同化教學理論在結構力學中的應用舉例

劉歡歡　趙麗君

【摘 要】針對結構力學課程特點和教學中發現的問題，筆者嘗試以同化教學理論為基礎，從先行組織者教學策略出發，將“漸進分化，融會貫通”教學原則運用于靜定結構位移分析的教學實踐中，將教學理論和教學實踐合理結合，有助于提高課堂效率。

【關鍵詞】同化；先行組織者；漸進分化；結構力學

中圖分類號： G633.41 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0140-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.068

【Abstract】According to the characteristics of structural mechanics course and Problems founding in teaching， basing on the assimilation teaching theory and the Advance organizer teaching strategy， The author tries to Applying the teaching principle of gradual differentiation and integration to the teaching practice of static structural displacement analysis. Reasonably combine teaching theory with teaching practice， Which helps to raise the class efficiency.

【Key words】Assimilation； Advance organizer； Gradual differentiation； Structural mechanics

0 引言

結構力學作為土木工程專業的必修基礎課之一，與砼結構、鋼結構、橋梁結構等專業課相關內容聯系緊密，學生對該課程的掌握程度將影響到專業課的展開和進行。同時，由于該課程理論性較強，可操作性相對較弱，涉及概念較多且方法迥異，分析過程邏輯性強，在教學過程中學生普遍反映獨立面對時舉手無措，不知從何處入手分析問題，特別針對相似問題不清楚采用哪一種分析方法，究其原因是沒有完全把新知識整合在自身的知識體系中，故很難做到靈活運用。本文從奧蘇貝爾的同化教學理論出發，以靜定結構位移分析為例，淺談“漸進分化，融會貫通”教學原則及“先行組織者”的教學策略在結構力學課程中的應用[1]。

1 同化教學理論簡介

奧蘇貝爾認為，學習者能夠積極主動地從自己原有的認知結構體系中找出與新知識存在某種聯系的舊知識，然后利用這種聯系將新舊知識整合形成新的知識體系，這才是有意義的學習。此過程是變化的，結果使學習者的認知知識結構不斷壯大和發展，新舊知識相互作用的過程稱為“同化”[2]。根據同化理論，有意義學習的實現必須具備兩個條件：（1）學習者本人具備積極學習的意愿和動機；（2）學習任務能夠與學習者原有的認知結構中的知識儲備發生非人為的必然的聯系[3]。

如何幫助學生進行有意義地學習呢？作為授業者，除了從情感角度引導學生樹立積極的學習動機之外，更需要立足于課堂幫助學生建立這種必然的聯系。奧蘇貝爾在有意義學習理論的基礎上，主張“漸進分化，融會貫通”教學原則，即教學過程遵循從一般到個別，先從最一般，概括性強的概念或知識出發，然后根據具體條件再細化，通過對不同細化的新知識進行類比、分析，找出它們各自的適用條件，對一般新知識和細化新知識進行整合，引導學生主動探討各個知識點之間的異同，能夠舉一反三，活學活用。為了遵循此教學原則，將“先行組織者”教學策略運用在教學過程。在學習新知識之前，教師根據學習任務提供給學生一個簡短的學習材料，最好是學生已熟知的知識和材料，該材料簡明概括，且容易被理解，稱之為“先行組織者”，它為新知識的學習提供可以利用的聯系點，說明新舊知識之間存在的共同性；同時明確新舊知識之間的本質區別，說明新舊知識之間的存在的差異性[4-5]。

2 同化教學理論在結構力學中的應用——以靜定結構位移分析為例

在第4章《靜定結構的位移計算》[6]教學過程中發現，由于本章內容涉及到多個位移計算公式，學生對不同的靜定結構進行位移分析時容易混淆不清，即使同一種結構，外作用不同，如荷載作用，溫度改變作用或支座移動作用不同，學生也不能夠對相應的位移分析方法做出合理的選擇。針對這種情況，嘗試采取同化教學理論進行分析。

2.1 引入“先行組織者”—虛功原理

對于虛功原理，并不側重它的推導過程，這樣可能會加重學生的心理負擔，從能量轉化和守恒的角度闡述，物體外力做功轉化儲存在變形體內部，即外力所做的虛功之和等于內力所做的虛功之和，即W外=W內，學生對能量的概念十分熟悉，在中學已經接觸過，并且也容易理解能量的守恒。在此強調力狀態和位移狀態是相互獨立的，沒有因果關系，真實的位移狀態包括未知位移ΔK、支座位移ci及軸向位移、剪切位移、彎曲變形三種變形位移；假設一個力狀態，即外力包括單位荷載PK=1和支座反力Ri，內力包括截面彎矩M、剪力Q和軸力N，故得PKΔK+∑Rici=∑？蘩Ndu+∑？蘩Mdφ+∑？蘩Q？酌ds。由此引出本章的教學重點——單位荷載法求解靜定結構位移。

2.2 逐級分化，融會貫通—一般到個體

本章內容呈現的順序為一般位移公式到具體位移公式，體現了一般到細化的原則。由“組織先行者”得到一般位移公式如下：ΔK=∑？蘩Ndu+∑？蘩Mdφ+∑？蘩Q？酌ds-∑Rici，適用于任意的靜定平面桿系結構在外作用下的位移分析。一般位移公式高度概括新知識所包含的內容，是相關內容的精華所在，具有抽象性、概括性、簡潔性的特點，剛開始學生不容易很快理解和掌握，因此，采用逐級分化的方式，從一般到個體，根據外作用條件不同和結構形式不同進行細分。