关于结构力学教学方法与手段的几点看法

张晓萌

[摘要]本文针对21世纪教学改革与创新,提出了结构力学课堂教学要让学生带着问题围绕中心展开教学,注重知识的融会贯通,开展讨论课,联系工程实际,加强其它环节的辅助教学,指出了一题多解是培养大学生创新能力与竞争意识的重要举措。

[关键词]结构力学教学 方法手段 创新

1 结构力学课堂教学,首先要做到“一个中心,几个基本点”“一个中心”,即该堂课的主题,是教师融合该堂课的一个主要知识点,要精要、简练,而不一定是教材上出现的章节标题。“几个基本点”,即是指本节课的“重点”、“难点”和相关“知识点”。教师以“一个中心,几个基本点”抓住主干线,再一个问题接一个问题沿着分支展开教学。教师讲解要言简意赅,突出重点、难点,强调原理、方法、步骤,抓住问题的本质,选例不在多而在精,要典型,有代表性,教师要精讲,讲深、讲透,便于学生能对内容进行拓展和延伸,培养学生的发散思维与开创能力。“一个中心,几个基本点”,可以用以下两种方式提出:

(1)课前先预习几分钟,让学生自己在上课一开始时就提出来,并要求学生哪些内容是要掌握的,那些内容是要理解的,打在屏幕的“页眉”处(或写在黑板的一角),时刻提醒学生,由学生的被动听课转变为研究型主动听课。学生带着问题听课,对教师讲解的知识面就具有针对性,能准确有效地摄取信息,理清思路,高效率地获取课堂知识,抓住重点,弄清楚难点,听课时还会不断提出新问题、新观点。小的问题他们“窃窃私语”,一边听课一边私底下与同桌解决了。若碰到自己解决不了的大问题就会举手,与老师展开讨论。学生是一个强大的接受教育的群体,群体之间对知识的领悟能力差别较大,提出的问题也五花八门,层出不穷。成绩好、领悟力强的学生提出的问题往往不容忽视,有些内容、观点等,有独到的一面,非常有创意,涵盖的范围也很广,一定程度上给教师引起进一步的深思。经常和这样的学生展开讨论、交流,教师也会从中受到不同程度的启发而受益,这就是所谓的“教学相长”。教师答疑时不能伤学生的自尊心,要顾及学生的心理,从学生的立场来考虑问题。一些学生理解能力强,接受与反映信息快,一点就通;个别学生喜欢“较真”,钻牛角尖,教师要有耐心,重在“点化”,讲清原理、方法,摆足道理,打比方,引例子,循循善诱。问题多了,课间的十分钟,相互讨论、交流的气氛十分活跃,学生不休息,教师也没有休息时间,但一样很快乐。

(2)以总结的方式结束该堂课,可以是教师总结,有时间也可以让学生自己总结,培养学生归纳、反思问题的能力,课后令人“余味无穷”,下一堂课前要求学生回顾,开挖旧内容,引出新知识,一样有“画龙点睛”之妙,收到极佳的教学效果。不带问题听课,学生显得盲目、被动,精神涣散,教学效果差。如果学生没有充分参与到教学活动的过程当中,尽管教师口若悬河,滔滔不绝,也不算是一堂成功的教学。 “一个中心,几个基本点”让学生带着问题自主学习,集中了学生的精力,充分发挥了学生学习的主动性、积极性,高效性,培养了学生独立思考的习惯,提高了学生归纳、总结、探索问题的能力。

2 注重知识的融合,多角度解析问题,加强引导,提高学生的理解能力与创新能力

2.1注重《结构力学》各章节知识的相互融合、贯通,提升学生综合运用能力《结构力学》教学内容基本上分为四部分:基本知识面、提高认识层面、研究深化面、运用实践面。基本概念、基本原理、定理、方法等都归结为基本知识面。基本知识一定要熟练掌握,并能消化吸收,在此基础上,才能谈提高认识、研究深化和运用实践。而为了便于内容的分块教学,编者按知识点分章节编排内容。这从一定程度上限制了学生综合运用知识的思维与能力。工程上的实际结构问题不是单一的、片面的、孤立的力学问题,力学条件复杂,力学形态多样,这就需要教师不但要教授学生丰富的理论知识、广博精深的专业知识,还要注重教学过程中各章内容的相互渗透性、综合开放性,鼓励学生参与具体的实践活动,培养学生合理建立力学模型的能力,培养学生具有综合运用解决实际问题的能力,在教学活动中进一步提高学生的认识活动,并就某一专题加以研究深化,激发学生的潜能,开创学生思维,培养学生勇于探索、追求真理、追求卓越的优良品性。帮助学生提高效率,提升解决实际问题的能力,彻底摒除“书到用时方恨少,事非经过不知难”的局面,培养即学能用的高素质的专业人才,是每一个教师的使命。

2.2注重力学各门课程之间知识的融合与渗透,加强引导结构力学是理论力学、材料力学的后继课程,三门课程内容相互联系,相互补充,不可分割。结构力学课堂教学,要重视各门课程之间知识的融合与渗透,碰到相关问题要及时指出,便于学生的回味与思考,多角度解析问题,加强学生对内容的理解与运用,同时要加强引导,开发学生潜力,鼓励学生积极探索解题方法与技巧,大胆构思,充分施展聪明才智,提高学生解决实际问题的运用能力以及开拓创新能力,培养综合运用型人才。教师对力学各门课程内容的相互融合,其实也从侧面反映了教师对于教学内容的组织、归纳与运用能力。教师对某一问题进行讲析,加强学生的理解,在此基础上进行延伸、拓展,不但增强了学生的信心,将被动学习转化为主动研究型学习,还能训练学生能举一反三,实事求是地具体问题具体分析、突破教材约束、能灵活变通的能力。

3 开设习题讨论课,加强学生自主分析、解决问题的能力结构力学是一门习题量较多的课程,学生听懂了,并不代表能做对题目。加强一定数量的习题练习,是学习理工类工程计算学科的重要环节,能对基本概念和方法有更细致深入的理解,在此基础上,才能谈开拓、创新。教师在每一章、节内容讲完以后,可根据学生实际情况结合工程实践与社会生活专门安排习题讨论课,激发学生的主观能动性,从讨论活动中将知识升华。课堂教学中,可采用“一对一”帮扶制,以班为单位,全班分为几个小组,成绩好的与成绩差的相互搭配,各小组进行讨论交流,解决未曾弄清的问题,巩固所学知识,加深概念印象,加强内容理解,拓宽思路,培养其自主学习、自我解决问题的能力。学生是一个强大的智慧团体,教师要挖掘学生潜力,开启智慧之门,鼓励学生多思考,敢于向教师挑战,向权威挑战,在讨论的学习过程中寻求新的思想灵魂,从理论和实践中寻求问题的真谛。狄德罗说:“精神的浩瀚、想象的活跃、心灵的勤奋:就是天才。”思考前人未曾想到的问题,探索前人未曾涉及的领域,寻求更加广阔博深的前景,培养学生勤动脑,勤思考,养成不断探索问题并能解决问题的良好习惯,为社会培养具有创新型人才的智囊团体。这种“一对一”帮扶制,不仅用于课内,还可用于课外。不但学生学到了知识,开创了思维,活跃了课堂教学气氛,还加强了教师与学生之间的沟通,学生与学生之间的交流与合作,为将来的团队合作精神奠定了基础。此外,教师在讲完当堂课内容以后,也应针对课程内容的重点、难点以及相关知识点结合工程实践、社会生活布置思考练习题。教材上的课后思考练习题,大多理论分析计算的多,因此,为不断满足学生的求知欲望,适应时代改革创新的节奏,教师很有必要结合学生的学习情况,选编相关习题。习题集是对教材的一种补充和消化,可以帮助学生快速有效地理解基本概念、掌握基本原理、计算方法,延伸与拓展教学内容,提升学生的计算能力与水平,为学生考研、考博等继续深造打下了坚实的基础,也为学生接触实际工程问题作好了基础理论、计算能力的铺垫;《计算力学》常选用工程实例,并要求学生先建立力学模型,探求边界条件,模拟实际条件假定荷载进行编程计算或选用诸如ANSYS工程软件进行计算,既增强了学生的学习兴趣,又大大提高了学生掌握理论知识的水平,提高了解决工程实际问题的能力。

4 一题多解,开发学生智力,培养学生思维能力,提升学生创新能力一题多解,可以开阔学生知识视野,活跃学生的思维,充分给学生想象的空间与自由,培养学生从不同角度用不同的方法解决问题。一题多解,将学生的被动式解题转变为研究型主动探索,既锻炼了学生求异性、跨越性、综合辨证的思维能力,又克服了学生单一思想、固化模式与僵化思维;既深化了学生对于基本概念、原理的理解,又融合了不同内容、形式、方法的运用,加强了学生对知识的融会贯通能力。在李廉锟教授主编的《结构力学》(第四版)118页中的习题,是用图乘法求c截面处竖向线位移。这道题看起来很简单,但做错的学生不少。原因是没有弄清楚“标准抛物线”的定义。教师要讲清楚“标准抛物线”的定义:顶点分布在端点或中点,顶点处的切线平行底边,或由弯矩与剪力的微分关系可知:顶点处剪力为零。而要找出该顶点的剪力极其容易,问题便迎刃而解。类似的一题多解例子很多,比如在力法一章中,本着“超静定次数不变,但基本体系可以有多种形式”原则,针对李廉锟教授主编的《结构力学》(第四版)教材127页图7-5,学生选取了八种不同的基本体系,既巩固了第二章所学的“平面体系的机动分析”,又提高了学生兴趣,锻炼了他们的思考能力,培养其创新精神,可谓是一举多得。多种方法从不同角度、不同层面解析问题,让学生对各种方法进行比较,加深了学生对知识的理解与深化,活跃了学生的思维,开发了学生智力,激发其学习动力与热情,提升学生创新意识与创新能力,加强了学生灵活应对问题的变通能力,培养了学生的开放、竞争、淘汰、优选意识。当今时代,行业竞争激烈,“一题多解”不失是为社会培养充满生机与活力的具有强烈竞争意识的优秀工程技术人才的一项重要举措。

5 辅助教学

5.1多媒体辅助教学多媒体课件,既不是讲稿的重现,也不是板书的代替,而是起到教辅作用,教师可合理取材,充分运用科研前沿课题和最新成果来启迪学生的创造性:增加相关工程图片资料,动画制作;根据实际工程增设相关典型例题、练习题,拓宽学生思维;演示公式推导,强调定理、原理、方法等。借助于课件,可以使先进的教学理念、教学内容和方法得到实现和发挥;借助于多媒体辅助教学,可以节省课时,加大信息量,丰富和充实教学内容,提高效率;多媒体课件内容既要与教材同步,又要能紧密联系工程实际;适当增加动画效应,让学生感觉直观、形象、生动有趣,既活跃了课堂气氛,又增加了学生的学习兴趣。有利于调动学生的学习积极性、主动性,激发学生的学习潜能;有利于重点的突出、难点的解析;有利于知识点的重现回放,加深学生印象,进一步巩固知识;有利于归纳、总结,便于学生记忆;有利于问题的提出,有效引导,加强师生互动;有利于学生实践能力的培养,提供练习和参与机会;有助于因材施教,求异思维,促进研究性学习;有助于缩小学校与社会的距离,提高学生的适应能力。如在影响线一章中,若借助于多媒体课件进行教学,则给学生呈现出直观、形象、生动的描绘影响线的机动作法,达到极为理想的教学效果。

5.2实验教学与CAI计算机辅助教学开设简支钢桁架非破损实验,在教师的指导下设计试验方法,通过比较确定试验方案,使学生掌握结构静载试验常用仪器、设备使用方法,了解其主要性能指标;通过等量加载方式用应变片等对桁架节点位移、杆件内力进行测量,把握桁架结构的工作性能以及计算原理与方法,通过实验进一步理解相关理论知识点,分析数据误差出现的原因,学会数据的整理,得出有价值的结论,通过分工、协作,培养团队的合作精神,培养严谨、求真务实的科学态度与作风,增强了学生动手能力和解决实际问题的能力。CAI计算机辅助教学,是对结构力学理论教学、习题综合训练等方面的补充。它有效地培养了学生独立思考的习惯,提升了学生计算速度,加强了运用基本原理、方法解决问题的能力。此外,还可以灵活变换教学形式,诸如留10分钟左右的时间进行随堂小考等方式;要求学生写学习结构力学的心得体会;就某一方面撰写小论文;举办结构力学知识竞赛;参与到教师的自然基金项目或课题研究之中,走进社会生活与工程实际、制作模型等科普活动等形式来进一步提高学生的综合素质。结构力学教学改革与创新活动正在展开,需要我们持续不断地为之努力。目前正在制作网页,打造结构力学精品课程,加强网络教学等环节,进一步推动结构力学教学的改革与创新,培养具有推动社会进步的优秀人才。

参考文献:

[1]王桂尧,徐望华,杨建玲,王红.规范院系管理,提高教学质量.长沙理工大学高等教育研究,2007,7:39-43.