關于結構力學教學方法與手段的幾點看法

張曉萌

[摘要]本文針對21世紀教學改革與創新,提出了結構力學課堂教學要讓學生帶著問題圍繞中心展開教學,注重知識的融會貫通,開展討論課,聯系工程實際,加強其它環節的輔助教學,指出了一題多解是培養大學生創新能力與競爭意識的重要舉措。

[關鍵詞]結構力學教學 方法手段 創新

1 結構力學課堂教學,首先要做到“一個中心,幾個基本點”“一個中心”,即該堂課的主題,是教師融合該堂課的一個主要知識點,要精要、簡練,而不一定是教材上出現的章節標題。“幾個基本點”,即是指本節課的“重點”、“難點”和相關“知識點”。教師以“一個中心,幾個基本點”抓住主干線,再一個問題接一個問題沿著分支展開教學。教師講解要言簡意賅,突出重點、難點,強調原理、方法、步驟,抓住問題的本質,選例不在多而在精,要典型,有代表性,教師要精講,講深、講透,便于學生能對內容進行拓展和延伸,培養學生的發散思維與開創能力。“一個中心,幾個基本點”,可以用以下兩種方式提出:

(1)課前先預習幾分鐘,讓學生自己在上課一開始時就提出來,并要求學生哪些內容是要掌握的,那些內容是要理解的,打在屏幕的“頁眉”處(或寫在黑板的一角),時刻提醒學生,由學生的被動聽課轉變為研究型主動聽課。學生帶著問題聽課,對教師講解的知識面就具有針對性,能準確有效地攝取信息,理清思路,高效率地獲取課堂知識,抓住重點,弄清楚難點,聽課時還會不斷提出新問題、新觀點。小的問題他們“竊竊私語”,一邊聽課一邊私底下與同桌解決了。若碰到自己解決不了的大問題就會舉手,與老師展開討論。學生是一個強大的接受教育的群體,群體之間對知識的領悟能力差別較大,提出的問題也五花八門,層出不窮。成績好、領悟力強的學生提出的問題往往不容忽視,有些內容、觀點等,有獨到的一面,非常有創意,涵蓋的范圍也很廣,一定程度上給教師引起進一步的深思。經常和這樣的學生展開討論、交流,教師也會從中受到不同程度的啟發而受益,這就是所謂的“教學相長”。教師答疑時不能傷學生的自尊心,要顧及學生的心理,從學生的立場來考慮問題。一些學生理解能力強,接受與反映信息快,一點就通;個別學生喜歡“較真”,鉆牛角尖,教師要有耐心,重在“點化”,講清原理、方法,擺足道理,打比方,引例子,循循善誘。問題多了,課間的十分鐘,相互討論、交流的氣氛十分活躍,學生不休息,教師也沒有休息時間,但一樣很快樂。

(2)以總結的方式結束該堂課,可以是教師總結,有時間也可以讓學生自己總結,培養學生歸納、反思問題的能力,課后令人“余味無窮”,下一堂課前要求學生回顧,開挖舊內容,引出新知識,一樣有“畫龍點睛”之妙,收到極佳的教學效果。不帶問題聽課,學生顯得盲目、被動,精神渙散,教學效果差。如果學生沒有充分參與到教學活動的過程當中,盡管教師口若懸河,滔滔不絕,也不算是一堂成功的教學。 “一個中心,幾個基本點”讓學生帶著問題自主學習,集中了學生的精力,充分發揮了學生學習的主動性、積極性,高效性,培養了學生獨立思考的習慣,提高了學生歸納、總結、探索問題的能力。

2 注重知識的融合,多角度解析問題,加強引導,提高學生的理解能力與創新能力

2.1注重《結構力學》各章節知識的相互融合、貫通,提升學生綜合運用能力《結構力學》教學內容基本上分為四部分:基本知識面、提高認識層面、研究深化面、運用實踐面。基本概念、基本原理、定理、方法等都歸結為基本知識面。基本知識一定要熟練掌握,并能消化吸收,在此基礎上,才能談提高認識、研究深化和運用實踐。而為了便于內容的分塊教學,編者按知識點分章節編排內容。這從一定程度上限制了學生綜合運用知識的思維與能力。工程上的實際結構問題不是單一的、片面的、孤立的力學問題,力學條件復雜,力學形態多樣,這就需要教師不但要教授學生豐富的理論知識、廣博精深的專業知識,還要注重教學過程中各章內容的相互滲透性、綜合開放性,鼓勵學生參與具體的實踐活動,培養學生合理建立力學模型的能力,培養學生具有綜合運用解決實際問題的能力,在教學活動中進一步提高學生的認識活動,并就某一專題加以研究深化,激發學生的潛能,開創學生思維,培養學生勇于探索、追求真理、追求卓越的優良品性。幫助學生提高效率,提升解決實際問題的能力,徹底摒除“書到用時方恨少,事非經過不知難”的局面,培養即學能用的高素質的專業人才,是每一個教師的使命。

2.2注重力學各門課程之間知識的融合與滲透,加強引導結構力學是理論力學、材料力學的后繼課程,三門課程內容相互聯系,相互補充,不可分割。結構力學課堂教學,要重視各門課程之間知識的融合與滲透,碰到相關問題要及時指出,便于學生的回味與思考,多角度解析問題,加強學生對內容的理解與運用,同時要加強引導,開發學生潛力,鼓勵學生積極探索解題方法與技巧,大膽構思,充分施展聰明才智,提高學生解決實際問題的運用能力以及開拓創新能力,培養綜合運用型人才。教師對力學各門課程內容的相互融合,其實也從側面反映了教師對于教學內容的組織、歸納與運用能力。教師對某一問題進行講析,加強學生的理解,在此基礎上進行延伸、拓展,不但增強了學生的信心,將被動學習轉化為主動研究型學習,還能訓練學生能舉一反三,實事求是地具體問題具體分析、突破教材約束、能靈活變通的能力。

3 開設習題討論課,加強學生自主分析、解決問題的能力結構力學是一門習題量較多的課程,學生聽懂了,并不代表能做對題目。加強一定數量的習題練習,是學習理工類工程計算學科的重要環節,能對基本概念和方法有更細致深入的理解,在此基礎上,才能談開拓、創新。教師在每一章、節內容講完以后,可根據學生實際情況結合工程實踐與社會生活專門安排習題討論課,激發學生的主觀能動性,從討論活動中將知識升華。課堂教學中,可采用“一對一”幫扶制,以班為單位,全班分為幾個小組,成績好的與成績差的相互搭配,各小組進行討論交流,解決未曾弄清的問題,鞏固所學知識,加深概念印象,加強內容理解,拓寬思路,培養其自主學習、自我解決問題的能力。學生是一個強大的智慧團體,教師要挖掘學生潛力,開啟智慧之門,鼓勵學生多思考,敢于向教師挑戰,向權威挑戰,在討論的學習過程中尋求新的思想靈魂,從理論和實踐中尋求問題的真諦。狄德羅說:“精神的浩瀚、想象的活躍、心靈的勤奮:就是天才。”思考前人未曾想到的問題,探索前人未曾涉及的領域,尋求更加廣闊博深的前景,培養學生勤動腦,勤思考,養成不斷探索問題并能解決問題的良好習慣,為社會培養具有創新型人才的智囊團體。這種“一對一”幫扶制,不僅用于課內,還可用于課外。不但學生學到了知識,開創了思維,活躍了課堂教學氣氛,還加強了教師與學生之間的溝通,學生與學生之間的交流與合作,為將來的團隊合作精神奠定了基礎。此外,教師在講完當堂課內容以后,也應針對課程內容的重點、難點以及相關知識點結合工程實踐、社會生活布置思考練習題。教材上的課后思考練習題,大多理論分析計算的多,因此,為不斷滿足學生的求知欲望,適應時代改革創新的節奏,教師很有必要結合學生的學習情況,選編相關習題。習題集是對教材的一種補充和消化,可以幫助學生快速有效地理解基本概念、掌握基本原理、計算方法,延伸與拓展教學內容,提升學生的計算能力與水平,為學生考研、考博等繼續深造打下了堅實的基礎,也為學生接觸實際工程問題作好了基礎理論、計算能力的鋪墊;《計算力學》常選用工程實例,并要求學生先建立力學模型,探求邊界條件,模擬實際條件假定荷載進行編程計算或選用諸如ANSYS工程軟件進行計算,既增強了學生的學習興趣,又大大提高了學生掌握理論知識的水平,提高了解決工程實際問題的能力。

4 一題多解,開發學生智力,培養學生思維能力,提升學生創新能力一題多解,可以開闊學生知識視野,活躍學生的思維,充分給學生想象的空間與自由,培養學生從不同角度用不同的方法解決問題。一題多解,將學生的被動式解題轉變為研究型主動探索,既鍛煉了學生求異性、跨越性、綜合辨證的思維能力,又克服了學生單一思想、固化模式與僵化思維;既深化了學生對于基本概念、原理的理解,又融合了不同內容、形式、方法的運用,加強了學生對知識的融會貫通能力。在李廉錕教授主編的《結構力學》(第四版)118頁中的習題,是用圖乘法求c截面處豎向線位移。這道題看起來很簡單,但做錯的學生不少。原因是沒有弄清楚“標準拋物線”的定義。教師要講清楚“標準拋物線”的定義:頂點分布在端點或中點,頂點處的切線平行底邊,或由彎矩與剪力的微分關系可知:頂點處剪力為零。而要找出該頂點的剪力極其容易,問題便迎刃而解。類似的一題多解例子很多,比如在力法一章中,本著“超靜定次數不變,但基本體系可以有多種形式”原則,針對李廉錕教授主編的《結構力學》(第四版)教材127頁圖7-5,學生選取了八種不同的基本體系,既鞏固了第二章所學的“平面體系的機動分析”,又提高了學生興趣,鍛煉了他們的思考能力,培養其創新精神,可謂是一舉多得。多種方法從不同角度、不同層面解析問題,讓學生對各種方法進行比較,加深了學生對知識的理解與深化,活躍了學生的思維,開發了學生智力,激發其學習動力與熱情,提升學生創新意識與創新能力,加強了學生靈活應對問題的變通能力,培養了學生的開放、競爭、淘汰、優選意識。當今時代,行業競爭激烈,“一題多解”不失是為社會培養充滿生機與活力的具有強烈競爭意識的優秀工程技術人才的一項重要舉措。

5 輔助教學

5.1多媒體輔助教學多媒體課件,既不是講稿的重現,也不是板書的代替,而是起到教輔作用,教師可合理取材,充分運用科研前沿課題和最新成果來啟迪學生的創造性:增加相關工程圖片資料,動畫制作;根據實際工程增設相關典型例題、練習題,拓寬學生思維;演示公式推導,強調定理、原理、方法等。借助于課件,可以使先進的教學理念、教學內容和方法得到實現和發揮;借助于多媒體輔助教學,可以節省課時,加大信息量,豐富和充實教學內容,提高效率;多媒體課件內容既要與教材同步,又要能緊密聯系工程實際;適當增加動畫效應,讓學生感覺直觀、形象、生動有趣,既活躍了課堂氣氛,又增加了學生的學習興趣。有利于調動學生的學習積極性、主動性,激發學生的學習潛能;有利于重點的突出、難點的解析;有利于知識點的重現回放,加深學生印象,進一步鞏固知識;有利于歸納、總結,便于學生記憶;有利于問題的提出,有效引導,加強師生互動;有利于學生實踐能力的培養,提供練習和參與機會;有助于因材施教,求異思維,促進研究性學習;有助于縮小學校與社會的距離,提高學生的適應能力。如在影響線一章中,若借助于多媒體課件進行教學,則給學生呈現出直觀、形象、生動的描繪影響線的機動作法,達到極為理想的教學效果。

5.2實驗教學與CAI計算機輔助教學開設簡支鋼桁架非破損實驗,在教師的指導下設計試驗方法,通過比較確定試驗方案,使學生掌握結構靜載試驗常用儀器、設備使用方法,了解其主要性能指標;通過等量加載方式用應變片等對桁架節點位移、桿件內力進行測量,把握桁架結構的工作性能以及計算原理與方法,通過實驗進一步理解相關理論知識點,分析數據誤差出現的原因,學會數據的整理,得出有價值的結論,通過分工、協作,培養團隊的合作精神,培養嚴謹、求真務實的科學態度與作風,增強了學生動手能力和解決實際問題的能力。CAI計算機輔助教學,是對結構力學理論教學、習題綜合訓練等方面的補充。它有效地培養了學生獨立思考的習慣,提升了學生計算速度,加強了運用基本原理、方法解決問題的能力。此外,還可以靈活變換教學形式,諸如留10分鐘左右的時間進行隨堂小考等方式;要求學生寫學習結構力學的心得體會;就某一方面撰寫小論文;舉辦結構力學知識競賽;參與到教師的自然基金項目或課題研究之中,走進社會生活與工程實際、制作模型等科普活動等形式來進一步提高學生的綜合素質。結構力學教學改革與創新活動正在展開,需要我們持續不斷地為之努力。目前正在制作網頁,打造結構力學精品課程,加強網絡教學等環節,進一步推動結構力學教學的改革與創新,培養具有推動社會進步的優秀人才。

參考文獻:

[1]王桂堯,徐望華,楊建玲,王紅.規范院系管理,提高教學質量.長沙理工大學高等教育研究,2007,7:39-43.