同化教學(xué)理論在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用舉例

劉歡歡　趙麗君

【摘 要】針對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程特點(diǎn)和教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，筆者嘗試以同化教學(xué)理論為基礎(chǔ)，從先行組織者教學(xué)策略出發(fā)，將“漸進(jìn)分化，融會(huì)貫通”教學(xué)原則運(yùn)用于靜定結(jié)構(gòu)位移分析的教學(xué)實(shí)踐中，將教學(xué)理論和教學(xué)實(shí)踐合理結(jié)合，有助于提高課堂效率。

【關(guān)鍵詞】同化；先行組織者；漸進(jìn)分化；結(jié)構(gòu)力學(xué)

中圖分類號(hào)： G633.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）31-0140-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.068

【Abstract】According to the characteristics of structural mechanics course and Problems founding in teaching， basing on the assimilation teaching theory and the Advance organizer teaching strategy， The author tries to Applying the teaching principle of gradual differentiation and integration to the teaching practice of static structural displacement analysis. Reasonably combine teaching theory with teaching practice， Which helps to raise the class efficiency.

【Key words】Assimilation； Advance organizer； Gradual differentiation； Structural mechanics

0 引言

結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課之一，與砼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等專業(yè)課相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系緊密，學(xué)生對(duì)該課程的掌握程度將影響到專業(yè)課的展開和進(jìn)行。同時(shí)，由于該課程理論性較強(qiáng)，可操作性相對(duì)較弱，涉及概念較多且方法迥異，分析過程邏輯性強(qiáng)，在教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映獨(dú)立面對(duì)時(shí)舉手無措，不知從何處入手分析問題，特別針對(duì)相似問題不清楚采用哪一種分析方法，究其原因是沒有完全把新知識(shí)整合在自身的知識(shí)體系中，故很難做到靈活運(yùn)用。本文從奧蘇貝爾的同化教學(xué)理論出發(fā)，以靜定結(jié)構(gòu)位移分析為例，淺談“漸進(jìn)分化，融會(huì)貫通”教學(xué)原則及“先行組織者”的教學(xué)策略在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的應(yīng)用[1]。

1 同化教學(xué)理論簡(jiǎn)介

奧蘇貝爾認(rèn)為，學(xué)習(xí)者能夠積極主動(dòng)地從自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系中找出與新知識(shí)存在某種聯(lián)系的舊知識(shí)，然后利用這種聯(lián)系將新舊知識(shí)整合形成新的知識(shí)體系，這才是有意義的學(xué)習(xí)。此過程是變化的，結(jié)果使學(xué)習(xí)者的認(rèn)知知識(shí)結(jié)構(gòu)不斷壯大和發(fā)展，新舊知識(shí)相互作用的過程稱為“同化”[2]。根據(jù)同化理論，有意義學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)必須具備兩個(gè)條件：（1）學(xué)習(xí)者本人具備積極學(xué)習(xí)的意愿和動(dòng)機(jī)；（2）學(xué)習(xí)任務(wù)能夠與學(xué)習(xí)者原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí)儲(chǔ)備發(fā)生非人為的必然的聯(lián)系[3]。

如何幫助學(xué)生進(jìn)行有意義地學(xué)習(xí)呢？作為授業(yè)者，除了從情感角度引導(dǎo)學(xué)生樹立積極的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)之外，更需要立足于課堂幫助學(xué)生建立這種必然的聯(lián)系。奧蘇貝爾在有意義學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，主張“漸進(jìn)分化，融會(huì)貫通”教學(xué)原則，即教學(xué)過程遵循從一般到個(gè)別，先從最一般，概括性強(qiáng)的概念或知識(shí)出發(fā)，然后根據(jù)具體條件再細(xì)化，通過對(duì)不同細(xì)化的新知識(shí)進(jìn)行類比、分析，找出它們各自的適用條件，對(duì)一般新知識(shí)和細(xì)化新知識(shí)進(jìn)行整合，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探討各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的異同，能夠舉一反三，活學(xué)活用。為了遵循此教學(xué)原則，將“先行組織者”教學(xué)策略運(yùn)用在教學(xué)過程。在學(xué)習(xí)新知識(shí)之前，教師根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)提供給學(xué)生一個(gè)簡(jiǎn)短的學(xué)習(xí)材料，最好是學(xué)生已熟知的知識(shí)和材料，該材料簡(jiǎn)明概括，且容易被理解，稱之為“先行組織者”，它為新知識(shí)的學(xué)習(xí)提供可以利用的聯(lián)系點(diǎn)，說明新舊知識(shí)之間存在的共同性；同時(shí)明確新舊知識(shí)之間的本質(zhì)區(qū)別，說明新舊知識(shí)之間的存在的差異性[4-5]。

2 同化教學(xué)理論在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用——以靜定結(jié)構(gòu)位移分析為例

在第4章《靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算》[6]教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，由于本章內(nèi)容涉及到多個(gè)位移計(jì)算公式，學(xué)生對(duì)不同的靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移分析時(shí)容易混淆不清，即使同一種結(jié)構(gòu)，外作用不同，如荷載作用，溫度改變作用或支座移動(dòng)作用不同，學(xué)生也不能夠?qū)ο鄳?yīng)的位移分析方法做出合理的選擇。針對(duì)這種情況，嘗試采取同化教學(xué)理論進(jìn)行分析。

2.1 引入“先行組織者”—虛功原理

對(duì)于虛功原理，并不側(cè)重它的推導(dǎo)過程，這樣可能會(huì)加重學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)，從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度闡述，物體外力做功轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存在變形體內(nèi)部，即外力所做的虛功之和等于內(nèi)力所做的虛功之和，即W外=W內(nèi)，學(xué)生對(duì)能量的概念十分熟悉，在中學(xué)已經(jīng)接觸過，并且也容易理解能量的守恒。在此強(qiáng)調(diào)力狀態(tài)和位移狀態(tài)是相互獨(dú)立的，沒有因果關(guān)系，真實(shí)的位移狀態(tài)包括未知位移ΔK、支座位移ci及軸向位移、剪切位移、彎曲變形三種變形位移；假設(shè)一個(gè)力狀態(tài)，即外力包括單位荷載PK=1和支座反力Ri，內(nèi)力包括截面彎矩M、剪力Q和軸力N，故得PKΔK+∑Rici=∑？蘩Ndu+∑？蘩Mdφ+∑？蘩Q？酌ds。由此引出本章的教學(xué)重點(diǎn)——單位荷載法求解靜定結(jié)構(gòu)位移。

2.2 逐級(jí)分化，融會(huì)貫通—一般到個(gè)體

本章內(nèi)容呈現(xiàn)的順序?yàn)橐话阄灰乒降骄唧w位移公式，體現(xiàn)了一般到細(xì)化的原則。由“組織先行者”得到一般位移公式如下：ΔK=∑？蘩Ndu+∑？蘩Mdφ+∑？蘩Q？酌ds-∑Rici，適用于任意的靜定平面桿系結(jié)構(gòu)在外作用下的位移分析。一般位移公式高度概括新知識(shí)所包含的內(nèi)容，是相關(guān)內(nèi)容的精華所在，具有抽象性、概括性、簡(jiǎn)潔性的特點(diǎn)，剛開始學(xué)生不容易很快理解和掌握，因此，采用逐級(jí)分化的方式，從一般到個(gè)體，根據(jù)外作用條件不同和結(jié)構(gòu)形式不同進(jìn)行細(xì)分。