浅析桥梁结构专业结构力学的教学方法改革

摘 要: 本文就桥梁结构专业学生结构力学的特点进行了分析,从教学方法和教学手段方面进行了深入的探讨和总结,对提高桥梁结构专业结构力学教学质量,以及学生的理论和实践能力提出了建议。

关键词: 桥梁结构力学 教学方法 改革

1.引言

结构力学是土木工程专业特有的专业基础课程,它是培养学生结构分析能力和设计计算技能的主要课程之一,在桥梁工程专业教学中占有十分重要的地位。一方面,它以高等数学、理论力学、材料力学等课程为基础,另一方面,它又是桥梁工程、桥梁设计理论等专业课的基础。在桥梁工程专业中,结构力学尤其重要,该课程为桥梁工程专业的核心课程,为后续课程提供计算方法和基础知识,因此结构力学起到承上启下的作用,并且在学生日后的工作中发挥着相当重要的作用。

2.桥梁结构力学的教学特点

力学是概念性、理论性较强的学科,实际工程则是实践性较强的学科,如何在讲授结构力学课程时将枯燥的力学概念和鲜活的工程实例联系起来,这是一个教育学的问题。

桥梁结构是一种复杂的结构,我认为,桥梁结构力学需针对桥梁结构的特点,从结构形式和荷载组成方面进行有针对性的讲解和分析,才能锻炼学生形成正确的力学概念,养成良好的力学分析习惯。否则容易陷入理论脱离实际的误区,使得学生难以产生对结构力学的兴趣,或者即使获得高分,也很难有清晰的力学概念。

桥梁结构根据桥型可分为:梁式桥、拱式桥、斜拉桥和悬索桥等,这些结构的受力机理复杂,如梁式桥以受弯为主,对应结构力学里面的静定和超静定梁式结构,因此在讲授简支梁和连续梁的计算方法时,如果在教学中结合一些工程实例,介绍简支梁桥和连续梁桥的区别,学生便更容易理解梁式结构的受力特点。在讲授框架受力特点时,结合连续刚构桥梁的特点进行分析;在讲授拱的受力时,将一些三铰拱、两铰拱和无铰拱桥的结构形式进行简要的分析和对比;在讲授超静定结构时,提前引入斜拉桥和悬索桥等多次超静定结构的概念,并且针对这些结构的受力分析,将计算结构力学和一些计算软件的概念提前灌输给学生,相信学生的学习热情和主动性都会得到较大的提高,也会为学生将来应用力学概念分析工程实际问题打下基础。

桥梁结构的受力也有自己的独特性,建筑结构主要受恒载的作用,桥梁结构则更多受到活载的影响,活载的分析则需要利用影响线和包络图的概念。因此在桥梁结构力学的讲解中,影响线的内容需要进行较大篇幅的讲解,桥梁结构的抗风、抗震等问题则和结构动力学的概念息息相关,结构动力学的内容对本科生的数学和力学基础有较高的要求。这些内容往往由于概念性较强且比较抽象,学生难以完全在学习中理解,即使以后进入了研究生学习的阶段,也还要重新进行这部分内容的学习。

3.教学方法的改革

在多年的结构力学教学过程中,我注意到在目前的桥梁结构力学教育中,存在着以下需要改进的内容。

(1)力学教学和工程实例的结合

在很多大学,特别是一些地方的院校中,青年教师的实践机会较少,担任的课程也较为单一,只熟悉力学概念,对于实际工程所知较少,因此在授课过程中难以拓展知识面,只能传授书本的知识,使得学生不能接触到实际问题。比如在讲约束和支座的概念时,由于没有接触过各种各样的桥梁支座形式,只能简单地将支撑抽象为约束;在讲解拱桥的受力问题时,不能将“拱”的概念还原为“拱桥”的概念,学生学习了以后难以产生深刻的印象。因此提倡讲授力学的教师也积极参与到实际工程当中,与当地的设计和施工单位密切联系,并且多涉猎些工程方面的知识,努力完善自己的知识结构,这样授课的时候才能达到深入浅出,生动有趣。

(2)提高互动性

互动式教学要达到的目的就是教师在教学过程中,使学生学到、学会、学好教师传授的知识,同时通过学生的信息反馈,教师对知识的理解进一步深化。最为理想的情况是教师传授的所有知识被学生全部有效地接受和掌握。

因此,互动式教学的一个重要特征就是学生的参与性,它通过强调教师与学生的双向交流,充分调动双方的积极性和能动性,从而活跃课堂气氛,有利于改变学生被动听讲的消极性,发挥其学习的主观能动性,使其通过自己的积极思考领会所学知识,在参与中完成学习任务。比如在例题的讲解中,尽量突出学生,让学生用所学的基本理论知识来求解,教师负责引导、纠正,充分地让学生参与进来,激发学生的学习热情。

(3)实践性教学环节的改进

以往结构力学的主要教学任务是在课堂上完成的,教师的主要任务是将课本上的知识传授给学生即可,实践性的教学任务则交给后续的课程。

这种教学观念也需要改革,比如我在教学过程中,就曾经在课余带领学生在城市和城市附近的桥梁结构和建筑结构附近进行现场调研和实习,让学生根据所学的知识,解释各种结构的受力特点,将结构等效为结构力学中的基本结构,并根据荷载绘制出内力图和影响线的形状。

4.结语

桥梁结构力学有自己的特点,教师要从工程的角度和学生的实际需要出发,拓宽学生的知识面,丰富学生的联想,锻炼学生的抽象思维能力,促使学生形成良好的力学概念。

参考文献:

[1]龙驭球,包世华.结构力学教程.北京:高等教育出版社,2000.

[2]黄方林.现代化教学手段在结构力学教学中的应用.长沙铁道学院学报,2006,7,(2):44-45.