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摘要：学生创新能力的培养是社会发展进步的强烈需求。本文提出了创新能力培养的三个重要环节，并结合《结构力学》的教学实践，提出了通过理论联系实际激发学生的专业兴趣、注重基础知识培养综合能力以及强化问题意识刺激创新思维的培养途径。
【关键词】：结构力学；兴趣；基础知识；创新能力；培养
目前，高校毕业生往往存在创新探索意识与能力不足等问题，与社会的需求有较大的差距，在进入工作岗位时需要较长时间的适应期；另有一些希望继续深造的学生，在研究生考取和学习过程中，难以用已有知识解决遇到的新问题，以致雅法取得预期的成绩和成果。
“创新是一个民族进步的灵魂”[1]，青年学生是社会发展的原动力。随着教育教学改革的全面深入，学生创新能力的培养越来越引起重视。如何培养学生的创新能力？创新能力的培养目标是什么？伟大科学家牛顿先生的话或许能给我们一些启示，“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上”。由此可见，创新能力的培养目标就是要将学生培养成能在巨人肩膀上看得更远的人才。当然，要“站在巨人的肩膀上看得更远”，首先需要找到巨人并以其为“偶像”，然后掌握爬上巨人肩膀的本领，最后在巨人的肩膀上站起来，这样才能达到最终目标“看得更远”。这三个步骤，在人才培养的过程中，其实就是三个至关重要的环节：一是激发兴趣，二是培养能力，三是培养眼光。
《结构力学》是土木工程专业的重要专业基础课，该课程的教学内容与实际工程联系紧密，在专业知识体系中起着承上启下的关键作用，是后续课程如钢结构、钢筋混凝土结构、高层建筑、桥梁工程等的学习基础，更是从事结构设计工作的必备知识。如何在结构力学教学过程中培养学生的创新能力是一个十分重要的问题。
一、理论联系实际，激发专业兴趣
力学模型相对抽象，学生难以将其与实际工程中的结构联系起来，因此容易产生“厌学”现象，这不仅影响该课程的学习，而且使得学生雅法很好地理解自己的专业。由于我国教育体制的问题，很多学生对自己所学专业并不十分了解，更谈不上十分感兴趣，因此大学教育的一个重要任务就是培养学生的专业兴趣，建立专业信心，激发学习热情。培养专业兴趣的方法很多，可以是幽默风趣的教学风格，可以是采用内容丰富、动静结合的教学课件，也可以通过合理的教学组织来实现，就结构力学而言，合理的教学组织就包括力学模型与实际结构相结合的教学方式。
例如，在讲解“静定多跨梁的受力分析”时，可以首先让学生看一下所熟悉的简支梁桥和悬臂梁桥图片，然后提出为什么在梁式桥中有多种不同的形式？稍微停顿之后，可以告诉大家要想从力学角度解释这个问题，我们首先需要来学习该节的课程内容。带着问题学习，可大大激发学习热情。讲解完静定多跨梁内力分析的基本方法后，我们可以讨论图1.a所示结构（相当于悬臂梁桥）的弯矩图（见图1.b），然后提出当铰结点B移至C点时结构（两跨简支梁桥）的弯矩图（见图1.c），并请同学们对比两结构的最大弯矩值。显然，同样荷载、同样跨度下悬臂梁桥的最大弯矩较小；然后，启发同学们利用材料力学的知识来考虑若两结构采用同样的材料、同样的截面尺寸，弯矩对结构承载能力的影响，同学们就可以很容易了解悬臂梁桥力学性能的优越性了。还可以进一步让同学们试着用“分段叠加法作弯矩图”[2]的知识解释悬臂梁桥最大弯矩较小的原因。
再如，在学习完“拱结构”的受力分析后，可以简要介绍一下卢浦大桥（见图2），然后让同学们思考卢浦大桥为什么要在桥面附近设置水平钢缆，以及卢浦大桥为什么属于上承式拱桥而非中承式拱桥？
这样，通过理论联系实际，不仅让同学们将力学模型和实际结构联系起来，还可以将相关的专业知识串起来，激发同学们主动学习、积极思考的兴趣和综合运用知识的能力。
二、注重基础知识，培养综合能力
创新的源泉是基础知识的深厚积淀以及对未知领域的不断思考与探索，因此要想创新首先需要具备清晰的概念、扎实的基本功[3]。结构力学主要讲解各种杆系结构受力和变形的计算方法，但若仅仅掌握了结构内力和变形的计算，还远不具备创新的条件，还必须对各力学模型的基本概念、符号、基本计算公式所蕴含的物理意义有深刻的理解，并能正确、灵活地运用。
结构力学的学习重点和难点是超静定结构内力分析部分，在讲解该部分时，除了通过例题让同学们掌握其基本求解思路、步骤等知识外，还需要将方程建立的条件、意义解释清楚。只有这样，学生才能具有利用已有知识解决新问题的能力。
当用力法求解图3（a）所示的超静定结构时，可选择图3（b）所示的基本体系。建立力法方程的条件为：原结构中A、B两点间的水平相对位移ΔAB（即AB杆的轴向变形量）与基本体系中A、B两点间的水平相对位移相等。
对于常见的排架结构EA=∞，即AB杆雅轴向变形，原结构中ΔAB=0；基本体系中A、B两点间的水平相对位移由P和X1共同引起，P单独作用下引起的部分记为Δ1p，X1单独作用下引起的部分记为Δ11=δ11X1，即基本体系中A、B两点间的水平相对位移为δ11X1+Δ1p。此时，力法方程为：δ11X1+Δ1p=ΔAB=0。
仅仅到此为止的话，容易使学生在理解力法方程时产生力法方程的右边项均为零的误解。接下来，可以让同学们建立EA≠∞时的力法方程。顺着刚才的思路，同学们可以想到：由于EA≠∞，AB杆产生轴向变形，因此原结构中ΔAB≠0；而基本体系中A、B两点间的水平相对位移仍为δ11X1+Δ1p。这样同学们就可以比较深入地理解力法方程的含义了。
充分理解了力法方程的意义后，再学习支座移动或多种因素共同影响下的力法求解问题就容易得多了。
三、强化问题意识，刺激创新思维
传统的教育注重“授业解惑”，经过了多年传统教育的大学生已经由幼儿园时期的“问号”逐渐转向毕业时的“句号”。伟大的科学家爱因斯坦曾说“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要”。问题是创新的动力，只有在“问号”的不断鞭策下，才有可能积极主动的思考，刺激创新思维的形成。
在教学过程中，适当组织一些讨论课，作为教师可以抛砖引玉，提出一些问题让同学们思考。例如在学习了非荷载因素作用下超静定结构的受力分析后，鼓励同学们思考若要降低非荷载因素在结构中引起的内力，可以采取哪些措施？再如，对图3所示的结构，如何用最简便的方法求出A点的水平位移。还可以鼓励大家思考位移法和矩阵位移法的异同等等，这些问题可以培养同学们的发散思维能力和综合能力。
然而，这还只是初步培养同学们创新思维的初步方法。创新思维的形成更重要的是鼓励学生自己发现问题、提出问题，发表自己的见解、观点，启发学生脑、眼、口、多向交流，互动讨论。例如某工业厂房的吊车要从5吨改为10吨，请同学们思考该结构设计中的结构内力计算问题，通过这样的情景引导，有助于同学们主动思考、自己发现问题，并想办法用所学知识来解决。
当然，更进一步的是鼓励同学们发挥主观能动性，在生活中广泛观察，积极思考，提出类似于“苹果为什么落地”的问题，这类问题因其独特、新颖且富有科学意义而弥足珍贵。也许很长时间内没有同学能提出这样的问题，但教学过程中我们鼓励学生自由探索、积极思考，激发学生对问题、现象保持一种敏感性和好奇心，通过发散性思维摆脱思维的滞涩和定势，形成自己的独立见解，这样的引导可以培养青年在站上巨人肩膀后迅速发现独特风景的眼光，并作出独到的解读。
四、结束语
温家宝总理在十一届全国人大四次会议上的《政府工作报告》中明确指出“以高层次和高技能人才为重点，加快培养造就一大批创新型科技人才和急需紧缺人才[4]。”这既是对高校的重托，也为高校的人才培养指明了方向：在教学中重点培养大学生的创新意识和创新能力。创新意识和创新能力的培养没有一个固定的模式，在教学过程中应结合学科和课程特点加以研究，并随社会发展、科学进步不断发展前进，坚持在创新中发展，在发展中创新。笔者根据自己的教学经验探讨了对《结构力学》教学中创新意识和创新能力培养的看法，相信只要我们坚持以“科学发展观”为指导，努力提高自身素质，重视教学过程，激发学生兴趣，注重基础知识，强化问题意识，一定能培养出基本功扎实、再学习能力和创新能力强的社会急需人才。
参考文献：
[1]邬萱，吴文龙.实施素质教育，促进基础力学教学创新――江苏省力学学会教育科普工作委员会工作经验介绍[C].力学课程报告论坛论文集，2008力学课程报告论坛组委会.北京：高等教育出版社，2009.
[2]龙驭球，包世华，等.结构力学-基本教程（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]石志飞.对力学课程研究型教学中几个基本问题的思考[J].力学与实践，2009，31（ ）：18-19.
[4]温家宝.政府工作报告――2011年3月5日在第十一届全国人民代表大会第四次会议上[M].北京：人民出版社，2011.
基金项目：《结构力学》国家级双语教学示范课程项目（508043）
作者简介：蔺新艳（1919-），女，河南理工大学土木工程学院讲师，博士，主要从事土木工程研究。
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发表于 2020-7-31 20:14:25
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发表于 2020-7-31 20:15:06
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