導(dǎo)語：結(jié)構(gòu)力學(xué)雙語課程創(chuàng)新性設(shè)計(jì)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力和邏輯思維能力都有著較高的要求。由于結(jié)構(gòu)力學(xué)雙語課程的講解和作業(yè)考試的語言都非母語，所以學(xué)生在完成教學(xué)目標(biāo)時(shí)面臨更大的挑戰(zhàn)。文章根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)雙語課程的特點(diǎn)，對(duì)于較難講授和掌握的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)了與傳統(tǒng)習(xí)題模式不同的作業(yè)形式，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；雙語教學(xué)；作業(yè)設(shè)計(jì)；計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。同理論力學(xué)和材料力學(xué)相比，結(jié)構(gòu)力學(xué)本身的理論和概念較少，對(duì)于不同的計(jì)算模型有針對(duì)性的分析思路。因此要求學(xué)生靈活運(yùn)用不同的分析方法，能夠識(shí)別基本力學(xué)構(gòu)件的受力特征。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程在很多學(xué)生眼中是一門比較難的課程，特別是結(jié)構(gòu)力學(xué)雙語課程，學(xué)生還需要克服上課聽英語講解、課后用英語完成作業(yè)的困難。

一、作業(yè)設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門非常注重應(yīng)用的課程。雖然該門課的概念知識(shí)點(diǎn)并不多，但是具體題目的變化形式多，在將學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到具體的題目時(shí)，學(xué)生會(huì)有許多疑問[1]。如果學(xué)生只是聽課看書，不去做練習(xí)和通過練習(xí)深入思考知識(shí)點(diǎn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)遇到題目時(shí)還是很茫然，經(jīng)常不知道如何入手，或者在做的過程中出現(xiàn)很多錯(cuò)誤和不清楚的地方。因此結(jié)構(gòu)力學(xué)的作業(yè)需要滿足以下幾個(gè)基本功能：①能夠使學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)在習(xí)題中有所覆蓋，學(xué)生通過做習(xí)題能夠掌握基本的概念和做題思路。比如幾何組成分析的題目，給出的體系能夠使得學(xué)生在題目中知道如何得到計(jì)算自由度，利用二元體規(guī)則、兩剛片規(guī)則和三剛片規(guī)則進(jìn)行幾何組成分析，以及為什么可以應(yīng)用某種規(guī)則，而另外的規(guī)則無法應(yīng)用；②能夠使得學(xué)生在習(xí)題中掌握基本的分析步驟。比如采用截面法求解桁架問題，采用力法和位移法求解超靜定問題；③能夠使得學(xué)生在習(xí)題中將容易混淆的知識(shí)點(diǎn)弄清楚；能夠訓(xùn)練學(xué)生正確地使用英文表達(dá)計(jì)算思路和求解過程。好的作業(yè)設(shè)計(jì)除了滿足以上四個(gè)基本功能外，還具有以下的功能：①能夠激發(fā)學(xué)生更多的思考并聯(lián)系到相關(guān)常見的實(shí)際的結(jié)構(gòu)，比如靜定結(jié)構(gòu)的局部效應(yīng)，多跨靜定梁與常見的T形剛構(gòu)等的關(guān)系和其受力特征；②培養(yǎng)學(xué)生定性分析常見結(jié)構(gòu)在常見荷載下的受力特征，而不僅是通過一步步計(jì)算過程得到一個(gè)具體的數(shù)值答案；③能夠使得學(xué)生在做題中享受思維的樂趣、智能的施展和提高，完成后有較強(qiáng)的成就感，這就要求題目能夠給予學(xué)生更多的創(chuàng)造空間。

二、創(chuàng)新型作業(yè)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)力學(xué)靜力學(xué)最后一部分是位移法和矩陣位移法。矩陣位移法是有限單元法的雛形，有助于學(xué)生了解目前結(jié)構(gòu)分析中常用的商業(yè)軟件計(jì)算基本原理。但是由于矩陣和向量表達(dá)式書寫起來較為煩瑣，板書費(fèi)時(shí)，用幻燈片講，學(xué)生又不能很好地跟上節(jié)奏，大腦容易處于惰性狀態(tài)，這一部分是結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中比較難講的點(diǎn)[2]。如何能夠使得學(xué)生在課堂教學(xué)中更專注，在課下能夠及時(shí)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新型的作業(yè)設(shè)計(jì)可以在這里發(fā)揮很大的作用[3]。具體教學(xué)實(shí)踐步驟如下：首先，在開始講授的時(shí)候就告訴學(xué)生這次的作業(yè)是一個(gè)需要自己完成的計(jì)算報(bào)告，里面包括手算和電算兩部分，電算要求他們自己采用MatLab軟件進(jìn)行程序編制以求解力學(xué)問題。因此，學(xué)生需要開始自學(xué)MatLab軟件的基本操作。其次，該作業(yè)可以選擇學(xué)生前面學(xué)習(xí)位移法的一個(gè)習(xí)題作為要求解的目標(biāo)，讓學(xué)生可以逐步地進(jìn)入狀態(tài)。對(duì)不同屆學(xué)生選擇不同的題目可以避免其抄襲上一屆學(xué)生的作業(yè)。提供計(jì)算報(bào)告模板，讓學(xué)生可以明確作業(yè)目標(biāo)。報(bào)告的模板包括封面、目錄頁都是給定的。模板規(guī)范了學(xué)生報(bào)告中每部分的內(nèi)容。首先是位移法求解并畫內(nèi)力圖，然后是手寫的矩陣位移法求解并畫內(nèi)力圖，第三部分是編程求解并畫內(nèi)力圖，在報(bào)告中需要展示程序的主要部分和各部分的功能。第四部分是比較位移法和矩陣位移法答案的異同，并思考是什么因素引起答案的差異。該作業(yè)需要最終提交一個(gè)紙質(zhì)版的報(bào)告和一個(gè)包括了程序文件及其說明的文件夾。最后，考慮到學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)從學(xué)習(xí)一門編程語言到應(yīng)用到實(shí)際力學(xué)問題求解具有相當(dāng)?shù)碾y度，過于高的目標(biāo)設(shè)定會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，會(huì)給學(xué)生提供一個(gè)參考的程序，主要包括如何利用子程序進(jìn)行輸入和分布計(jì)算，并且會(huì)給出一個(gè)難度較大的組裝整體剛度矩陣的程序，這樣，學(xué)生可以參考著將荷載向量也組裝好，進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力求解。該作業(yè)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是一題五用：①復(fù)習(xí)鞏固位移法，同時(shí)掌握矩陣位移法的計(jì)算，以及如何將力學(xué)問題的求解轉(zhuǎn)化為程序代碼。②了解程序編制的基本模式和注意事項(xiàng)，對(duì)程序提供必要的注釋和說明，進(jìn)行合理的子程序分解，學(xué)會(huì)在程序調(diào)試中如何查錯(cuò)。③編制程序給了學(xué)生很大的發(fā)揮空間。程序有很多種編法，最簡單的是將手寫的矩陣位移法輸入一遍，最后計(jì)算。更難的是輸入結(jié)構(gòu)基本幾何物理特征參數(shù)和荷載參數(shù)后，能夠調(diào)用該程序進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，也就是換一個(gè)題目也可以計(jì)算。學(xué)生也可以嘗試開發(fā)輸入輸出界面友好的交互式界面（GUI）作為外圍程序，使得結(jié)構(gòu)的計(jì)算輸入?yún)?shù)輸出結(jié)果更加直觀方便。④通過計(jì)算結(jié)果反思位移法和矩陣位移法的異同，進(jìn)一步了解每個(gè)方法的特點(diǎn)。⑤學(xué)習(xí)撰寫一個(gè)完整的計(jì)算報(bào)告書，以及如何給讀者簡潔清晰的思路展示。該作業(yè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是報(bào)告和編程代碼各占50%。報(bào)告的扣分點(diǎn)主要是看計(jì)算內(nèi)力是否有誤，程序的主要步驟是否介紹清楚，結(jié)論部分對(duì)不同方法計(jì)算內(nèi)力結(jié)果有差異的原因分析得是否正確。編程代碼的得分規(guī)則為：如果是最簡單的編程思路，也就是把手算的剛度矩陣和荷載向量直接輸入進(jìn)行，那么會(huì)扣20%的分，如果是較為通用的結(jié)構(gòu)計(jì)算程序會(huì)得滿分。

三、教學(xué)效果反饋

關(guān)于矩陣位移法的編程作業(yè)已經(jīng)在七屆學(xué)生的結(jié)構(gòu)力學(xué)雙語教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)施，得到了極好的教學(xué)效果反饋，作業(yè)的設(shè)計(jì)也是在每一屆學(xué)生的回饋中不斷完善的。學(xué)生通過計(jì)算報(bào)告的完成基本實(shí)現(xiàn)了期望的教學(xué)目標(biāo)。從最近一屆完成的學(xué)生作業(yè)情況來看，總共59個(gè)學(xué)生，該項(xiàng)作業(yè)的平均分為84分，85%的學(xué)生及格，滿分的學(xué)生有9人，占總數(shù)的15%。不及格的主要原因是代碼部分為零分，程序無法運(yùn)行或者有抄襲的痕跡。報(bào)告部分做得差的主要表現(xiàn)是最后結(jié)果的總結(jié)和前面的結(jié)果不對(duì)應(yīng)或者解釋的理論有問題。優(yōu)秀的學(xué)生編制的程序呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：可以適用于不同結(jié)構(gòu)的計(jì)算；程序框架清晰；自學(xué)能力強(qiáng)、對(duì)編程有興趣的同學(xué)還編制了交互操作界面GUI。從報(bào)告總結(jié)的部分發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過手算電算后的思考，對(duì)這部分內(nèi)容的理解超過了教師的預(yù)期。相當(dāng)一部分學(xué)生不僅指出了矩陣位移法和位移法的區(qū)別，還對(duì)例題里面的各單元的內(nèi)力誤差進(jìn)行了分析比較，指出彎矩的誤差大于剪力和軸力。同時(shí)，還對(duì)這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了討論，評(píng)價(jià)位移法手算更簡便，矩陣位移法具有更好的通用性且適于編制程序。

四、結(jié)語

vbcx`1構(gòu)力學(xué)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，題目變化靈活，作業(yè)是掌握該門課的重要環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)力學(xué)雙語作業(yè)又考核著學(xué)生英語表達(dá)、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪芰?。因此，如何設(shè)計(jì)貼合內(nèi)容、發(fā)揮學(xué)生積極性和創(chuàng)造性的作業(yè)是需要老師進(jìn)行認(rèn)真思考的。通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)將幾部分內(nèi)容綜合考核的小項(xiàng)目是一個(gè)很好的作業(yè)形式，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)過的內(nèi)容進(jìn)行主動(dòng)的回顧、總結(jié)和思考，從而對(duì)教學(xué)效果起到正面強(qiáng)化的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]邱秀梅,姜德貴.結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中的答疑解惑新思維[J].教育教學(xué)論壇,2019,(06):253-255.

作者:武雋 劉冉冉 單位:長安大學(xué)