結構力學課程自主學習教學模式構建探討

龍曉鴻+李黎+樊劍+江宜城

摘要：針對目前高等教育大多以教師為中心而忽視學生自主性學習能力培養(yǎng)的問題，結合結構力學課程，分別從課堂自主學習模式、課外自主學習模式以及課程考核方式三方面開展課程自主學習教學模式構建，自主學習教學模式有利于學生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：結構力學；自主學習；教學模式；考核方式

中圖分類號：G642.3；TU311 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2017）06-0064-04

傳統(tǒng)的高等教育過于倚重知識傳承，以教師為中心，通過講授、板書和多媒體等方式把教學內容傳遞或灌輸給學生。注重“教”的傳授過程，忽視“學”的認知過程，忽視對學生自主性學習能力的培養(yǎng)。不難想象，作為學習主體的學生，如果在整個教學過程中始終處于比較被動的位置，肯定難以達到理想的教學效果，更不可能培養(yǎng)創(chuàng)造型人才，這就是傳統(tǒng)以教師為中心教學結構的最大弊端。

結構力學課程是土木工程專業(yè)核心基礎課，對于土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)起關鍵作用。但與國外高校相比，國內的授課學時數(shù)較多，自主學習內容幾乎沒有或只是處于起步嘗試階段，學生已養(yǎng)成被動接受教師講解的習慣，缺乏或喪失主動學習的能力和愿望。也就是說，教師課內講得忙、講得多，而學生課后不自學、不思考，抄作業(yè)現(xiàn)象相當普遍。這種傳統(tǒng)的教學模式已不能適應新時期土木工程專業(yè)人才要求，因此，應強調以學生為中心的教學方法，開展結構力學課程自主學習教學模式。

一、自主學習教學模式

20世紀70年代以來，由于人本主義心理學的影響和學科教育研究對象及方法的轉變，自主學習引起重視。強調以學習者為中心的教學方法認為，教學活動不僅應促進學習者認知發(fā)展，而且還應促進學生情感發(fā)展。馬克思關于人的全面發(fā)展理論，強調主體發(fā)展是教育的最高目的。他在強調 “盡可能多方面發(fā)展”的同時，又強調 “獲得充分的自由發(fā)展”[1]。只有所從事的活動轉化為“自由、自覺的活動”，才能使個人全面發(fā)展得到充分體現(xiàn)。主體性是人本質的最高層次，是全面發(fā)展的根本特征。學生是學習的主體，知識只有通過學生自身的再創(chuàng)造活動，才能納入其認知結構。因此，教師應在啟發(fā)引導下，讓學生在教學活動中主動發(fā)現(xiàn)知識、認識知識[2]。全方位建構學生在教學中的主體地位，是現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢。

結構力學課程的主要任務是培養(yǎng)學生的分析能力、計算能力、自學能力和表達能力，為學習有關專業(yè)課程，進行結構設計和科學研究打好基礎。文章分別從課堂自主學習模式構建、課外自主學習模式構建以及課程考核方式構建等方面展開探討。

二、課堂自主學習模式構建

結構力學在基礎課與專業(yè)課之間起承上啟下作用。隨著時代和新型學科的發(fā)展，實踐環(huán)節(jié)和課程越來越多，結構力學學時不斷減少，因此，結構力學任課教師必須優(yōu)化教學內容，改變課內授課方式。

（一）實施研究型教學

對一門課程而言，絕大多數(shù)時間都是任課教師講授，為充分調動學習積極性，培養(yǎng)學生對結構力學課程的學習興趣，教師必須采取一定的課程教學（學習）策略。教師以課程內容和科研學術背景為基礎，科學設計教學內容和教學過程，引導學生自主學習，主動提出問題、研究問題，在主動學習和互動討論中積累知識、培養(yǎng)能力、提高綜合素質（圖1）。例如：

在單自由度體系自由振動部分，需要計算結構的固有頻率，一般采用剛度法或柔度法求解。如果教師僅通過幾道習題結束這部分講解，學生對這個專業(yè)概念的理解僅停留在書本上，無法將其與實際工程聯(lián)系。對此，教師可以“倫敦眼”的索張力為例介紹結構頻率的應用（圖2）?！皞惗匮邸钡木掭営梢幌盗欣|索固定，在正常使用一段時間后索張力有所損失，要進行二次張拉來保證達到設計張力值。直接測量每根索的張力并不容易，一種可行的方法是對每根索施加橫向激勵使其產生自由振動，然后測定索的固有頻率，通過F=4mL2f2（mL為索的總質量，L為跨度，f為基頻）計算索張力，從而對拉索進行補張拉。通過這個實例讓學生明白測試拉索頻率計算拉索張力的方法。

（二）團隊學習

結構力學的先修課程是理論力學和材料力學。這三門課程中有些知識點重復。如理論力學中有關桁架的內力計算，材料力學中靜定梁和靜定剛架的內力圖計算，采用圖乘法計算靜定結構位移，采用位移協(xié)調思想來求解超靜定梁位移等。針對結構力學中涉及的這些知識點，任課教師可將其指定為自主學習內容，實施“小先生”教學，改變傳統(tǒng)教學模式，確立學生的主體地位（圖3）。課前，“小先生”通過備課、查閱資料、制作PPT、設計圖表等各種方法搜集信息。其目的是鍛煉學生的自學能力、綜合能力、表達能力、展現(xiàn)能力，同時讓教師了解學生對課程內容的掌握情況。具體實施辦法為：開課第一天，由教師宣布題目，學生自由組合，3人一組選擇題目，第二周由班長交與教師。學生以小組為單位，采用PPT形式準備選題，講解5～10分鐘，由教師點評和打分。學生講解時間隨課程的進程，由教師提早2周告知，將學生在該項的表現(xiàn)計入成績。

采取“請進來，走出去”的形式，請企業(yè)工程師講課，介紹大工程、新技術。土木工程專業(yè)是實踐性非常強的專業(yè)，為提高學生的工程意識，在結構力學課中增設了工程師授課環(huán)節(jié)，讓學生了解專業(yè)發(fā)展狀態(tài)，開闊眼界，打開思路（圖4）。

三、課外自主學習模式構建

要想學好一門課程，除了在課堂上認真聽講和積極思考外，還需要學生在課外投入大量的時間和精力，將課堂所學的知識消化和鞏固，逐步加強自學能力的培養(yǎng)。結構力學課程的課外自主學習主要從以下四方面展開。

（1）發(fā)揮多媒體與網(wǎng)絡平臺的優(yōu)勢。依托已有的課程網(wǎng)絡資源，方便學生對課程時時跟蹤學習。例如，建立課程網(wǎng)站（http：//oc.hust.edu.cn），所有有關本課程的學習資料學生都可以下載或在線學習。向學生推薦國家資源共享課（www.icourses.cn），使學生感受國內其他土木院校結構力學教師講課的風采，在對比中學習和提高。另外，為方便和快捷地與學生交流，建立結構力學課程QQ群和微信群，使之成為作業(yè)布置以及學生與教師交流的平臺。充分發(fā)揮手機上網(wǎng)功能，通過教師的前期閱讀，有針對性地分享一些相關鏈接，如力學與實踐、建筑結構以及有關結構力學課程的微信公眾號，讓學生充分利用零碎時間。endprint

（2）研究小論文環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的科研能力。規(guī)定論文撰寫格式，提高學生分析問題的能力，學會表達觀點的方法，養(yǎng)成獨立思考問題的習慣[3]。教師指定小論文題目。例如，不同結構形式主要內力及其特點分析。相同跨度和相同荷載（全跨受均布荷載q），可比較簡支梁、伸臂梁、三角形三鉸拱、拋物線三鉸拱、梁式桁架、組合結構等。 又如，分析位移計算時忽略軸向變形和剪切變形時引起的誤差。選取矩形截面細長桿（h/l=1/8～1/18），分析荷載作用下，忽略軸向變形和剪切變形對位移的誤差?？梢匀斡蓪W生選題，參照各種教材和參考資料的思考題。有學生研究桁架的內力隨節(jié)間數(shù)和高度的變化規(guī)律，有學生研究消振器的質量和剛度對振動控制效果的影響規(guī)律，有學生編寫基于能量法的框架結構第一周期計算程序等。經(jīng)過多年積累，課程組編寫并出版課程學習參考書《結構力學問題分析與探討》。

（3）課程大作業(yè)環(huán)節(jié)，鍛煉學生的計算分析能力。在課程學習中增加大作業(yè)環(huán)節(jié)。例如，在學生學完近似法后，可以布置多層多跨框架結構內力計算大作業(yè)（圖5）。首先，教師編寫大作業(yè)任務書并下達給每位學生，通過不斷改變框架型式、跨度、層高、梁柱截面參數(shù)，最終實現(xiàn)人均一題，盡可能防止抄襲。要求水平荷載作用以反彎點法計算，豎向荷載作用采用分層法和二次力矩分配法計算，全部手算完成。然后，讓學生用電算（結構力學求解器）進行復算，將計算結果與手算結果對比，說明近似法產生誤差的來源。最后，形成電子版的計算書，由教師批改并計入成績。通過該環(huán)節(jié)的鍛煉，學生結構計算能力得到提高，同時也為本科畢業(yè)設計環(huán)節(jié)打下較好基礎。

（4）課程認識實習，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的意識。安排認識實習這一環(huán)節(jié)，其目的是讓學生到現(xiàn)場近距離觀察、認識各種結構，了解結構傳力途徑，區(qū)分構造物的結構和非結構部分，觀察結點和支座的構造處理方式，以進一步加深對計算簡圖的理解（圖6）。實習報告是學生認識實習的重要成果，學生應認真寫好實習報告，記載現(xiàn)場實習的內容、所見所聞，記載自己的認識收獲和存在的問題。

四、課程考核方式構建

課程考試是檢查學生學習效果的重要途徑之一，普遍采取閉卷考試形式。結構力學課程作為一門核心專業(yè)基礎課，一次期末考試往往不能反映學生的學習水平與實踐應用能力。為彌補單一課程考試的不足，課程采用“平時作業(yè)”“大作業(yè)”“小論文”“實習報告”“小組課堂交流”“期末考試”等多種形式對學生進行更全面、客觀的評價。課程學習覆蓋兩個學期（第一學期48學時，第二學期32學時）。第一學期學生成績構成為：平時作業(yè)成績（15%）、靜定結構內力圖大賽（10%）、認識實習（5%）、課堂交流與考勤（10%）、期末考試成績（60%）。第二學期學生成績構成為：平時作業(yè)成績（15%）、多層多跨框架結構內力與位移計算大作業(yè)（10%）、課程小論文（10%）、課堂交流與考勤（10%）、期末考試成績（60%）。

總之，通過對課程的全過程考核，旨在充分調動學生對課程全過程的關注度和參與度，提升學生對課程學習的熱情和興趣，從而提高學生的學習自主性[4]。

五、結語

自主學習教學模式將給傳統(tǒng)教學輸入新鮮血液?，F(xiàn)實教育中重“教”輕“學”、重“傳授”輕“發(fā)現(xiàn)”，引發(fā)許多問題，教師應關注如何在教學中解放學生，讓他們的獨立性得到充分發(fā)揮，內部潛能得以釋放，從而更有效地完成學習任務。 要改變學生的學習方式，變被動為主動，必須充分發(fā)揚學生的自主學習精神。通過勤于動手、樂于探究的形式，培養(yǎng)獲取知識的能力，體驗科學的過程和方法，主動搜集和分析各種信息，善于與他人交流和合作。以結構力學課程為研究對象，通過對課堂自主學習模式、課外自主學習模式以及課程考核方式的構建開展課程自主學習教學模式教學實踐探索，充分激發(fā)學生的學習熱情，全面提高學生的綜合能力，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]諸葛彪，董克發(fā).自主教學操作全手冊[M]. 南京：江蘇教育出版社， 2010.

[2]梁春濱.自主學習模式下外語教師角色新解[J].哈爾濱學院學報， 2010，31（8）：86- 88.

[3]馬忠，屈波，張金鑫.基于提高自主學習能力的本科生畢業(yè)論文訓練體系[J].清華大學教育研究， 2008，29（1）：113- 118.

[4]李黎，龍曉鴻，張先進.土木工程專業(yè)學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探討[J].高等建筑教育， 2010， 19（5）：52-55.endprint