáng)調(diào)如何將復(fù)雜的問題簡單化，如何在眾多結(jié)構(gòu)中選出最合理的結(jié)構(gòu)，這才是工程人員的價值所在。在實(shí)際工程中，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)與力學(xué)概念分析，確保在施工過程中不出現(xiàn)安全事故，保證施工順利有效進(jìn)行[2]。因此，除了在課堂上培養(yǎng)學(xué)生解題的相關(guān)思路，還要增強(qiáng)他們在生活中的力學(xué)思維，即構(gòu)建“力學(xué)模型”的思維。“力學(xué)模型”是連接理論知識與實(shí)際問題的紐帶，將課堂的知識帶到課外實(shí)際運(yùn)用中，才是教學(xué)的目的。因此，教師在教學(xué)中除了傳授基本概念和解題方法，還應(yīng)該把教學(xué)重點(diǎn)放在如何構(gòu)建力學(xué)模型上，將復(fù)雜的工程問題精簡為力學(xué)模型進(jìn)行分析，從構(gòu)件尺寸的特點(diǎn)、材料的特點(diǎn)，約束的特點(diǎn)，荷載形式的特點(diǎn)等方面，逐步引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為習(xí)題中常見的模型，最后向?qū)W生們提出問題，如對于要在不改變材料的前提下提高構(gòu)件的強(qiáng)度可以從哪些方面著手？怎么樣將結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化？這些都需要通過學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中獲得的專業(yè)知識經(jīng)過計(jì)算解決，久而久之便使他們養(yǎng)成了抽象概括的能力，加強(qiáng)了對結(jié)構(gòu)力學(xué)知識的應(yīng)用。
3.3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)效果
結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生接觸到的都是平面問題，面對死板的內(nèi)容，較多的提高的是學(xué)生的解題能力。可是在工程中設(shè)計(jì)人員所要設(shè)計(jì)的是三維的實(shí)體模型，這就要求學(xué)生能從課堂中的二維結(jié)構(gòu)過渡到實(shí)際工程中的三維建筑，從紙面上的計(jì)算應(yīng)用到設(shè)計(jì)中去，所以針對結(jié)構(gòu)力學(xué)這類內(nèi)容抽象，理論性較強(qiáng)的學(xué)科，在培養(yǎng)基本知識的靈活應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還需要有對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)安排，深化學(xué)生對結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識[3]。同時，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽及計(jì)算機(jī)仿真模擬大賽有機(jī)的結(jié)合在一起。任課老師在教授完課程內(nèi)容以后，可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的比賽模式出題。考慮到學(xué)生們的完成能力，讓學(xué)生分組合作自行設(shè)計(jì)，確定結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)用有限元軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)的承載能力，實(shí)現(xiàn)將實(shí)際問題放到電腦里處理；同時任課教師根據(jù)同學(xué)們設(shè)計(jì)的模型樣式以及運(yùn)行結(jié)果與同學(xué)們討論，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，選定最優(yōu)的幾種方案，再以紙、木、竹為材料進(jìn)行實(shí)體模型制作，并通過加載儀器進(jìn)行加載。校核學(xué)生自己動手做出的結(jié)構(gòu)是否滿足要求，實(shí)現(xiàn)將電腦或手工計(jì)算的結(jié)果落實(shí)到應(yīng)用中去。
4 結(jié)語
通過對結(jié)構(gòu)力學(xué)課程進(jìn)行上述內(nèi)容的改革與實(shí)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(shí)例，真正做到從實(shí)際中來，進(jìn)書本中學(xué)，再到實(shí)際中去的螺旋式上升的教育理念。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)理論授課的同時，增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽與虛擬軟件模擬仿真的有機(jī)融合，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。以上是筆者根據(jù)在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的一些問題，提出了對課程教學(xué)改革的一些膚淺的看法，希望能結(jié)構(gòu)力學(xué)這門課程教學(xué)質(zhì)量的提高有所幫助。
摘 要：結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木專業(yè)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)課在土木工程專業(yè)的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)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(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力成為土木專業(yè)教師需要思考的問題。文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置等方面探討了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的改革，為今后相關(guān)課程改革提供了一定的借鑒。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；創(chuàng)新能力；課程改革
0引言
教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”要求高校培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。其實(shí)質(zhì)就是要求高校根據(jù)社會需求培養(yǎng)出“基本功扎實(shí)，上手快，能力強(qiáng)”的高素質(zhì)創(chuàng)新人才。這就要求高校在人才培養(yǎng)方面從專業(yè)基礎(chǔ)課到專業(yè)課中自始自終貫穿對人才創(chuàng)新能力和工程能力的重點(diǎn)培養(yǎng)。而結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個土木工程專業(yè)課程體系中具有不容置疑的重要地位。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)的目標(biāo)，要從傳統(tǒng)的“會解題”，轉(zhuǎn)變?yōu)闀敖鉀Q問題”，要從傳統(tǒng)的力學(xué)知識的掌握，提升為創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)。因此，有必要對土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置等方面進(jìn)行研究和改革，真正提高學(xué)生力學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。
1對結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的改革研究
（1）教學(xué)內(nèi)容及講授例題與工程實(shí)踐緊密貼合。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)通過學(xué)習(xí)力學(xué)理論、講解例題來達(dá)到知識的掌握，對例題的選擇與工程實(shí)踐結(jié)合不夠緊密，學(xué)生學(xué)會了解題，卻很難提高解決工程實(shí)踐問題的能力。因此，有必要結(jié)合土木工程各類典型結(jié)構(gòu)合理選擇各章例題，力求最大程度貼近工程實(shí)際，將工程實(shí)際問題作為教學(xué)例題進(jìn)行分析講解和討論，如運(yùn)用力學(xué)原理分析工程事故、對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。由注重單一解題能力的培養(yǎng)向提高力學(xué)素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，同時，與工程實(shí)踐的結(jié)合也將大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)也奠定了更有利的基礎(chǔ)。
（2）由單一的課堂講授向多元化教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化研究。以前的結(jié)構(gòu)力學(xué)授課多采用課堂講授為主，整個課堂由老師唱“獨(dú)角戲”，學(xué)生被動接受，學(xué)習(xí)效果不好。而真正要提高學(xué)生解決問題的能力，就不能只由老師來唱“獨(dú)角戲”，也要由學(xué)生來“唱一唱”。知識聽懂了，還轉(zhuǎn)化不成能力，只有在此基礎(chǔ)上經(jīng)過思考、總結(jié)和提高，才能一步步轉(zhuǎn)化為能力。因此，需引入多元化教學(xué)模式，注重學(xué)生興趣的激發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，尤其應(yīng)加強(qiáng)課堂討論環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生思考、總結(jié)，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(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算相關(guān)章節(jié)，可以引導(dǎo)學(xué)生討論如何減小桿件的彎矩，如何調(diào)整連續(xù)梁的內(nèi)力，如何減小超靜定結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力等等。既激發(fā)了學(xué)生對力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，又提高了學(xué)生運(yùn)用知識解決問題的能力。除此，還可以采取學(xué)生講課、學(xué)生做分析報(bào)告等形式。
（3）結(jié)合工程實(shí)際合理確定各章節(jié)課后作業(yè)。作業(yè)是課堂授課的必要補(bǔ)充，只有切實(shí)認(rèn)真地完成課后作業(yè)，才能真正將力學(xué)理論應(yīng)用于解決問題。為了提高學(xué)生解決問題的能力，課后作業(yè)的選擇非常重要。課后作業(yè)應(yīng)貼近工程實(shí)踐，更重要的是，要由單一注重定量計(jì)算向提高學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識對比、分析問題、解決問題能力培養(yǎng)方面進(jìn)行改革。傳統(tǒng)的力學(xué)作業(yè)注重解題能力，題解出來了，問題就結(jié)束了，只解決了“會解題”的問題，而要提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，不僅要注重加深學(xué)生對知識的理解和掌握，更要學(xué)生靈活掌握知識，學(xué)會活學(xué)活用。比如學(xué)生學(xué)習(xí)了位移的計(jì)算，課后作業(yè)可根據(jù)工程實(shí)踐進(jìn)行結(jié)構(gòu)的位移計(jì)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(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成思考問題的習(xí)慣，比會解題更重要，只有經(jīng)過思考經(jīng)過總結(jié)，知識才能更快地轉(zhuǎn)化為能力，這也是提高創(chuàng)新能力的基石。
2師資力量的合理配置
為有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，可嘗試選擇土木工程的專業(yè)課老師擔(dān)任結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的授課工作。缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的力學(xué)老師，很難將力學(xué)知識與工程實(shí)踐問題結(jié)合起來，而土木工程的專業(yè)課老師一般均具有較高的力學(xué)素養(yǎng)，不僅能夠勝任結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)，同時又具有較高專業(yè)素養(yǎng)及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很容易將專業(yè)知識融入于力學(xué)教學(xué)中，對培養(yǎng)學(xué)生利用力學(xué)知識解決專業(yè)問題有很大的幫助，對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)也起到很好的鋪墊作用。
3強(qiáng)化學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)改革
習(xí)題做的再多也是紙上談兵，因此，一定要鼓勵學(xué)生多接觸工程實(shí)踐，在實(shí)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(xué)競賽及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，旨在提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此，應(yīng)積極鼓勵和組織學(xué)生參與這些競賽。實(shí)踐證明，對于在校學(xué)生來說，參與工程實(shí)踐的機(jī)會很少，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽、力學(xué)競賽等能大大提高學(xué)生的動手能力和解決問題的能力，是培養(yǎng)人才創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。在結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)中增加這類實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅能大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣，更能在動手過程中提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
4由傳統(tǒng)的手算到手算與算結(jié)合的改革研究
手算對學(xué)生培養(yǎng)清晰的力學(xué)思維有很大幫助，然而對于較復(fù)雜的力學(xué)問題，手算將耗費(fèi)大量的時間和精力，還容易出現(xiàn)錯誤。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，工程實(shí)踐中多采用電算，為很好地與工程實(shí)踐接軌，在大學(xué)教育中應(yīng)注意手算與電算相結(jié)合。手算有助于對解題方法和步驟的理解，在力學(xué)的學(xué)習(xí)中不可或缺。然而大量而繁瑣的計(jì)算大可采用電算，且可運(yùn)用電算來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的對比分析等，雙管齊下，才能取得更好的效果。
5結(jié)語
要提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，要求我們真正把能力培養(yǎng)貫穿于整個結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)和實(shí)踐中，及時考察改革效果并不斷進(jìn)行改進(jìn)，只有這樣才能真正培養(yǎng)出符合市場需求的具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的土木工程人才。
作者簡介：
李銳（1975.9-），女，講師，工學(xué)碩士。