結(jié)構(gòu)力學(xué)課程自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式構(gòu)建探討

龍曉鴻+李黎+樊劍+江宜城

摘要：針對(duì)目前高等教育大多以教師為中心而忽視學(xué)生自主性學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的問題，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)課程，分別從課堂自主學(xué)習(xí)模式、課外自主學(xué)習(xí)模式以及課程考核方式三方面開展課程自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式構(gòu)建，自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式有利于學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學(xué)；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)模式；考核方式

中圖分類號(hào)：G642.3；TU311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2017）06-0064-04

傳統(tǒng)的高等教育過于倚重知識(shí)傳承，以教師為中心，通過講授、板書和多媒體等方式把教學(xué)內(nèi)容傳遞或灌輸給學(xué)生。注重“教”的傳授過程，忽視“學(xué)”的認(rèn)知過程，忽視對(duì)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。不難想象，作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生，如果在整個(gè)教學(xué)過程中始終處于比較被動(dòng)的位置，肯定難以達(dá)到理想的教學(xué)效果，更不可能培養(yǎng)創(chuàng)造型人才，這就是傳統(tǒng)以教師為中心教學(xué)結(jié)構(gòu)的最大弊端。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是土木工程專業(yè)核心基礎(chǔ)課，對(duì)于土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)起關(guān)鍵作用。但與國(guó)外高校相比，國(guó)內(nèi)的授課學(xué)時(shí)數(shù)較多，自主學(xué)習(xí)內(nèi)容幾乎沒有或只是處于起步嘗試階段，學(xué)生已養(yǎng)成被動(dòng)接受教師講解的習(xí)慣，缺乏或喪失主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力和愿望。也就是說，教師課內(nèi)講得忙、講得多，而學(xué)生課后不自學(xué)、不思考，抄作業(yè)現(xiàn)象相當(dāng)普遍。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)新時(shí)期土木工程專業(yè)人才要求，因此，應(yīng)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，開展結(jié)構(gòu)力學(xué)課程自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式。

一、自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式

20世紀(jì)70年代以來，由于人本主義心理學(xué)的影響和學(xué)科教育研究對(duì)象及方法的轉(zhuǎn)變，自主學(xué)習(xí)引起重視。強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)方法認(rèn)為，教學(xué)活動(dòng)不僅應(yīng)促進(jìn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展，而且還應(yīng)促進(jìn)學(xué)生情感發(fā)展。馬克思關(guān)于人的全面發(fā)展理論，強(qiáng)調(diào)主體發(fā)展是教育的最高目的。他在強(qiáng)調(diào) “盡可能多方面發(fā)展”的同時(shí)，又強(qiáng)調(diào) “獲得充分的自由發(fā)展”[1]。只有所從事的活動(dòng)轉(zhuǎn)化為“自由、自覺的活動(dòng)”，才能使個(gè)人全面發(fā)展得到充分體現(xiàn)。主體性是人本質(zhì)的最高層次，是全面發(fā)展的根本特征。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，知識(shí)只有通過學(xué)生自身的再創(chuàng)造活動(dòng)，才能納入其認(rèn)知結(jié)構(gòu)。因此，教師應(yīng)在啟發(fā)引導(dǎo)下，讓學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)知識(shí)、認(rèn)識(shí)知識(shí)[2]。全方位建構(gòu)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，是現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力、自學(xué)能力和表達(dá)能力，為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打好基礎(chǔ)。文章分別從課堂自主學(xué)習(xí)模式構(gòu)建、課外自主學(xué)習(xí)模式構(gòu)建以及課程考核方式構(gòu)建等方面展開探討。

二、課堂自主學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

結(jié)構(gòu)力學(xué)在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起承上啟下作用。隨著時(shí)代和新型學(xué)科的發(fā)展，實(shí)踐環(huán)節(jié)和課程越來越多，結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)時(shí)不斷減少，因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)任課教師必須優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改變課內(nèi)授課方式。

（一）實(shí)施研究型教學(xué)

對(duì)一門課程而言，絕大多數(shù)時(shí)間都是任課教師講授，為充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，教師必須采取一定的課程教學(xué)（學(xué)習(xí)）策略。教師以課程內(nèi)容和科研學(xué)術(shù)背景為基礎(chǔ)，科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)提出問題、研究問題，在主動(dòng)學(xué)習(xí)和互動(dòng)討論中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高綜合素質(zhì)（圖1）。例如：

在單自由度體系自由振動(dòng)部分，需要計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率，一般采用剛度法或柔度法求解。如果教師僅通過幾道習(xí)題結(jié)束這部分講解，學(xué)生對(duì)這個(gè)專業(yè)概念的理解僅停留在書本上，無法將其與實(shí)際工程聯(lián)系。對(duì)此，教師可以“倫敦眼”的索張力為例介紹結(jié)構(gòu)頻率的應(yīng)用（圖2）?！皞惗匮邸钡木掭営梢幌盗欣|索固定，在正常使用一段時(shí)間后索張力有所損失，要進(jìn)行二次張拉來保證達(dá)到設(shè)計(jì)張力值。直接測(cè)量每根索的張力并不容易，一種可行的方法是對(duì)每根索施加橫向激勵(lì)使其產(chǎn)生自由振動(dòng)，然后測(cè)定索的固有頻率，通過F=4mL2f2（mL為索的總質(zhì)量，L為跨度，f為基頻）計(jì)算索張力，從而對(duì)拉索進(jìn)行補(bǔ)張拉。通過這個(gè)實(shí)例讓學(xué)生明白測(cè)試?yán)黝l率計(jì)算拉索張力的方法。

（二）團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)

結(jié)構(gòu)力學(xué)的先修課程是理論力學(xué)和材料力學(xué)。這三門課程中有些知識(shí)點(diǎn)重復(fù)。如理論力學(xué)中有關(guān)桁架的內(nèi)力計(jì)算，材料力學(xué)中靜定梁和靜定剛架的內(nèi)力圖計(jì)算，采用圖乘法計(jì)算靜定結(jié)構(gòu)位移，采用位移協(xié)調(diào)思想來求解超靜定梁位移等。針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)中涉及的這些知識(shí)點(diǎn)，任課教師可將其指定為自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)施“小先生”教學(xué)，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，確立學(xué)生的主體地位（圖3）。課前，“小先生”通過備課、查閱資料、制作PPT、設(shè)計(jì)圖表等各種方法搜集信息。其目的是鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、綜合能力、表達(dá)能力、展現(xiàn)能力，同時(shí)讓教師了解學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握情況。具體實(shí)施辦法為：開課第一天，由教師宣布題目，學(xué)生自由組合，3人一組選擇題目，第二周由班長(zhǎng)交與教師。學(xué)生以小組為單位，采用PPT形式準(zhǔn)備選題，講解5～10分鐘，由教師點(diǎn)評(píng)和打分。學(xué)生講解時(shí)間隨課程的進(jìn)程，由教師提早2周告知，將學(xué)生在該項(xiàng)的表現(xiàn)計(jì)入成績(jī)。

采取“請(qǐng)進(jìn)來，走出去”的形式，請(qǐng)企業(yè)工程師講課，介紹大工程、新技術(shù)。土木工程專業(yè)是實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)，為提高學(xué)生的工程意識(shí)，在結(jié)構(gòu)力學(xué)課中增設(shè)了工程師授課環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解專業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，開闊眼界，打開思路（圖4）。

三、課外自主學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

要想學(xué)好一門課程，除了在課堂上認(rèn)真聽講和積極思考外，還需要學(xué)生在課外投入大量的時(shí)間和精力，將課堂所學(xué)的知識(shí)消化和鞏固，逐步加強(qiáng)自學(xué)能力的培養(yǎng)。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的課外自主學(xué)習(xí)主要從以下四方面展開。

（1）發(fā)揮多媒體與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。依托已有的課程網(wǎng)絡(luò)資源，方便學(xué)生對(duì)課程時(shí)時(shí)跟蹤學(xué)習(xí)。例如，建立課程網(wǎng)站（http：//oc.hust.edu.cn），所有有關(guān)本課程的學(xué)習(xí)資料學(xué)生都可以下載或在線學(xué)習(xí)。向?qū)W生推薦國(guó)家資源共享課（www.icourses.cn），使學(xué)生感受國(guó)內(nèi)其他土木院校結(jié)構(gòu)力學(xué)教師講課的風(fēng)采，在對(duì)比中學(xué)習(xí)和提高。另外，為方便和快捷地與學(xué)生交流，建立結(jié)構(gòu)力學(xué)課程QQ群和微信群，使之成為作業(yè)布置以及學(xué)生與教師交流的平臺(tái)。充分發(fā)揮手機(jī)上網(wǎng)功能，通過教師的前期閱讀，有針對(duì)性地分享一些相關(guān)鏈接，如力學(xué)與實(shí)踐、建筑結(jié)構(gòu)以及有關(guān)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的微信公眾號(hào)，讓學(xué)生充分利用零碎時(shí)間。endprint

（2）研究小論文環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。規(guī)定論文撰寫格式，提高學(xué)生分析問題的能力，學(xué)會(huì)表達(dá)觀點(diǎn)的方法，養(yǎng)成獨(dú)立思考問題的習(xí)慣[3]。教師指定小論文題目。例如，不同結(jié)構(gòu)形式主要內(nèi)力及其特點(diǎn)分析。相同跨度和相同荷載（全跨受均布荷載q），可比較簡(jiǎn)支梁、伸臂梁、三角形三鉸拱、拋物線三鉸拱、梁式桁架、組合結(jié)構(gòu)等。 又如，分析位移計(jì)算時(shí)忽略軸向變形和剪切變形時(shí)引起的誤差。選取矩形截面細(xì)長(zhǎng)桿（h/l=1/8～1/18），分析荷載作用下，忽略軸向變形和剪切變形對(duì)位移的誤差?？梢匀斡蓪W(xué)生選題，參照各種教材和參考資料的思考題。有學(xué)生研究桁架的內(nèi)力隨節(jié)間數(shù)和高度的變化規(guī)律，有學(xué)生研究消振器的質(zhì)量和剛度對(duì)振動(dòng)控制效果的影響規(guī)律，有學(xué)生編寫基于能量法的框架結(jié)構(gòu)第一周期計(jì)算程序等。經(jīng)過多年積累，課程組編寫并出版課程學(xué)習(xí)參考書《結(jié)構(gòu)力學(xué)問題分析與探討》。

（3）課程大作業(yè)環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的計(jì)算分析能力。在課程學(xué)習(xí)中增加大作業(yè)環(huán)節(jié)。例如，在學(xué)生學(xué)完近似法后，可以布置多層多跨框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算大作業(yè)（圖5）。首先，教師編寫大作業(yè)任務(wù)書并下達(dá)給每位學(xué)生，通過不斷改變框架型式、跨度、層高、梁柱截面參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)人均一題，盡可能防止抄襲。要求水平荷載作用以反彎點(diǎn)法計(jì)算，豎向荷載作用采用分層法和二次力矩分配法計(jì)算，全部手算完成。然后，讓學(xué)生用電算（結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器）進(jìn)行復(fù)算，將計(jì)算結(jié)果與手算結(jié)果對(duì)比，說明近似法產(chǎn)生誤差的來源。最后，形成電子版的計(jì)算書，由教師批改并計(jì)入成績(jī)。通過該環(huán)節(jié)的鍛煉，學(xué)生結(jié)構(gòu)計(jì)算能力得到提高，同時(shí)也為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)打下較好基礎(chǔ)。

（4）課程認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)。安排認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)，其目的是讓學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)近距離觀察、認(rèn)識(shí)各種結(jié)構(gòu)，了解結(jié)構(gòu)傳力途徑，區(qū)分構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分，觀察結(jié)點(diǎn)和支座的構(gòu)造處理方式，以進(jìn)一步加深對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖的理解（圖6）。實(shí)習(xí)報(bào)告是學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的重要成果，學(xué)生應(yīng)認(rèn)真寫好實(shí)習(xí)報(bào)告，記載現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的內(nèi)容、所見所聞，記載自己的認(rèn)識(shí)收獲和存在的問題。

四、課程考核方式構(gòu)建

課程考試是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要途徑之一，普遍采取閉卷考試形式。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程作為一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，一次期末考試往往不能反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平與實(shí)踐應(yīng)用能力。為彌補(bǔ)單一課程考試的不足，課程采用“平時(shí)作業(yè)”“大作業(yè)”“小論文”“實(shí)習(xí)報(bào)告”“小組課堂交流”“期末考試”等多種形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行更全面、客觀的評(píng)價(jià)。課程學(xué)習(xí)覆蓋兩個(gè)學(xué)期（第一學(xué)期48學(xué)時(shí)，第二學(xué)期32學(xué)時(shí)）。第一學(xué)期學(xué)生成績(jī)構(gòu)成為：平時(shí)作業(yè)成績(jī)（15%）、靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖大賽（10%）、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)（5%）、課堂交流與考勤（10%）、期末考試成績(jī)（60%）。第二學(xué)期學(xué)生成績(jī)構(gòu)成為：平時(shí)作業(yè)成績(jī)（15%）、多層多跨框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算大作業(yè)（10%）、課程小論文（10%）、課堂交流與考勤（10%）、期末考試成績(jī)（60%）。

總之，通過對(duì)課程的全過程考核，旨在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)課程全過程的關(guān)注度和參與度，提升學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的熱情和興趣，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性[4]。

五、結(jié)語

自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式將給傳統(tǒng)教學(xué)輸入新鮮血液?，F(xiàn)實(shí)教育中重“教”輕“學(xué)”、重“傳授”輕“發(fā)現(xiàn)”，引發(fā)許多問題，教師應(yīng)關(guān)注如何在教學(xué)中解放學(xué)生，讓他們的獨(dú)立性得到充分發(fā)揮，內(nèi)部潛能得以釋放，從而更有效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。 要改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，變被動(dòng)為主動(dòng)，必須充分發(fā)揚(yáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神。通過勤于動(dòng)手、樂于探究的形式，培養(yǎng)獲取知識(shí)的能力，體驗(yàn)科學(xué)的過程和方法，主動(dòng)搜集和分析各種信息，善于與他人交流和合作。以結(jié)構(gòu)力學(xué)課程為研究對(duì)象，通過對(duì)課堂自主學(xué)習(xí)模式、課外自主學(xué)習(xí)模式以及課程考核方式的構(gòu)建開展課程自主學(xué)習(xí)教學(xué)模式教學(xué)實(shí)踐探索，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，全面提高學(xué)生的綜合能力，取得了較好的教學(xué)效果。

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