人文魅力和“共情”心理學在材料力學教學中的結合與實踐

人文魅力和“共情”心理學在材料力學教學中的結合與實踐

高金賀,昌毅,楊鳳,程麗紅

(東華理工大學,江西 南昌 330013)

摘要：材料力學是工科類專業(yè)最為重要的基礎課程之一。傳統(tǒng)的材料力學教學內容以理論推導為主，缺乏趣味性，更不能體現出材料力學教學過程中的歷史和人文魅力。文章從全新角度闡述在材料力學的教學方法和內容方面，賦予其歷史魅力和人文情懷，將“共情”教學心理學應用于其教學中，并將材料力學的發(fā)展歷程、工程應用和理論的講解達到相互交叉與促進。以期提高工科學生的歷史人文情懷，也可增強材料力學教學的趣味性和魅力性。

關鍵詞：材料力學; “共情”心理學；力學史; 人文性魅力

收稿日期：2015-05-30

基金項目：江西省教改課題《“卓越工程師計劃”背景下力學課程群新教學體系的重構》(JXJG-12-8-9)；《土木工程專業(yè)實驗課程教學改革與實踐的研究》(JXJG-13-6-19)；《執(zhí)業(yè)資格體系下土木工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式研究》(JXJG-14-6-7)。

作者簡介：高金賀(1981—)，男，遼寧遼陽人，講師，博士，主要從事力學、鋼結構研究。

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

高金賀,昌毅,楊鳳,等.人文魅力和“共情”心理學在材料力學教學中的結合與實踐[J].東華理工大學學報：社會科學版，2015，34(3)：294-297.

Gao Jin-he,Chang Yi,Yang Feng,et al.The integration and practice of humanistic charm and “empathy” psychology in teaching mechanics of materials[J].Journal of East China Institute of Technology(Social Science)，2015，34(3)：294-297.

材料力學是眾多工科專業(yè)學生的重要的基礎課程之一，同時也是最為傳統(tǒng)的課程之一。它支撐著土木工程、建筑工程、水利工程、機械工程、船舶工程、航空工程、航天工程、核技術工程、生物醫(yī)藥工程等眾多學科[1]。材料力學傳統(tǒng)的教學內容以桿件的變形為主線，以嚴謹的理論推導為表現形式，講解桿件彈性體在小變形時的彈性特征。因受學時的影響，較少涉及其發(fā)展歷程及人物的介紹，使本身蘊藏著豐富多彩的歷史性和人文性魅力的材料力學，僅僅展現給受眾以嚴謹的數學邏輯性和將工程抽象成的力學模型。根據近年來學生的反饋，認為材料力學在有些章節(jié)比較抽象，難以理解。因此如何提高學生對學習材料力學的興趣是擺在教師面前一個非常重要的教學改革課題[2]。

其實，材料力學是在經典力學基礎上形成的較為成熟的一門學科，具有悠久的歷史文化底蘊。材料力學發(fā)展歷程中每一次跳躍式的發(fā)展都匯集了眾多大師的高深智慧。近年來東華理工大學材料力學教學團隊為了突破傳統(tǒng)教學中“師嚴然后道尊，道尊然后民知敬學”的弊端，在教學方法方面引入了“共情”心理學教學思路，以材料力學發(fā)展史為基點，以“共情”教育心理學為媒介，提升材料力學的趣味性、人文歷史性。

1材料力學的魅力性

1.1　材料力學的歷史和人文魅力

材料力學學科的形成，起源于伽利略的《關于力學和局部運動的兩門新科學的對話和數學證明》一書的發(fā)表(1638年)[3]。在該書中這位科學巨匠嘗試用科學的解析方法確定構件的尺寸，討論的問題是直桿軸向拉伸問題，得到承載能力與橫截面積成正比而與長度無關的正確結論。但是“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”，任何一門學科都不可能是個別人在短期內輕而易舉地創(chuàng)造出來的，而是在幾代人不懈地艱苦探索和創(chuàng)造中而逐漸形成的。在科學巨匠達芬·奇、伽利略、惠更斯、庫倫、麥克斯韋、歐拉、柯西、湯姆斯·楊、伯努利、納維葉、圣維南等人的努力下，形成了一門系統(tǒng)的科學[4]。材料力學的發(fā)展歷程中，造就了眾多有影響力的科學家，他們的事跡和科學精神，可以鼓舞學生在成長的道路中樹立正確的人生觀、價值觀。

1.2　材料力學在古建筑及自然界中魅力性的體現

在我國古代建筑中，盡管還沒有嚴格的科學理論，但人們從長期的生產實踐中，對構件的承力情況已有一些較粗淺的定性或定量認識。例如，中國古代土木建筑家，北宋時期的李誡所著的《營造法式》，具有高度的科學價值，在中國古代建筑史上起著承前啟后的作用，對后世的建筑技術的發(fā)展產生了深遠影響。元朝水利工程技術中關于筑城部分的規(guī)定，幾乎和《營造法式》的規(guī)定完全相同?！稜I造法式》一書中介紹了圓木截方的規(guī)定，當高寬比為3∶2時最為經濟，這大體符合現代材料力學的基本原理。同時，《營造法式》也給出了拼接柱和木結構柱子的設計，這些也都符合現代材料力學的基本原理。中國的古建筑中，例如浙江寧波保國寺、建于隋代的趙州橋等都是我國古代勞動人民智慧的結晶，其結構本身也反應了眾多材料力學原理。大自然本身也蘊藏了大量的材料力學原理。例如竹子，眾多對竹子的贊美詩詞中，體現了竹子的各種用途。如“郎騎竹馬來，繞床弄青梅”、“寫取一枝清瘦竹，秋風江上作漁竿”、“常居物外度清時，牛上橫將竹笛吹”、“傲吏身閑笑五侯，西江取竹起高樓”等，而其表現出的用途正是源于竹子的結構特點能夠保證其力學性能。

1.3　材料力學的工程表觀性

材料力學以變形桿件為研究對象，以桿件的拉壓、扭轉、彎曲、剪切四種基本變形為基礎知識點，探討了強度、剛度和穩(wěn)定性問題。材料力學知識的正確把握，可造就人類更美好的生活，帶給人們?yōu)橹鸷车母鞣N工程結構，其背后與材料力學的支撐是分不開的。建筑工程藝術是通過各種關系的組合構成來表現美感的，不同建筑材料帶來的美感體驗也不盡相同。故從該角度考慮，在某種程度上，材料力學具有美麗性、魅力性、趣味性和必要性，這些也是材料力學的工程表觀性。因此，在材料力學的教學過程，應注重古、現代工程結合，挖掘工程背后的材料力學原理，在教學引導上提升學生濃厚的學習興趣和格物致知的精神。

例如，壓桿穩(wěn)定問題的提出是由于一個影響很大的工程事故，加拿大圣勞倫斯河上的魁北克橋。在橋梁設計之初，由于未考慮壓桿穩(wěn)定問題，而導致當時這座鋼桁架懸臂橋倒塌，造成了大量的財產損失和人員傷亡，有些學者認為該事故為世界20世紀十大事故之一。從此之后，壓桿穩(wěn)定引起了人們的關注。為了紀念這座橋，加拿大的工程系畢業(yè)生每年都會舉辦鐵指環(huán)典禮，并佩戴“工程師之戒”。

材料力學本身蘊藏了嚴謹的力學原理，其原理深深支撐著實際工程。材料力學的工程表觀性可提升材料力學的實際應用和分析能力，提升學生在掌握力學原理的同時對實際工程的力學認知。

2“共情”教育心理學在材料力學教學手段中的應用

2.1　“共情”教育心理學

“共情(empathy)”，也稱為神入、同理心，“共情”又譯作同感、同理心、投情等。 由人本主義創(chuàng)始人羅杰斯所闡述的概念，大多數學者認為，就是站在他人的角度思考和處理問題，這一思想與兩千多年前孔子所提出的“己所不欲，勿施于人”相契合。“共情”概念出現至今，在西方已有近百年歷史， 哲學、社會學、心理學多個分支學科對其進行了大量研究。但“共情”概念仍是該領域研究者關注的主要問題之一[5]。國外有學者對“共情”的演變、“共情”中的認知和情感成分進行了闡述。T.Lipps認為是因為共情對象富有表現力，從而迫使“共情”者感受到注視共情對象時所發(fā)生的體驗[5]。從教學角度來分析，筆者認為應立足教師的視野，要求老師換位于學生的立場，“將心比心”，共同感受所授課程的表觀認知性。Titchener則認為“共情”是通過內在模擬形成心理意象的過程，由此達到“人同此心，心同此理”的自然效果[5]。對于這一點，筆者認為，教師應富有感染力，正確融入學生的認知過程，提升教學思路的合理性。此外，教師還應富有表現力，使學生也容易通過“共情”達到“舉一隅而以三隅反”。無論“共情”的何種表現形式，“共情”作為教育者個人品質的重要能力，它將直接影響到課堂教學的成敗，是教師樂教善教、學生樂學好學的關鍵。

2.2“共情”教育心理學在材料力學教學中的應用

傳統(tǒng)的教學方法和思路，教師將自己定義為知識的傳授者，以嚴謹的邏輯思維引導學生走進材料力學的知識體系中。當然這一方法需要始終貫穿于整個教學主線中，但當我們嘗試適度地轉換角色定位，扮演著與學生“共情”的角色，首先考慮如何針對不同專業(yè)背景的學生，材料力學在該專業(yè)學科體系中的作用，提升學生對材料力學課程重要性的認知。如孔子提出的“因材施教”，根據學生的具體需求與接受水平，參考孔子“中人以上，可以語上也；中人以下，不可以語上也”的箴言。其次，將前文中描述的材料力學的魅力性，即由我們身邊的力學的現象、工程表觀性和奠基性的人物認知出發(fā)，將我們的“情”感染給學生的“情”，將“共情”合理地應用于教學中，以教師與學生共同感受的力學魅力性為基石，伴隨著趣味性，“曉之以理，動之以情”，將學生引入嚴謹的理論知識體系中。

針對前文中闡述的材料力學的歷史性魅力、人文性魅力和工程表觀性等方面，本節(jié)將簡要闡述如何將“共情”的激發(fā)點融入到材料力學的教學體系中。

在緒論章節(jié)中，總體簡要概括材料力學的發(fā)展歷程。讓學生了解今天的材料力學知識體系，是經歷了幾代人不懈努力的結晶。并在該章節(jié)中，發(fā)揮科學巨匠的個人魅力和典范作用，培養(yǎng)學生樹立嚴謹的學習態(tài)度。

在材料的力學性能試驗中，將實際工程中對脆性材料和塑性材料的正確運用產生的人類經典工程如趙州橋、未能正確把握材料力學性能而導致工程事故如陽臺坍塌事故等作為教學引導，提升學生對塑性材料、脆性材料的拉壓力學性能的認知欲。

我國北宋科學家及政治家沈括被譽為“中國整部科學史中最卓越的人物，其名作《夢溪筆談》內容豐富，集前代科學成就之大成，在世界文化史上有著重要的地位。其中提到的經典的造弓理論，從材料和工藝方面評價弓的“六善”，對此做出了精辟的論述。在材料的選擇上，他認為制弓的材料需要“性體少而勁”，即要求材料質量輕而強度高。實際上在現代材料力學中，這也是一個應當優(yōu)先考慮的原則。在制作工藝方面，沈括強調角筋、干材的整治。角筋要用膠液多次浸泡，使它“無復伸弛”，不再產生殘余變形；干材則需要反復揉制，使其承受反向的作用力。這一過程就是對材料施加預應力，讓它們產生抗拉力，這也是符合現代的力學原理的。可以毫不夸張地說，沈括所概括的制弓經驗幾乎每一條都蘊含著深刻的科學道理，它為后代的兵器制造提供了理論上的依據。

在彎曲變形中，簡要介紹科學巨匠在形成完整彎曲變形理論中的貢獻，感染學生要具有嚴謹的研究和學習思維模式。雅克布·伯努利提出了平面假設等，其弟弟約翰·伯努利和侄子丹尼爾·伯努利建立了一系列方程，而歐拉在方程的求解中起到了至關重要的作用，歐拉的一生充滿了震撼而傳奇色彩，28歲時一眼失明，晚年雙目失明，但其在助手協(xié)助下依然能夠完成學術論文400余篇。這些方面內容的展現，都可把材料力學的歷史性魅力發(fā)揮得淋漓盡致。

此外，在這一知識單元體系中，為了給學生正確展現材料力學的人文性魅力特點，在教學過程中，應在嚴謹的理論推導同時，巧妙結合所講述的知識點，合理地講解彎曲變形的原理在我們生活中的應用。例如，前面提到的竹子，其截面為空心圓形界面，因此其抗彎能力強。講授過程中，適度地由竹子的魅力性引入到梁的強度問題、剛度問題以及梁的合理設計單元中，會大大加深學生對相關知識點的印象。

在講解壓桿穩(wěn)定的概念引入中，將壓桿穩(wěn)定概念引起科學家重視的源頭是加拿大魁北克鋼桁架懸臂橋的故事作為教學引導，提升學生對壓桿穩(wěn)定概念的理解程度。

在近兩年的材料力學教學過程中，作為校級教學團隊的建設課程，團隊成員已經在逐漸地將“共情”教學心理學引入到教學過程中。錄制了校級視頻公開課“美麗的力學”，視頻在學生中產生了良好的反應。

3結語

基于材料力學教學內容缺乏趣味性，傳統(tǒng)教學手段主要以講授力學原理為主，忽略了隱藏在材料力學學科背后的魅力性等問題，本文從全新角度分析了材料力學學科體系的特點，即具有嚴謹的理論知識體系以及令人震撼的歷史性魅力、人文性魅力和工程表觀性。結合其特點，從“共情”教育心理學角度出發(fā)，轉換角色定位，與學生共同揭示材料力學學科的魅力性，激發(fā)學生的學習興趣，掌握理論知識，并培養(yǎng)工科學生的人文情懷。

[參考文獻]

[1] 錢偉長.談鎬生文集(序)[M].北京:科學出版社2006:402-420.

[2] 趙穎濤,馬少鵬.興趣引導型教學模式的改革與實踐[J].力學與實踐,2011,33(5):74-76.

[3] 季順迎,武金瑛,馬紅艷.力學史知識在材料力學教學中的結合與實踐[J].高等理科教育， 2012(4)：137-142，164.

[4] 武際可.力學史[M].上海:上海辭書出版社,2010.

[5] 陳晶,史占彪,張建新. 共情概念的演變[J].中國臨床心理學雜志,2007,15(6):664-667.

The Integration and Practice of Humanistic Charmand “Empathy” Psychology in Teaching Mechanics of Materials

GAO Jin-he,CHANG Yi,YANG Feng,CHENG Li-hong

(EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China)

Abstract:Mechanics of Materials is one of the most important basic engineering courses. Its traditional teaching mainly depends on theoretical derivation, which lacks fun and can’t reflect the history and humanistic charm. This paper, from a wholly new view, states that the teaching methods and contents of Mechanics of Materials should be endued with historical charm and humanistic feelings, and the “empathy” psychology applied to its teaching so as to achieve mutual integrating on the development, engineering application and theoretical derivation of Mechanics of Materials. Thus, it can not only enhance the students’ humanities mood but also increase the fun and fascination of Mechanics of Materials.

Key Words: mechanics of materials; “empathy” psychology；mechanics history; humanistic charm