搭積木對力學(xué)建模教學(xué)的啟發(fā)

李靜 鄭華升

摘要：教育是強(qiáng)國之本，是全民關(guān)注的重點(diǎn)問題之一，如何提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是學(xué)校和教師工作的重要任務(wù)與職責(zé)。力學(xué)建模能力對于學(xué)生應(yīng)用力學(xué)的基本理論和方法分析解決工程實(shí)際問題，尤其是新問題具有重要意義，但其教學(xué)效果卻往往不能盡如人意。為了提高力學(xué)建模教學(xué)效果，培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才，通過觀察和對比力學(xué)建模與幼兒搭積木的學(xué)習(xí)歷程，從學(xué)生的需求出發(fā)，采用對比分析的方法，得出了關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、遵循循序漸進(jìn)的原則、突出實(shí)際工程背景、采用多樣化授課方式的教學(xué)原則。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新型人才；力學(xué)建模；教學(xué)效果；搭積木

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著社會、經(jīng)濟(jì)、文化的迅猛發(fā)展，人們對兒童健康成長發(fā)育的重視程度不斷提高，對早期教育的認(rèn)識不斷深入，越來越多的人開始關(guān)注早期教育，[1]其中“搭積木”由于能夠幫助孩子提高空間想象能力、動手能力、創(chuàng)造力等各項(xiàng)能力，受到了不少家長的追捧。

早期教育要抓，大學(xué)教育更是不能放松。力學(xué)課程作為工科專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，是學(xué)生今后學(xué)習(xí)專業(yè)課不可或缺的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而力學(xué)建模是其精髓。我國著名力學(xué)家鄭哲敏院士曾經(jīng)指出：“20世紀(jì)以來，應(yīng)用力學(xué)發(fā)展了自己一套行之有效的方法論，就是在捕捉主要影響因素的基礎(chǔ)上，發(fā)展了多種有效的解法，或用于求得解析解或用于求數(shù)值解。”其中“有效的解法”其關(guān)鍵是建立合理的力學(xué)模型。[2]因此，要想學(xué)好力學(xué)課必需要學(xué)好力學(xué)建模。但由于學(xué)生對工程實(shí)際并不了解，對工程結(jié)構(gòu)單從教材上的平面圖形上來看無法建立空間形體，而新結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，對學(xué)生抽象簡化為力學(xué)模型的能力提出了更高要求，[3]所以如何教好力學(xué)建模，培養(yǎng)出培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才，是高等教育面臨的新課題。[4]

1 “搭積木”與力學(xué)建模的類比分析

俗語有“一理通，百理明”，知識的學(xué)習(xí)過程是有相通之處的，如果觀察幼兒學(xué)習(xí)搭積木的過程，你會發(fā)現(xiàn)，毫無基礎(chǔ)的幼兒學(xué)習(xí)搭積木的過程，與學(xué)生們學(xué)習(xí)力學(xué)建模的過程十分相似。幼兒搭積木通常是從“了解”積木開始的，他們會一邊看、一邊抓、甚至是一邊啃，猶如力學(xué)建模的教學(xué)過程中最初是認(rèn)識構(gòu)件和約束。接著幼兒將進(jìn)入按照圖紙拼搭積木的階段，同時逐步提升案例的難度，直到能夠隨心搭出自己想要的新模型，這一系列的舉動，不正與力學(xué)建模教學(xué)中介紹完了理論知識，講解例題、做練習(xí)，甚至運(yùn)用所學(xué)解決新的實(shí)際問題的過程相符嗎！

老話說的好“三歲看到老”，如果繼續(xù)觀察幼兒搭積木，就會發(fā)現(xiàn)就結(jié)果也驚人相似。一部分幼兒完成不了任務(wù)，放棄拼搭，一部分幼兒僅能完成簡任務(wù)，或只能按圖搭建，無法自行創(chuàng)新，還有一部分幼兒則成了積木高手，還能獨(dú)立設(shè)計(jì)各種造型。同樣的，一部分學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)建模效果不佳，甚至連建模的基本知識都沒有理解便想放棄，一部分學(xué)生即使具備較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，也很難解決實(shí)際問題，尤其是新問題，就像是沒有圖紙無法拼搭積木的孩子，還有一部分學(xué)生不僅出色的完成了各項(xiàng)任務(wù)，取得好了成績，還能將所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際工程中，并在今后的運(yùn)用中發(fā)展創(chuàng)新。為何在相同的條件下卻“結(jié)”出了不同的果，除了“孩子”本身的智力或者天賦之外，還有什么因素在影響著結(jié)果呢？要知道大學(xué)生本就是在高考這個“大篩子”之中篩選過的，同一個學(xué)校相同專業(yè)的學(xué)生差距并不會太大，同一起跑線，相同的“指導(dǎo)教練”，但結(jié)果卻是很多學(xué)校的學(xué)生仍會出現(xiàn)成績上的差距，甚至是大差距。

2 教學(xué)過程的反思

讓我們回到最初，通過那些內(nèi)心世界毫無遮掩的幼兒來分析原因，仔細(xì)想想，當(dāng)孩子因?yàn)槿狈εd趣或者反復(fù)拼搭不成功要放棄的時候，家長們是怎么做的，有的家長覺得不喜歡就算了，總能找到孩子喜歡的，于是孩子放棄了不再嘗試；有的家長會強(qiáng)制孩子繼續(xù)學(xué)習(xí)，部分孩子可能因?yàn)閮?nèi)心抵觸，學(xué)習(xí)效果不佳，這部分孩子像極了那些被輔導(dǎo)員“逼到”教室卻又無心學(xué)習(xí)的學(xué)生，而掛科的學(xué)生往往也來自于他們當(dāng)中；還有一部分家長鼓勵孩子，幫助孩子找到正確的方法，取得成功，獲得自信，享受樂趣，同時也幫助孩子在今后的人生中建立了不畏難，不怕苦，敢于解決問題并不斷創(chuàng)新的品質(zhì)。

3 對策分析

由此可知，在力學(xué)建模的教學(xué)過程中應(yīng)注重以下環(huán)節(jié)，具體而言有：

3.1 關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)

教師應(yīng)該是鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)、鼓勵各種創(chuàng)新和嘗試，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)的信心，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，讓學(xué)生從心里上消除對學(xué)習(xí)力學(xué)建模的抵觸或者輕視心理，學(xué)生只有在不抵觸，以及足夠重視的情況下，才能夠正常的進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，這是最重要，也是最難的一步，因?yàn)槊總€學(xué)生都是獨(dú)立的個體，教學(xué)卻不是一對一進(jìn)行的，要做到這一點(diǎn)，就要求教師對學(xué)生有足夠的了解，而在學(xué)生人數(shù)眾多，教師任務(wù)繁重的情況下是很難做到的。因此，小班教學(xué)、將教師的工作重心從繁瑣的事務(wù)性工作中解放出來，讓跟多的精力投入到教學(xué)工作中去，都是十分有必要的。

3.2 遵循循序漸進(jìn)的原則

任務(wù)的難度也是影響結(jié)果的重要因素之一，通常任務(wù)難度越大時放棄的人也會越多。教師利用圖片，視頻、教具等各種資源幫助學(xué)生理解知識、運(yùn)用知識，通過逐步提高難度，減少學(xué)習(xí)困難，讓學(xué)生不斷挑戰(zhàn)新任務(wù)，發(fā)現(xiàn)新的樂趣，是解決力學(xué)建模教學(xué)效果不佳的重要手段，而資源的篩選和講解都是對教師業(yè)務(wù)水平的考驗(yàn)。

3.3 突出實(shí)際工程背景

隨著數(shù)值分析軟件的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，力學(xué)課程教學(xué)的重點(diǎn)不應(yīng)再強(qiáng)調(diào)復(fù)雜的計(jì)算和推導(dǎo)，而應(yīng)以解決實(shí)際問題為目的，側(cè)重于講解針對實(shí)際問題的基本方法的應(yīng)用。所以，力學(xué)建模的教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)實(shí)際工程背景，通過調(diào)研收集工程實(shí)例，提煉出問題的主要因素，提升學(xué)生的知識儲備，以幫助學(xué)生明確力學(xué)建模概念、掌握力學(xué)建模要點(diǎn)。

3.4 采用多樣化授課方式

力學(xué)建模的教學(xué)，以工程實(shí)際問題為對象，因而其教學(xué)方式應(yīng)區(qū)別于傳統(tǒng)的理論教學(xué)，但也不同與實(shí)踐教學(xué)，而是一種突出將實(shí)際問題抽象成理論問題的能力的教學(xué)方式。力學(xué)建模的教學(xué)應(yīng)綜合開展理論授課、工程現(xiàn)場參觀、實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，多方位地培養(yǎng)學(xué)生的建模意識和建模能力，使學(xué)生真正做到理論緊密聯(lián)系實(shí)際。同時，教師的教學(xué)過程要能吸引學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)，主動思考，才能事半功倍。例如目前常用的案例教學(xué)和討論式教學(xué)法，通過趣味、生動、貼近實(shí)際生活的案例吸引學(xué)生投入其中，全員參與，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識，幫助學(xué)生找準(zhǔn)自身的定位，發(fā)揮所長，并且培養(yǎng)學(xué)生分析問題、思考問題、不斷創(chuàng)新、解決新問題的能力，這也是素質(zhì)教育的根本，是力學(xué)建模教學(xué)最終要達(dá)到的目標(biāo)。

4 結(jié)語

在各種教學(xué)方法和教學(xué)手段的不斷改革，教授回歸課堂，重視本科教學(xué)質(zhì)量的社會背景下，要想得到好的教學(xué)效果這個果，離不開教師業(yè)務(wù)能力的不斷提升，以及良好的職業(yè)道德水平。要牢記教育不是老師一個人的舞臺，教學(xué)過程是教師與學(xué)生相交互的過程，教師一個人是無法完成的。“老吾老以及人之老，幼吾幼以及人之幼”，教師要像關(guān)心自己的孩子一樣，幫助學(xué)生完成心靈上的成長。教師要不斷提升業(yè)務(wù)能力，幫助學(xué)生完成學(xué)業(yè)上的進(jìn)步，將每一個學(xué)生都能培育成合格的大學(xué)生。這才是學(xué)好力學(xué)建模真正的方法與目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘭嵐.早期教育與人的發(fā)展研究[D].延安：延安大學(xué)，2015.

[2]錢麗娟，張競.工程力學(xué)建模能力的多方位培養(yǎng)[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（28）：153.

[3]付明春.工程力學(xué)中的建模必要性分析[J].新課程（下），2013（9）.

[4]張淑云，邱繼生，代慧娟，侯丕吉.建筑工程專業(yè)方向創(chuàng)新性人才培養(yǎng)研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2018（48）：111112.

基金項(xiàng)目：武漢華夏理工學(xué)院校級教學(xué)研究項(xiàng)目（1716）

作者簡介：鄭華升（1981），男，副教授。