建筑學(xué)專業(yè)力學(xué)教學(xué)難點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略探索

譚文娟 （山東工藝美術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250300）

建筑力學(xué)是在建筑學(xué)專業(yè)中開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，融合了理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本內(nèi)容，且以結(jié)構(gòu)力學(xué)為主要學(xué)習(xí)對(duì)象。把三門力學(xué)精簡到建筑力學(xué)一門課程來授課，避免了各門課程相互獨(dú)立，有利于建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生建立起相對(duì)整體的力學(xué)思維，當(dāng)然，這也給建筑力學(xué)的教和學(xué)帶來的困難和挑戰(zhàn)。要求授課教師能夠?qū)品钡牧W(xué)內(nèi)容有一個(gè)精準(zhǔn)而又全面的精簡和概括；同時(shí)要求學(xué)生要具備良好的理科素養(yǎng)和邏輯思維能力，能夠在老師的引導(dǎo)下，循序漸進(jìn)地高效率掌握力學(xué)的本質(zhì)內(nèi)核。筆者在十幾年的力學(xué)教學(xué)中，就如何較好地完成建筑力學(xué)教學(xué)任務(wù)，有以下幾點(diǎn)教學(xué)思考和感受。

1 以探究式教學(xué)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性

探究性教學(xué)是指在教學(xué)過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生，通過以“自主、探究、合作”為特征的學(xué)習(xí)方式，對(duì)有關(guān)教學(xué)內(nèi)容中的主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、深入探究并進(jìn)行小組合作和交流，從而較好地達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)中關(guān)于情感目標(biāo)與認(rèn)知目標(biāo)的一種教學(xué)模式。

建筑力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，其中的力學(xué)理論雖是對(duì)自然界當(dāng)中力學(xué)現(xiàn)象的一個(gè)高度概括和總結(jié)，有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某橄蟮倪壿嬓院秃軓?qiáng)的學(xué)科特點(diǎn)。對(duì)沒有任何工程背景的建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生來講，學(xué)起來的難度是比較大的。對(duì)于抽象的力學(xué)概念，對(duì)具體怎么發(fā)現(xiàn)力學(xué)作用環(huán)境或重構(gòu)力學(xué)作用模型存在學(xué)習(xí)困難。比如力學(xué)中一個(gè)常見的力學(xué)概念——力偶，在教材和授課中，都有相關(guān)案例的分析解釋，但是在列力系平衡方程的時(shí)候，卻總是有一定比例的學(xué)生會(huì)出錯(cuò)，或是在力矩方程中漏掉了力偶對(duì)矩心的力矩，這是一個(gè)出現(xiàn)頻率較高的常見錯(cuò)誤。究其原因，還是學(xué)生沒有真正主動(dòng)地把力學(xué)和生產(chǎn)、生活實(shí)例緊密連接起來。教材都列舉了案例，課堂上老師講得清楚，學(xué)生聽得明白，但過后很容易忘記和混淆，這說明當(dāng)堂的理解和明白只是一個(gè)即時(shí)的理論認(rèn)識(shí)，沒有真正從教學(xué)模型構(gòu)建中理解概念，對(duì)應(yīng)實(shí)質(zhì)和實(shí)際，這與遺忘理論中的提取失敗理論（theory of extraction failure）有些類似。如果能引導(dǎo)學(xué)生自己去挖掘與其相關(guān)的生活常識(shí)，讓他們自己去體驗(yàn)和應(yīng)用，勢必會(huì)加強(qiáng)對(duì)一個(gè)抽象概念的認(rèn)識(shí)和理解。在筆者后期的教學(xué)里，就讓同學(xué)們主動(dòng)參與到對(duì)力偶的發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)總結(jié)當(dāng)中來，隨機(jī)布置的一道力偶趣味作業(yè)，最終呈現(xiàn)出來的作業(yè)結(jié)果非常令人驚喜，有圖文并茂的總結(jié)，有活潑有趣的小視頻，雖是一道選做題，但是同學(xué)們的積極性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)期，對(duì)生產(chǎn)、生活場景中的力偶進(jìn)行了全面的撒網(wǎng)式的總結(jié)，從轉(zhuǎn)動(dòng)汽車方向盤、打開水龍頭、擰動(dòng)鑰匙到平常的轉(zhuǎn)筆小游戲等等，結(jié)合的案例很多，也很貼切。這個(gè)作業(yè)最大的收獲就是在最后的考試中，因力偶出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致靜力平衡方程出錯(cuò)的比例大大降低，只有個(gè)別同學(xué)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，不及格率也是大大降低。

2 掌握必要的計(jì)算方法，是建立整體力學(xué)思維必不可缺少的手段和方法

在數(shù)量眾多的建筑力學(xué)課程教學(xué)改革的論文中，幾乎都在關(guān)注一個(gè)焦點(diǎn)問題，那就是對(duì)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生來講，是否有必要進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)計(jì)算能力訓(xùn)練和儲(chǔ)備。大多數(shù)人認(rèn)為建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生只要能夠建立起力學(xué)思維即可，而計(jì)算能力和訓(xùn)練不是必要的。

不過筆者在教學(xué)實(shí)踐中會(huì)發(fā)現(xiàn)，一些抽象的概念，比喻剪力、彎矩和扭矩等等，在非常抽象的語境下，如果不加以必要的內(nèi)力計(jì)算，學(xué)生很難真正地去理解和掌握內(nèi)力的相關(guān)概念，更別說在工程中能夠靈活地運(yùn)用力學(xué)原理了。

建構(gòu)主義的認(rèn)識(shí)發(fā)展心理學(xué)認(rèn)為，在初步了解和理解新知識(shí)之后，學(xué)習(xí)者還需要經(jīng)歷知識(shí)建構(gòu)（即新知識(shí)與原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)相互作用）及知識(shí)運(yùn)用（即新知識(shí)與真實(shí)情景相互作用）的過程，才能真正掌握知識(shí)。由此可見，在建筑力學(xué)的學(xué)習(xí)中，對(duì)于力學(xué)問題的計(jì)算方法、計(jì)算原理、計(jì)算技巧，是知識(shí)建構(gòu)的一個(gè)過程，這個(gè)過程是必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如果直接就躍層到知識(shí)運(yùn)用，是一種空想和對(duì)計(jì)算困難的一種逃避，不能從根本上解決問題。與此同時(shí)，掌握必要的計(jì)算方法和計(jì)算技巧，也是應(yīng)對(duì)目前注冊(cè)建筑師考試的一種高效的學(xué)習(xí)策略。目前的注冊(cè)建筑師考試中的六門客觀考試科目中，不及格率最高的是建筑結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)包含了建筑力學(xué)和建筑結(jié)構(gòu)兩大部分內(nèi)容，涉及計(jì)算比較多的就是建筑力學(xué)，而結(jié)構(gòu)也是以力學(xué)為基礎(chǔ)的，所以建筑結(jié)構(gòu)這門考試是否能順利通過，關(guān)鍵就是看考生對(duì)力學(xué)部分是否熟練掌握。

建筑結(jié)構(gòu)的考試大綱：對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)基本了解……能定性識(shí)別桿系結(jié)構(gòu)在不同荷載下的內(nèi)力圖、變形形式及簡單計(jì)算。通過對(duì)近幾年考試真題的分析，定性識(shí)別的難度要比定值求出一個(gè)截面的內(nèi)力或定值求出一構(gòu)件的內(nèi)力圖難多了。沒有扎實(shí)的指定截面的內(nèi)力計(jì)算功底，要定性識(shí)別構(gòu)件的內(nèi)力圖的困難很大，定性一定是在大量定量的實(shí)踐基礎(chǔ)上才能達(dá)到的一個(gè)綜合能力的體現(xiàn)。

建筑構(gòu)思是一個(gè)嚴(yán)密的邏輯性過程，大多數(shù)建筑師在設(shè)計(jì)過程中呈現(xiàn)出清晰的系統(tǒng)性和邏輯性。如弗蘭克.勞埃德.萊特在約翰遜制蠟公司辦公大樓的設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的蘑菇樹柱，萊特在沒有計(jì)算的情況下繪出柱子的尺寸，經(jīng)結(jié)構(gòu)工程師的驗(yàn)算完全符合受力要求，甚至在施工時(shí)受到了威斯康星建筑署的嚴(yán)重質(zhì)疑，但是經(jīng)過現(xiàn)場澆筑樹柱模型試驗(yàn)測試，其承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)要求，其獨(dú)特的造型和合理的力學(xué)原理得益于其曾經(jīng)的結(jié)構(gòu)專業(yè)的學(xué)習(xí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的精確把握，讓其獨(dú)一無二的設(shè)計(jì)成為可能。因此掌握一定的計(jì)算技巧、提高計(jì)算能力對(duì)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生來講，也是提高其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力的一個(gè)途徑，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心全面處理問題的有效方法。

3 加強(qiáng)課程教學(xué)活動(dòng)之間相關(guān)學(xué)科的交叉融合貫通

藝術(shù)院校的授課形式多采用集中單元式上課。對(duì)力學(xué)這樣的理論課程，集中上課的方式會(huì)使學(xué)習(xí)效率大打折扣，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)這門課程失去興趣。連續(xù)幾周的集中學(xué)習(xí)，大部分同學(xué)能通過考試，看起來是直接的教學(xué)目的達(dá)到了，但是學(xué)生們后續(xù)在設(shè)計(jì)課程或是建筑結(jié)構(gòu)課程中對(duì)力學(xué)理論的實(shí)際應(yīng)用，往往卻是不甚如人意。課程間缺少有效的銜接和溝通，學(xué)生很難能夠自主地把老師所授知識(shí)融入到自己的知識(shí)體系當(dāng)中。力學(xué)課程結(jié)束之后的一個(gè)學(xué)期甚至兩個(gè)學(xué)期之后的建筑結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)選型課，結(jié)構(gòu)老師往往需要重新講解相關(guān)的力學(xué)知識(shí)，使得本來就緊張的課時(shí)因?yàn)橹貜?fù)講解而更加緊張，教學(xué)效果和教學(xué)目的在一定程度上很難保障。

究其原因我們不難發(fā)現(xiàn)，無論是建筑力學(xué)還是建筑結(jié)構(gòu)，其實(shí)都是為建筑設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)的。而上述集中上課的方式，把各門課程的教學(xué)完全割裂開來，使課程之間的鏈接大大削弱，力學(xué)和結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不能夠得到很好的運(yùn)用。學(xué)生在設(shè)計(jì)中幾乎不會(huì)考慮結(jié)構(gòu)的問題，等建筑結(jié)構(gòu)開課之后，再分析之前的建筑設(shè)計(jì)方案，會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上不合理或相矛盾的問題很多：梁放在了窗戶上；柱子設(shè)在房間中央；承重墻沒有支撐等等。學(xué)生在方案設(shè)計(jì)時(shí)，建筑和結(jié)構(gòu)之間的矛盾沒有得到及時(shí)的解決和處理。這種課程之間的互動(dòng)滯后甚至是沒有互動(dòng)，使教學(xué)效果大打折扣，也是課程改革中亟需解決的一個(gè)問題。

筆者認(rèn)為，解決此問題的最好方法就是把力學(xué)和結(jié)構(gòu)等相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)課程貫穿到具體的設(shè)計(jì)課程當(dāng)中去，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中去引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題，并在力學(xué)和結(jié)構(gòu)老師的引導(dǎo)下，去解決問題。即以設(shè)計(jì)課為主線，將力學(xué)和建筑結(jié)構(gòu)等專業(yè)基礎(chǔ)課程和技術(shù)課程貫穿其中，形成“以綜合設(shè)計(jì)為主線,橫向聯(lián)合,縱向滲透,多學(xué)科交叉”的整合而開放的課程體系,來自多個(gè)相關(guān)學(xué)科的教師協(xié)同授課，從而加強(qiáng)教學(xué)資源整合。

總之，建筑力學(xué)的教學(xué)，既要培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成自然的科學(xué)觀，提高學(xué)生的邏輯思維能力；更要為學(xué)生的建筑設(shè)計(jì)服務(wù)為宗旨，提高教學(xué)的趣味性、務(wù)實(shí)性和實(shí)踐綜合性，真正地做到教學(xué)相長，學(xué)以致用。