支架式教學(xué)法在土木專業(yè)力學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用的初步思考

呂曉棠

（合肥學(xué)院 建筑工程系，安徽 合肥 230022）

支架式教學(xué)法在土木專業(yè)力學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用的初步思考

呂曉棠

（合肥學(xué)院 建筑工程系，安徽 合肥 230022）

力學(xué)課程是土木工程專業(yè)的重要組成部分，提高力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力一直是力學(xué)教師關(guān)注的重點(diǎn).本文簡(jiǎn)要介紹了支架理論，并從土木專業(yè)本科力學(xué)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目的出發(fā)，對(duì)支架式教學(xué)法中支架的作用進(jìn)行初步討論，并對(duì)在力學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施支架式教學(xué)法對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)的作用進(jìn)行了初步探討.

支架理論；自主學(xué)習(xí)；力學(xué)課程；教學(xué)方法

在過(guò)去的十幾年中，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和多媒體技術(shù)的應(yīng)用，工科院校中力學(xué)課程的教與學(xué)在形式和內(nèi)容上都發(fā)生了很大變化，比如：制作精良的多媒體課件，可以清楚的演示出絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)效果，與任課教師互動(dòng)等等.即便如此，還是有相當(dāng)一部分土木工程專業(yè)的學(xué)生仍然覺(jué)得學(xué)習(xí)力學(xué)課程“困難重重”.對(duì)于本科階段土木工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，接觸到的力學(xué)課程（固體方面）主要有理論力學(xué)，材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)，其中，彈性力學(xué)在很多高校屬于非學(xué)位課范圍，本文中的力學(xué)課程主要指前三種，即所謂的“三大力學(xué)”.力學(xué)課程對(duì)土木工程專業(yè)的重要性不需贅述，如何提高力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生在土木工程實(shí)踐中運(yùn)用力學(xué)知識(shí)的意識(shí)和能力，始終是廣大高校力學(xué)教師關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題[1,2].本文旨在對(duì)以學(xué)生為中心的鷹架式教學(xué)法進(jìn)行初步討論，并初步探討支架式教學(xué)法在力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用，以對(duì)應(yīng)當(dāng)前工程教育的需要，并希望能夠有利于促進(jìn)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變.

1 支架理論

支架理論是由前蘇聯(lián)心理學(xué)家維高斯基于上世紀(jì)三十年代提出的.根據(jù)該理論，可以將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力分為兩種：能夠獨(dú)立解決某個(gè)問(wèn)題的實(shí)際能力和在指導(dǎo)者的幫助下解決某個(gè)問(wèn)題的潛在能力.“支架”是將建筑中的腳手架比作指導(dǎo)者為學(xué)習(xí)者提供的學(xué)習(xí)上的支持.

支架式教學(xué)法，也稱“鷹架式教學(xué)法”，是由美國(guó)教育心理學(xué)家布魯納根據(jù)維高斯基的理論提出的教育模式[3]，主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)某種新的概念或技能時(shí)，教師在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)提供與學(xué)生的認(rèn)知層次相符合的支持、導(dǎo)引和協(xié)助，用以提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力的教學(xué)準(zhǔn)備，從而使學(xué)生能夠逐步獨(dú)立完成某項(xiàng)任務(wù)，即由較低的能力水平上升到較高級(jí)的能力水平.在早期，支架理論經(jīng)常被用于兒童學(xué)習(xí)方面，但近年來(lái)，研究人員和教育工作者開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到它也可以應(yīng)用于成年人的學(xué)習(xí)上，支架理論正在成為工程教育中新的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn).孫紅旗基于建構(gòu)主義理論討論了理論力學(xué)的教學(xué)方法[4]；屈本寧等人基于建構(gòu)主義討論了工程力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)新教育的模式與實(shí)施方法[5]；張廷剛探討了以問(wèn)題為中心的支架式教學(xué)策略[6]；張磊等人以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀的角度討論了在力學(xué)教學(xué)中課程設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容等方面需要注意的問(wèn)題[7].本文側(cè)重于對(duì)支架式教學(xué)法中支架的作用進(jìn)行初步討論，并對(duì)力學(xué)課程教學(xué)中以學(xué)生為中心的支架式教學(xué)法的適用性進(jìn)行初步探討.

2 力學(xué)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法

實(shí)際上，力學(xué)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以教師為教學(xué)主體的，對(duì)學(xué)生而言是典型的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式.教師在講臺(tái)上講，學(xué)生在下面記筆記，教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，也僅限于有限的提問(wèn)和回答.當(dāng)然，這種傳統(tǒng)方法是有其自身的優(yōu)勢(shì)的，比如，所有的課堂教學(xué)內(nèi)容都是經(jīng)過(guò)教師精心組織和安排的，教師來(lái)解釋所有的概念，分析例題，總結(jié)方法并分享個(gè)人相關(guān)經(jīng)驗(yàn).這樣的方式能夠做到在有限的課堂時(shí)間中覆蓋更多的信息，并且精準(zhǔn)、高效的傳達(dá)所有知識(shí)點(diǎn).但任何事物都有其兩面性，教師為學(xué)生提供了過(guò)于充分的信息，學(xué)生習(xí)慣了被動(dòng)的接受，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)就不會(huì)主動(dòng)思考，也不愿意主動(dòng)思考，甚至在教師不斷提出問(wèn)題，啟發(fā)引導(dǎo)的情況下，還是無(wú)法調(diào)動(dòng)一部分學(xué)生主動(dòng)思考的積極性.筆者就曾經(jīng)聽(tīng)一位同事抱怨過(guò)：現(xiàn)在的學(xué)生，大腦都退休了（筆者深有同感）！雖然夸張了些，但還是在一定程度上反映出目前學(xué)生在課堂上的狀態(tài)以及教師對(duì)此的無(wú)奈.

3 力學(xué)課程中的支架式教學(xué)法

3.1 支架的作用

在考慮實(shí)施以學(xué)生為中心的支架式教學(xué)法時(shí)，一個(gè)中心問(wèn)題是如何在這樣的環(huán)境中提供學(xué)生所需要的支持，以確保學(xué)生能夠達(dá)到既定的“更高級(jí)的能力水平”.“支架”是在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程中給予學(xué)生必要的支持和協(xié)助，這種支持應(yīng)該能夠充分利用學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)來(lái)幫助他們完成學(xué)習(xí)任務(wù)并獲得超出他們既有能力的能力.支架對(duì)學(xué)生的影響主要體現(xiàn)在學(xué)生目前需要通過(guò)支架的幫助才能完成的某項(xiàng)任務(wù)，在以后或?qū)⒉恍枰Ъ芏軌颡?dú)立完成.其結(jié)果就是，支架使學(xué)生在新的情況下能夠獨(dú)立執(zhí)行新的任務(wù).合理的“支架”可以從以下幾方面考慮：

首先，支架不僅要對(duì)學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)提供支持，還要能夠使學(xué)生獲得在未來(lái)獨(dú)立完成目標(biāo)任務(wù)的能力.舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，計(jì)算器就沒(méi)有資格作為“支架”，因?yàn)樗荒苤С之?dāng)前的計(jì)算需求，而不能幫助學(xué)生在未來(lái)獨(dú)立地（即沒(méi)有使用計(jì)算器）進(jìn)行計(jì)算.而作為計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算軟件的結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，就可以被視為“支架”，它不但可以幫助學(xué)生求解問(wèn)題，而且其結(jié)果和建模計(jì)算過(guò)程可以幫助學(xué)生校核自己的計(jì)算結(jié)果，熟悉計(jì)算過(guò)程，培養(yǎng)對(duì)桿系結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布情況定性分析的能力，提高獨(dú)立求解問(wèn)題的準(zhǔn)確率，并且為以后矩陣位移法甚至有限元法的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).而且雖然名字叫“結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器”，但實(shí)際上在材料力學(xué)階段就可以引入到課堂教學(xué)中，在從材料力學(xué)過(guò)度到結(jié)構(gòu)力學(xué)的過(guò)程中，這個(gè)“支架”的提供的支持內(nèi)容也從桿件結(jié)構(gòu)過(guò)渡到桿系結(jié)構(gòu).

第二，支架不僅需要利用學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)（或幫助學(xué)生建立已有的知識(shí)框架），而且與不斷進(jìn)行的學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)估密切相關(guān).因此，只是簡(jiǎn)單地告訴學(xué)生該做什么或如何做，是不符合支架的要求的.教師首先需要了解學(xué)生的相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備（建立已有知識(shí)框架），再?zèng)Q定在目前的學(xué)習(xí)階段應(yīng)該提供哪些必要的支持和適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性問(wèn)題，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中給予學(xué)生適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，最后依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)反應(yīng)（學(xué)習(xí)效果評(píng)估）決定下一個(gè)階段的指導(dǎo)方法和內(nèi)容.理論力學(xué)是土木工程專業(yè)的學(xué)生在本科階段學(xué)習(xí)的第一門力學(xué)課程，下面以理論力學(xué)中靜力學(xué)內(nèi)容為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明一下支架的這一作用.靜力學(xué)中物體的受力分析和平衡方程是重點(diǎn)內(nèi)容，實(shí)際上，在高中物理的力學(xué)部分中已經(jīng)對(duì)平面匯交力系的合成與分解（作用在質(zhì)點(diǎn)上的力）、部分靜力學(xué)公理（如力的平行四邊形法則，三力平衡匯交定理等）給予了充分的說(shuō)明.在理論力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生已經(jīng)掌握的匯交力系的相關(guān)知識(shí)，提出引導(dǎo)性問(wèn)題：根據(jù)平面匯交力系的合成結(jié)果，如何寫出相應(yīng)的平衡方程？→如果是空間匯交力系，合成結(jié)果和平衡方程會(huì)有什么不同？→對(duì)于平面任意力系，應(yīng)該怎么合成？（此時(shí)要提供必要“支持”，引入力的平移定理.）

第三，在新知識(shí)的學(xué)習(xí)中，支架需要簡(jiǎn)化一些任務(wù)元素，同時(shí)保留和突出另一些任務(wù)元素的復(fù)雜性.簡(jiǎn)化任務(wù)是為了使學(xué)生盡可能的有意義的參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中；保留和突出部分復(fù)雜性是為了把學(xué)生的注意力集中在某一個(gè)或幾個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題上，學(xué)生在支架的幫助下解決這些重點(diǎn)問(wèn)題從而獲得能力的提升.支架可以由教師提供，也可以來(lái)自同組的合作學(xué)習(xí)者或者是電腦.這些支架構(gòu)成一個(gè)整體，彼此之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成一個(gè)強(qiáng)大的教學(xué)支持網(wǎng)絡(luò).

總之，適當(dāng)?shù)闹Ъ芸梢杂行У臏p少學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，并且有利于教師對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的管理.適當(dāng)?shù)闹Ъ芤矐?yīng)該能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和策略分析能力，確保學(xué)生積極主動(dòng)的參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，并幫助學(xué)生完成較為復(fù)雜的任務(wù).所有這些最終都有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.

3.2 支架式教學(xué)法與自主學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)

支架式教學(xué)法的一個(gè)重要的好處是，它使學(xué)習(xí)者積極參與制定自己的學(xué)習(xí)目標(biāo).設(shè)定目標(biāo)是自主學(xué)習(xí)開(kāi)始階段的一個(gè)重要組成部分.允許和支持學(xué)生設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)可以提高他們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可能性.當(dāng)然，教師對(duì)學(xué)生設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)要進(jìn)行評(píng)估并給出建議，以防止部分學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)過(guò)于模糊或過(guò)于“遠(yuǎn)大”而無(wú)法實(shí)現(xiàn).此外，在教學(xué)過(guò)程中，還應(yīng)讓學(xué)生回顧各自在學(xué)期初設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，以認(rèn)識(shí)到自己的進(jìn)步并根據(jù)學(xué)習(xí)情況調(diào)整下一步的學(xué)習(xí)目標(biāo).要求學(xué)生定期回顧自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)是提高學(xué)生參與學(xué)習(xí)的意識(shí)和使學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)成果承擔(dān)更多責(zé)任的又一重要因素.因?yàn)楫?dāng)學(xué)生明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，學(xué)生就不會(huì)只是消極被動(dòng)的接受教師提供的相關(guān)支持.在不同的學(xué)習(xí)階段，教師控制學(xué)習(xí)進(jìn)程，負(fù)責(zé)提供相應(yīng)的支架支持，并鼓勵(lì)學(xué)生之間的同伴合作.以后的學(xué)習(xí)過(guò)程由學(xué)生主導(dǎo)，學(xué)生在支架的幫助下設(shè)立目標(biāo)，主動(dòng)探索問(wèn)題，主動(dòng)思考，提出問(wèn)題，觀察解釋，尋找答案，得到結(jié)論并總結(jié)經(jīng)驗(yàn).隨著學(xué)生對(duì)新的學(xué)習(xí)任務(wù)越來(lái)越有信心，支架可以逐步移除，最終學(xué)生能夠獨(dú)立完成同樣的工作任務(wù)使學(xué)生具備主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)并最終成為自主學(xué)習(xí)者是支架式教學(xué)的最終目標(biāo).

應(yīng)用支架式教學(xué)法，最重要的是需要改變傳統(tǒng)觀念.教師不再是教學(xué)的主體，不只是站在教室前面控制課堂教學(xué)，而是成為課堂教學(xué)的促進(jìn)者，資源提供者和過(guò)程評(píng)估員，學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中起到更積極的作用.從教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方式來(lái)看，在力學(xué)課程教學(xué)中使用支架式教學(xué)法是具備一定優(yōu)勢(shì)的.首先，從高中時(shí)期物理課程中的力學(xué)內(nèi)容到本科階段的三大力學(xué)，相關(guān)知識(shí)內(nèi)容是相互銜接，逐步深入的，這就為建立“充分利用學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)”的支架提供了有利條件；其次，現(xiàn)階段力學(xué)課程的學(xué)時(shí)普遍縮減，利用支架式教學(xué)法可以更高效的利用課堂時(shí)間；此外，不論學(xué)生以后從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑施工還是其他相關(guān)行業(yè)，很可能都需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)力學(xué)知識(shí)，因此培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力和自覺(jué)性也是本科階段力學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)，正如二百年前德國(guó)的教育宣言曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的：“教育的目的，……不是著眼于實(shí)用性的知識(shí)和技能，而是要喚醒學(xué)生的力量，培養(yǎng)他們自我學(xué)習(xí)的主動(dòng)性……，以便他們?cè)谀壳盁o(wú)法預(yù)料的種種未來(lái)局勢(shì)中，自我做出有意義的選擇.”

4 結(jié)束語(yǔ)

本文僅是對(duì)支架式教學(xué)法中支架的作用做了初步探討.在不同的力學(xué)課程中如何提供適當(dāng)?shù)闹Ъ埽绾斡行У膭?dòng)態(tài)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果等等，這些問(wèn)題實(shí)際上是對(duì)教師能力的更大考驗(yàn).如果教師自己都不知道什么是自主學(xué)習(xí)者，也就不能指望在自己的學(xué)生中培養(yǎng)出自主學(xué)習(xí)者.從理論上講，任何一種教學(xué)方法，無(wú)論它有多好，都不可能滿足所有的教育目的.討論任何一種方法是否更好或更有效，都需要更深入的研究.因此，對(duì)于支架式教學(xué)法的應(yīng)用，值得也有待于進(jìn)一步的努力和探索.

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1673-260X（2017）06-0044-03

2017-02-17

安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2016A599）；安徽省高校優(yōu)秀中青年骨干人才國(guó)內(nèi)外訪學(xué)研修重點(diǎn)項(xiàng)目（gxfxZD2016217）