以提升學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向的建筑力學(xué)教學(xué)策略探索與實(shí)踐

陳海霞，李捷斌，凌 飛，李艷玲

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

建筑力學(xué)課程是高職院校工程建筑類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，研究建筑結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的受力平衡、建筑材料的力學(xué)性能、靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算等內(nèi)容。由于建筑力學(xué)知識(shí)對(duì)后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)有必不可少的支撐作用，學(xué)生必須建立正確的力學(xué)相關(guān)概念，并熟練掌握力學(xué)問(wèn)題分析和計(jì)算方法。然而，由于力學(xué)概念、理論具有抽象、高度概括的特征，教學(xué)中忽視學(xué)生的主體性，加之自主招生比例逐年增大等原因，導(dǎo)致學(xué)生不能在原有的教學(xué)過(guò)程中掌握必備的知識(shí)和技能，學(xué)習(xí)效果不理想。為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、技能精湛的合格人才，在教育部“高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2015-2018)”中提出的“提升人才培養(yǎng)質(zhì)量”“提供堅(jiān)實(shí)人才保障”的思想指引下，以課堂教學(xué)為抓手，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向，重視回歸課堂的課程與教學(xué)研究[1]，探索了一些可行的建筑力學(xué)教學(xué)策略。改進(jìn)的教學(xué)策略基于“以學(xué)生為主體，以課堂、實(shí)訓(xùn)為依托，以建立正確力學(xué)概念及培養(yǎng)力學(xué)思維方式、掌握力學(xué)分析方法為目標(biāo)，以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力為方向”的教學(xué)理念，對(duì)課堂講授策略進(jìn)行了多方面探索，并嘗試新增建筑力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力保駕護(hù)航。

1 改進(jìn)課堂講授策略

1.1 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣─介紹力學(xué)發(fā)展沿革、工程應(yīng)用

1.1.1 上好第一節(jié)課

傳統(tǒng)的建筑力學(xué)課程從關(guān)于課程研究對(duì)象、學(xué)習(xí)方法的緒論開始，然而緒論內(nèi)容卻不能吸引大多數(shù)學(xué)生的注意力并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)學(xué)生普遍對(duì)力學(xué)課程存在畏懼感、距離感，同時(shí)又對(duì)學(xué)習(xí)力學(xué)感到茫然、缺乏緊迫感、責(zé)任感的現(xiàn)狀，重新設(shè)計(jì)了第一節(jié)課。學(xué)生在第一節(jié)課上通過(guò)認(rèn)識(shí)力學(xué)、建筑學(xué)、土木工程學(xué)科、建筑力學(xué)組成，明確了課程定位；通過(guò)對(duì)力學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程介紹，學(xué)生不僅從中體會(huì)到公元前250年阿基米德為鑒定皇冠中含金量而發(fā)現(xiàn)的浮力原理有趣的誕生過(guò)程，還看到熟悉的比薩斜塔上驗(yàn)證的自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及牛頓的經(jīng)典力學(xué)三大定理，從而感到力學(xué)知識(shí)不再那么令人望而生畏、遙不可及。

1.1.2 介紹工程應(yīng)用

為了解決學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中動(dòng)力缺乏問(wèn)題，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)習(xí)的緊迫感和責(zé)任感，在課堂中引入一些力學(xué)的工程應(yīng)用紀(jì)錄片，介紹了許多著名建筑物、橋梁在建造過(guò)程中遇到的力學(xué)難題以及解決方案。學(xué)生們從迪拜的帆船酒店建造中遇到的海浪沖擊力、地基強(qiáng)度、室內(nèi)外大溫差導(dǎo)致大壓強(qiáng)差等問(wèn)題的原理闡述、解決方案和演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體會(huì)到，渦流耗散能量、表面摩擦力、空氣閘等力學(xué)知識(shí)無(wú)處不在。通過(guò)視頻，學(xué)生拓展了視野，重新認(rèn)識(shí)了力學(xué)知識(shí)對(duì)工程的重要支撐作用，學(xué)習(xí)力學(xué)的榮譽(yù)感和自豪感油然而生。教師趁熱打鐵，介紹學(xué)習(xí)建筑力學(xué)課程的方法：順應(yīng)力學(xué)來(lái)自實(shí)踐又服務(wù)于實(shí)踐的規(guī)律，在熟記理論、勤做計(jì)算練習(xí)之外，多積累工程案例和經(jīng)驗(yàn)。

1.2 引領(lǐng)學(xué)習(xí)邏輯─梳理力學(xué)概念、整合知識(shí)體系

1.2.1 并列對(duì)比梳理力學(xué)概念

富有邏輯的教學(xué)，可使學(xué)生主動(dòng)鉆研并獲取知識(shí)，得到創(chuàng)新訓(xùn)練[2]。針對(duì)大多學(xué)生存在的概念混亂、知識(shí)碎片化且缺乏邏輯性現(xiàn)象，采用并列對(duì)比方法梳理建筑力學(xué)定義、定理，建立條理清晰的圖表，幫助學(xué)生理解各部分內(nèi)容及相互關(guān)聯(lián)的邏輯性。建筑力學(xué)中存在許多呈現(xiàn)平行關(guān)系的概念：如荷載既可按作用時(shí)間長(zhǎng)短分類，又可按作用分布形式分類。這種平行概念有時(shí)也有交集：如桿件的四種內(nèi)力：軸力、剪力、扭矩和彎矩是平行關(guān)系，但都用截面法求解。通過(guò)梳理對(duì)比各內(nèi)力的性質(zhì)、作用線或作用面與桿件軸線的空間位置關(guān)系，引發(fā)內(nèi)力的各外力的性質(zhì)、作用位置，學(xué)生辨明了各內(nèi)力的差別，熟悉了力學(xué)思維方式和分析方法，并對(duì)內(nèi)力計(jì)算方法有了清晰的認(rèn)識(shí)。利用人腦對(duì)符號(hào)、圖像的辨識(shí)速度快于文字的特點(diǎn)，許多梳理內(nèi)容通過(guò)文字和符號(hào)結(jié)合的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，起到了提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的作用。如圖1所示，為桿件上常見的作用力。

圖1 桿件上常見的作用力

對(duì)平面一般平衡力系中的約束力求解是課程的一個(gè)重點(diǎn)，通過(guò)梳理外力和內(nèi)力的聯(lián)系及計(jì)算順序，得出如圖2所示的圖形幫助許多同學(xué)掌握了必備的計(jì)算技能。

圖2 外力與內(nèi)力的聯(lián)系與計(jì)算順序

1.2.2 濃縮概括整合知識(shí)體系

建筑力學(xué)中軸向拉(壓)桿、圓軸、梁具有相似結(jié)構(gòu)關(guān)系的強(qiáng)度準(zhǔn)則，采用濃縮概括的方法將以上強(qiáng)度準(zhǔn)則概括為一個(gè)不等式：桿件的最大工作應(yīng)力應(yīng)不大于桿件材料允許的應(yīng)力值。對(duì)建筑力學(xué)課程內(nèi)容有機(jī)地組織并形成的學(xué)習(xí)過(guò)程線路圖(如圖3)，使學(xué)生領(lǐng)略了課程的完整面貌。

1.3 開發(fā)學(xué)習(xí)能力─設(shè)計(jì)課堂多感官練習(xí)互動(dòng)環(huán)節(jié)

教育服務(wù)于人的全面發(fā)展，尊重學(xué)生的主體性在實(shí)現(xiàn)教育最終目的過(guò)程中十分重要[3]。為體現(xiàn)學(xué)生在課堂上的主體性，并及時(shí)觀測(cè)知識(shí)掌握程度，引入課堂練習(xí)題、小測(cè)試、師生互動(dòng)問(wèn)答、一分鐘陳述等多感官互動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。課堂練習(xí)題每學(xué)一章，做一次練習(xí)；小測(cè)試分別安排在期中、期末各一次；師生互動(dòng)問(wèn)答靈活安排，次數(shù)不限；一分鐘陳述則安排在期末。

課堂練習(xí)題的目的在于鞏固概念、鍛煉計(jì)算技能，因此涵蓋了各章節(jié)中要求學(xué)生必須掌握的重要概念，具有題量小，內(nèi)容精的特點(diǎn)。課堂練習(xí)題要求學(xué)生調(diào)動(dòng)心、腦、眼、手協(xié)調(diào)合作，在指定的短時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成任務(wù)，能真實(shí)反映學(xué)生掌握情況。教師通過(guò)觀察和總結(jié)，可及時(shí)地、有針對(duì)性地點(diǎn)評(píng)、糾正錯(cuò)誤的概念、方法。例如許多學(xué)生在計(jì)算力對(duì)點(diǎn)之矩時(shí)，誤將力臂理解為矩心到力的作用點(diǎn)的連線，這一問(wèn)題在課堂練習(xí)時(shí)得到及時(shí)糾正。實(shí)踐表明，課堂練習(xí)題和小測(cè)試的引入使學(xué)生體驗(yàn)到獨(dú)立自主的重要性(因?yàn)闇y(cè)試題無(wú)重復(fù)，杜絕了抄襲)和學(xué)習(xí)的緊迫性，同時(shí)鍛煉了計(jì)算能力。此外，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，能領(lǐng)悟到軸力圖、扭矩圖和桿件受力之間存在精巧的關(guān)系；有外力作用的截面上，軸力圖、扭矩圖有突變；沒有外力作用的截面上，軸力圖、扭矩保持不變。學(xué)生樂于掌握軸力圖、扭矩圖變化規(guī)律與受力的關(guān)系，避免計(jì)算各截面的軸力和扭矩，快速完成軸力圖和扭矩圖。

師生互動(dòng)問(wèn)答和學(xué)生一分鐘陳述使學(xué)生的角色在課堂中活躍起來(lái)，是將學(xué)生帶入課堂學(xué)習(xí)的一種積極有效的方法。課堂上問(wèn)答和陳述鍛煉了學(xué)生邏輯思維能力、語(yǔ)言組織能力、口頭表達(dá)能力，學(xué)生的主體性得到充分展示。學(xué)生在課堂中因?yàn)橛锌赡茈S時(shí)被教師提問(wèn)到，所以總保持著警覺，關(guān)注講授的內(nèi)容。一分鐘陳述要求學(xué)生在所學(xué)范圍內(nèi)，自選主題，進(jìn)行一分鐘連貫的陳述。在陳述環(huán)節(jié)，一部分學(xué)生展現(xiàn)了他們敏捷的思維和幽默的語(yǔ)言，重新定義了他們?cè)趲熒闹械男蜗蟆８嗟膶W(xué)生則在師生互動(dòng)問(wèn)答和一分鐘陳述環(huán)節(jié)中體驗(yàn)到獲取知識(shí)和暢所欲言的快樂。

圖3 建筑力學(xué)學(xué)習(xí)線路圖

1.4 創(chuàng)造學(xué)習(xí)技巧─深挖知識(shí)內(nèi)涵、簡(jiǎn)化煩瑣規(guī)則

建筑力學(xué)知識(shí)具有內(nèi)在邏輯性，深挖知識(shí)內(nèi)涵，可揭示其內(nèi)在聯(lián)系，煩瑣規(guī)則，迅速掌握知識(shí)重點(diǎn)，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。例如在求解圓軸扭矩時(shí)，學(xué)生不易掌握右手螺旋法則，從而影響了扭矩圖的完成。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：圓軸上外力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和扭矩圖上對(duì)應(yīng)截面上的扭矩突變方向一致，且突變量等于外力偶矩。這一發(fā)現(xiàn)可使學(xué)生通過(guò)圓軸受力圖直接畫出扭矩圖，不必再用右手螺旋法則。另一個(gè)例子是梁的剪力圖和彎矩圖變化規(guī)律與外力類型有緊密聯(lián)系。當(dāng)外力是垂直于梁軸線的集中力時(shí)，將力的作用線的直線段放在對(duì)應(yīng)截面上的剪力圖中，將箭頭放入對(duì)應(yīng)截面的彎矩圖中，分別代表剪力有突變和彎矩有折點(diǎn)的規(guī)律；當(dāng)外力是外力偶時(shí)，表示外力偶的帶雙箭頭的階梯形線段只要以梁軸線為對(duì)稱軸，進(jìn)行鏡面對(duì)稱映射，就可得到彎矩圖中對(duì)應(yīng)截面上的突變圖形。

1.5 培養(yǎng)學(xué)習(xí)情商─尊重學(xué)生個(gè)體、容納差異差錯(cuò)

因?yàn)榍楦心苡绊憣W(xué)習(xí)效果，情商是除智商以外的一個(gè)重要的學(xué)習(xí)助力器。教師應(yīng)有效地激發(fā)學(xué)生情商，尊重學(xué)生個(gè)體，容納學(xué)生差異和學(xué)習(xí)差錯(cuò)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。

教育的本質(zhì)應(yīng)該是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)清自身特點(diǎn)、完善自我、創(chuàng)造幸福、感受善良和愛，并奉獻(xiàn)價(jià)值、回饋于社會(huì)。然而，當(dāng)下社會(huì)陷于功利、浮躁氛圍中，學(xué)生學(xué)習(xí)片面追求分?jǐn)?shù)，忽略了學(xué)生的個(gè)體差異和社會(huì)性；部分學(xué)生對(duì)自身的評(píng)價(jià)也缺乏必要的正面肯定。因此，教師應(yīng)本著尊重每一位學(xué)生的觀點(diǎn)，關(guān)心、愛護(hù)學(xué)生寶貴的自尊心，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和情商。實(shí)踐證明，一名受到教師正確引導(dǎo)的情商高的學(xué)生，在一個(gè)學(xué)期內(nèi)，學(xué)習(xí)可獲得突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，從班級(jí)后幾位躍遷至前三名。

2 增加實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

2.1 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)演示

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力、科學(xué)作風(fēng)以及創(chuàng)新精神的重要方面[4]。在建筑力學(xué)教學(xué)中利用海綿棒模擬桿件模型，展現(xiàn)受力即變形特征；利用磁鐵環(huán)、棒在白板上的運(yùn)動(dòng)展示點(diǎn)和剛片在平面內(nèi)的自由度，學(xué)生反映出較好的學(xué)習(xí)效果。通過(guò)學(xué)生自主設(shè)計(jì)紙質(zhì)壓桿，比拼承載能力，學(xué)生的創(chuàng)造性和實(shí)際操作能力得到展現(xiàn)和鍛煉。

2.2 課外實(shí)訓(xùn)實(shí)操

為了鞏固建筑力學(xué)知識(shí)，在課程結(jié)束后增設(shè)了建筑力學(xué)實(shí)訓(xùn)。學(xué)生進(jìn)行了蠟燭蹺蹺板、飄環(huán)、桁架組建、組合截面形心計(jì)算與實(shí)驗(yàn)、提高梁強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)的操作，分析了蛤蟆夯、挖斗的受力和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目幫助學(xué)生深入理解了平衡、力矩等概念，實(shí)現(xiàn)了提高學(xué)習(xí)效果的目的。今后，將開始設(shè)計(jì)型、開放型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新能力。

3 結(jié)語(yǔ)

為提升建筑力學(xué)課程的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、技能精湛的合格人才，探索了課堂講授策略改進(jìn)方法，包括激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、引領(lǐng)學(xué)習(xí)邏輯、開發(fā)學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造學(xué)習(xí)技巧、培養(yǎng)學(xué)習(xí)情商，并增設(shè)了建筑力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。實(shí)踐表明，以上措施提升了建筑力學(xué)學(xué)習(xí)效果。