歸因理論、自主研學型實驗教學法和旋轉矢量在工程力學教學中的應用

任妙芳

杭州汽車技工學校 杭州 310011

歸因理論、自主研學型實驗教學法和旋轉矢量在工程力學教學中的應用

任妙芳

杭州汽車技工學校 杭州 310011

就如何提高工程力學的教學質量問題展開討論，分別涉及歸因理論、自主研學型實驗教學法和旋轉矢量等方法的應用。

工程力學；歸因理論；自主研學型實驗教學法；旋轉矢量

1 歸因理論的應用

1.1 概念 歸因理論（causal attribution）指的是對行為和事件的結果進行分析，并推理出應該會歸屬于某一種或多種相關因素或原因。

在心理學中，歸因指的是人們對自己或者別人的行為所造成的結果給出合理解釋的過程；而歸因理論就是基于這種理論基礎上的，它是關于人們如何解釋自己與其他人的行為，并且為這種解釋是如何影響他們動機、情緒和行為的作辯解的心理學理論。

歸因理論最重要的應用領域之一就是在教育中，韋納（B. Weiner）提出歸因三維度模型，即控制源、穩定性和控制性，他認為一個人成功或失敗的原因取決于上述三者的相互作用。這種相互之間的關系可以用圖1表示。

圖1 韋納歸因理論的三維度之八因素

1）能力歸因因素。如果學生把自己學習的失敗這個結果歸因到自身的學習基礎差和學習能力差等這些內在原因上的話，在無形中就會對他們的自尊造成不好的消極影響，進而打擊學生進行學習的自主性和積極性。2）努力歸因因素。它具有重要的積極作用，無論學生的考試結果是怎么樣的，歸因于努力相對于歸因于能力對學生來說，會在他們的內心產生更加強烈的感受。3）難度歸因因素。學生對自己失敗進行分析，如果歸因于認為是任務難度比較大的話，也就是威脅到外部穩定的不可控因素，那么就可能使得學生懷疑主觀努力。

1.2 在工程力學教學中的應用 對于工程力學的教學，基于該課程具有較強的系統性和連貫性的特點，講課時，應該注意到以下方面：1）應該對此課程進行全面分析，并找出重點、難點和關鍵點等關鍵環節；2）理出中心線索及其內部的相關聯系，對該課程和其他課程的關系進行初步分析；3）注意本學科專業知識運用在實際中的效果，進而讓學生對學習該課程的重要意義有更深刻的認識。可按圖2所示流程進行教學。

圖2 歸因法教學流程

基于以上論述，應該充分重視工程力學的教學，應讓學生掌握其主要的基本概念和理論等。在進行每一章節的講解的時候，又要根據每一章節的特點及其需要解決的主要問題，選擇合適的例題來進行分析和講解，然后基于對學生原有的知識水平和掌握程度的了解，對學生分組，再由簡單到復雜，并由易到難地進行練習和測驗，在練習和測驗中對遇到的問題認真地進行分析，得出結論。

尤其是對在測驗和練習中表現和成績都比較差的學生，多用鼓勵性語言疏導，使其認識到學好公理、掌握好概念的重要性，還應該給學生指出清晰的出錯原因和今后明確的努力方向，有側重地進行改正和糾錯。

在進行有針對性的練習和測驗的時候，把當前的成績與前一次的成績作比較，通過這種比較，發現學生的閃光點，用來肯定學生在測驗中所取得的成績，促使其進步。把學生之所以能夠取得這些好的成績、大的進步的原因與“掌握好公理，學會分析方法”建立聯系，并讓學生知道這種聯系，學生心理就會產生一個明確的努力方向，即如果再努力點，就能更好地掌握更多工程力學專業的理論知識，進而也就能取得更大的進步，獲得更好的學習成績。另外，需要注意的是，還要根據每組學生的實際情況的不同，設計符合他們各自情況的練習和測驗，在經過這種鍛煉和努力之后，以期能做得更好。這樣使學生慢慢地學會正確地進行歸因，并主動積極地進行歸因。

（2）師：這個魔方是由多少個小方塊組成的呢？（大部分回答27塊，也有回答54塊、12塊、18塊的）你們是怎么看出來的？

2 自主研學型實驗教學法在工程力學教學中的嘗試

2.1 當前的工程力學實驗中仍存在的主要問題 1）用于驗證理論的偏多，而涉及工程實際的很少，且實驗內容編排單一和落后；2）對實驗的演示較多，而動手較少，多以教師操作和學生看為主要內容和形式，勉強有少部分的學生做實驗，而大部分的學生還是一種看實驗的狀況；3）實驗的內容較少，且實驗操作時間很短，仍舊被壓在傳統教學觀念之下，認為實驗只是附屬于理論課的，不能合理恰當地認識其重要的地位和作用。

2.2 自主研學型實驗教學法以及在工程力學教學中的應用實例

1）概念。在工程力學實驗教學中，通過引入多交叉學科的專業知識，如材料學、實驗力學和斷裂力學等，在融合這些知識的基礎上，使學生通過自主研究，切身體會自主進行實驗研究的樂趣。實驗大致包括自行設計方案，自行設計相關的硬軟件，最后通過親身進行實驗，研究相關的力學現象和理論。

2）在工程力學中應用實例——自主研學型實驗項目。動態應變實驗：在自行車騎行水平撞擊時，對前叉和后叉等處動應變的實驗研究；在自行車騎行垂直撞擊（即跳車）時，對前叉和后叉等處動應變的實驗研究，（如圖3所示）。

圖3 自行車騎行垂直沖擊動應變實驗研究

通過上述實驗，學生親自參加操作，即親自設計實驗的流程。學生可以組成一個團隊，安排一個人騎自行車做上述動作，另外的學生可以自行運用相關儀器（包括軟硬件兩方面）進行前叉和后叉著地點的應力的測量，進而得出此次實驗的仿真圖。通過這種自行設計并自行操作，再加上自行分析實驗結果的實驗方法，使得學生能夠更加深入地對工程力學中各個部分的內容做到深刻的理解和有效的運用。

3 旋轉矢量在工程力學教學中的利用

3.1 傳統教學中的難點 工程力學課程是相關工科學生學習的重要技術基礎課之一，既具有邏輯性較強，能夠密切聯系實際工程等優點，又有公式繁多等諸多問題，初學者尤其容易前后混淆，難于掌握學習要領。

3.2 旋轉矢量記憶法 它能夠使得工程力學中比較繁多和難于掌握的易混淆公式變得十分簡單和直觀，并容易掌握其規律。該方法的建立也使數學和物理等基礎學科與工程力學等這類技術基礎課及專業課緊密銜接。

在振動基礎理論和材料力學課程的一些公式中，有的不是矢量，但是含有三角函數，而且這些三角函數存在正交性現象。基于此，利用公式中各項非矢量作旋轉矢量定義的方法，也就是定義繞著某一個固定點并以一個固定的頻率進行旋轉的矢量，再根據此矢量的合成與矢量投影相關定理對公式中各個力學量之間的關系進行描述。

接下來介紹具體步驟。將三角函數定義為直角坐標系中同一點的旋轉矢量其矢量的模等于對應三角函數前的系數值。設矢量在第一象限，矢量指向第二象限，且可以隨自變量以同一頻率旋轉。

圖4 簡諧振動方程的矢量表示

至此，由旋轉矢量得到的式子就可以完全代表最初的解析式，這全都是由圖4分析而來的。

4 小結

無論是哪種方法，目的都是希望把工程力學的教學質量提上來。諸多方法的運用都還只是一種嘗試，開端是好的，方向也是有研究前景的，在實際中的效能有待發展。而且最好的教學改革是諸多方法的有機融合，在無形無法之中進行工程力學的教學，這還有待進一步的研究。

[1]趙業,李明巖.歸因理論對培養學生自信心的啟示[J].北京教育,2005(3)

[2]紀武瑜,王天佐,孔繁明.工程力學[M].北京:中國勞動和社會保障出版社,2001

[3]劉習軍,賈啟芬.工程振動理論與測試技術[M].北京:高等教育出版社,2004

G642.423

B

1671-489X(2010)06-0086-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.06.086