張 東 曉

(洛陽(yáng)理工學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的探索與實(shí)踐

張 東 曉

(洛陽(yáng)理工學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

針對(duì)理論力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，基于“知識(shí)結(jié)構(gòu)理論”，通過知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用，對(duì)這一教學(xué)方法進(jìn)行了不懈的探索。實(shí)踐證明，知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法有利于改善學(xué)生對(duì)理論力學(xué)課程的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和解決問題的能力，對(duì)提高理論力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

理論力學(xué)；知識(shí)結(jié)構(gòu)；教學(xué)方法；聯(lián)系

理論力學(xué)是高等院校本科專業(yè)的一門核心的基礎(chǔ)課程，與工程實(shí)踐密切相關(guān)。為提高理論力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素養(yǎng)，提高解決問題的能力，授課小組從理論力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，以先進(jìn)的教學(xué)理念為指導(dǎo)，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了長(zhǎng)期持續(xù)的探索和實(shí)踐。

1 理論力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，許多教師容易形成“重視細(xì)部，輕視整體”的教學(xué)方法。他們普遍認(rèn)為只要將每一章節(jié)的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的問題解決了，學(xué)生自然而然就能將學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)全部聯(lián)系起來(lái)并用于解決實(shí)際問題了[1]。但事實(shí)證明其效果并不理想。通過長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生對(duì)所研究的理論力學(xué)問題不能全面把握，整體思路不清晰，對(duì)問題的物理過程分析不透，更不可能舉一反三和靈活應(yīng)用。這種現(xiàn)象在動(dòng)力學(xué)部分表現(xiàn)得尤為突出。由于對(duì)前面學(xué)過的知識(shí)缺乏整體觀念，面對(duì)動(dòng)力學(xué)問題，許多學(xué)生苦思冥想?yún)s無(wú)從下手。

針對(duì)教學(xué)中存在的問題，授課組教師經(jīng)過認(rèn)真的反思和分析討論，普遍認(rèn)識(shí)到在教學(xué)中忽視理論力學(xué)知識(shí)體系的整體觀教育，欠缺對(duì)知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系的強(qiáng)化訓(xùn)練是形成目前理論力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀的主要原因。教必有法，方法的知識(shí)和知識(shí)一樣重要。為使學(xué)生擺脫學(xué)習(xí)的困境，增加對(duì)理論力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和信心，探索更為先進(jìn)的教學(xué)方法是解決這些問題的關(guān)鍵。

2 知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

所謂“知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法”，是基于“知識(shí)結(jié)構(gòu)理論”在教學(xué)上的具體應(yīng)用?！爸R(shí)結(jié)構(gòu)理論”是由美國(guó)心理學(xué)家、教育家布魯納JS提出的，他認(rèn)為“無(wú)論我們教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)就是學(xué)習(xí)事物是怎樣相互聯(lián)系的[2]?！币虼?，該理論的核心思想，是強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中把握學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

基于知識(shí)結(jié)構(gòu)理論的宗旨，對(duì)理論力學(xué)課程進(jìn)行了知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法的具體設(shè)計(jì)，這包括劃分知識(shí)單元、知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)的實(shí)施設(shè)計(jì)、歸納設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖、知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用等環(huán)節(jié)。

2.1 知識(shí)單元的劃分和知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)

理論力學(xué)基本上分為3級(jí)知識(shí)單元，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)程，知識(shí)單元的劃分可大可小，可分可合。知識(shí)結(jié)構(gòu)圖是知識(shí)單元的載體，其設(shè)計(jì)應(yīng)遵循簡(jiǎn)單明了，注重聯(lián)系的原則，目的是讓學(xué)生對(duì)即將研究的問題有一個(gè)粗略的、宏觀的、整體的把握，做到“心中有數(shù)”而不迷茫。

以哈工大理論力學(xué)教材為例，可對(duì)“緒論”部分設(shè)計(jì)用于課堂教學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，不僅展示了理論力學(xué)涵蓋的3部分內(nèi)容及其研究的規(guī)律，同時(shí)還展示了這些規(guī)律之間的平行或遞進(jìn)的相互關(guān)系，是該課程的一級(jí)知識(shí)結(jié)構(gòu)。通過這張圖，大家對(duì)理論力學(xué)的基本內(nèi)容一目了然。

“緒論”部分的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖相當(dāng)于一個(gè)大的國(guó)家公園的游覽總圖。至于公園中各景點(diǎn)具體的風(fēng)光如何，總圖上是沒有的。那么，大家開始出發(fā)吧，首先去欣賞“靜力學(xué)”這個(gè)景點(diǎn)的風(fēng)光。這個(gè)景點(diǎn)的情況到底怎樣呢？就需要首先看看這個(gè)景點(diǎn)的游覽圖，即靜力學(xué)單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，這是理論力學(xué)的2級(jí)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。該圖包含了靜力學(xué)的3個(gè)知識(shí)單元，即受力分析、力系簡(jiǎn)化、力系平衡及其相互之間的聯(lián)系，非常清爽地展示了靜力學(xué)的全貌。為了解決靜力學(xué)的核心問題，即平衡問題，需要必要的理論準(zhǔn)備，即首先要解決物體的受力分析問題。這樣，自然就進(jìn)入了“受力分析”這個(gè)3級(jí)知識(shí)單元的小景點(diǎn)。

可以看出，知識(shí)單元從1級(jí)到3級(jí)，從全貌到局部再到細(xì)部，范圍越來(lái)越小，但內(nèi)容越來(lái)越豐富，越來(lái)越具體。1級(jí)和2級(jí)知識(shí)單元用于培養(yǎng)學(xué)生的全局觀念和聯(lián)系觀念。三級(jí)知識(shí)單元涵蓋了教材的主要內(nèi)容，是課堂教學(xué)的中心任務(wù)。

2.2 課堂教學(xué)的實(shí)施設(shè)計(jì)

當(dāng)然，一張圖不可能包含所有的知識(shí)信息，即使是3級(jí)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，依然是比較粗略的。怎樣充分利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，上好每一次課，需要教師進(jìn)行精心的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

比如在“約束與約束力”課堂，首先展示“受力分析” 知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。學(xué)生對(duì)于該圖已經(jīng)不陌生了，在之前的“靜力學(xué)公理”課堂上接觸過，對(duì)于“受力分析”單元的各知識(shí)模塊的名稱、作用及其相互關(guān)系，已經(jīng)具備了初步的認(rèn)識(shí)。當(dāng)再次看到該圖，馬上就會(huì)明白將要學(xué)習(xí)哪個(gè)模塊了，并對(duì)前后模塊的關(guān)系，印象會(huì)更加深刻。圍繞該圖，重點(diǎn)講解“約束和約束力”模塊涉及的基本概念和基本方法，同時(shí)強(qiáng)調(diào)新、舊知識(shí)模塊的聯(lián)系。

課堂教學(xué)的內(nèi)容不變，但每次上課，都是圍繞知識(shí)結(jié)構(gòu)圖展開的，仿佛是之前比喻的游覽圖，學(xué)生們明白目前在圖中的位置，聽課時(shí)就沒有茫然的感覺。

2.3 歸納設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖

歸納設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖，是知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法重要組成部分，是對(duì)學(xué)生的必要訓(xùn)練。課堂教學(xué)使用的是簡(jiǎn)圖，要求學(xué)生根據(jù)本次課的內(nèi)容，在課后改進(jìn)、完善知識(shí)結(jié)構(gòu)圖中相關(guān)的知識(shí)模塊，并能體現(xiàn)從問題到概念、規(guī)律，再到結(jié)論、方法的邏輯思維過程，能夠反映新舊知識(shí)之間的具體聯(lián)系，最后形成自己的知識(shí)模塊圖。當(dāng)一個(gè)三級(jí)知識(shí)單元的學(xué)習(xí)結(jié)束后，要求學(xué)生在知識(shí)模塊詳圖的基礎(chǔ)上，歸納設(shè)計(jì)這個(gè)三級(jí)單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖，這應(yīng)能夠反映模塊與模塊之間的具體聯(lián)系。當(dāng)一個(gè)二級(jí)單元下的所有三級(jí)知識(shí)單元的學(xué)習(xí)結(jié)束后，同樣要求學(xué)生歸納設(shè)計(jì)這個(gè)二級(jí)單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖，并作為一次作業(yè)計(jì)入平時(shí)成績(jī)。直至期末，要求集成理論力學(xué)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖。

學(xué)生歸納設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)詳圖的過程，不僅是對(duì)知識(shí)的復(fù)習(xí)過程，也是一種對(duì)知識(shí)的再加工過程，同時(shí)也是一項(xiàng)重要的訓(xùn)練過程，有助于學(xué)生掌握概念、規(guī)律間的邏輯關(guān)系，形成完整的理論力學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)、嚴(yán)密的思維能力。

2.4 知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用

這里主要介紹學(xué)生使用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的情況。

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，也在不斷探索各級(jí)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用。比如，每次上課，先在自己的圖中找到相應(yīng)位置，聽課時(shí)就不會(huì)迷茫；做作業(yè)時(shí)，根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，能夠很快確定解決問題的理論和思路；復(fù)習(xí)時(shí)，通過知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，可以查缺補(bǔ)漏，并可追溯與缺漏之處關(guān)聯(lián)的其他知識(shí)。借助一個(gè)圖，學(xué)生可以充分吸收理論力學(xué)的知識(shí)。

3 效果總結(jié)

近年來(lái)，授課組在理論力學(xué)課程教學(xué)中進(jìn)行了知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法的探索實(shí)踐，取得了一定的成效，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

3.1 改善了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的體驗(yàn)

知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法以知識(shí)結(jié)構(gòu)圖為載體，貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。這種教學(xué)方式，有利于學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)理論力學(xué)的知識(shí)體系，把握概念、規(guī)律、方法之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，更加深刻地理解各知識(shí)點(diǎn)在整個(gè)知識(shí)體系中的位置和作用。一個(gè)圖，既可以集成所有的知識(shí)，也可以發(fā)散到某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并能夠體現(xiàn)關(guān)聯(lián)。知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，不僅幫助學(xué)生增強(qiáng)對(duì)抽象理論的理解，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力。一圖在手，既重點(diǎn)突出，又全面覆蓋，既增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，又有效地改善了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的體驗(yàn)，使其感受到學(xué)習(xí)的樂趣。

3.2 教學(xué)效果比較明顯

通過期末考試成績(jī)分析可檢驗(yàn)這種教學(xué)方法的有效性。

為對(duì)比傳統(tǒng)教學(xué)法和知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法的教學(xué)效果，對(duì)土木工程專業(yè)09級(jí)～12級(jí)、13級(jí)～16級(jí)本科班理論力學(xué)的考試成績(jī)進(jìn)行分析。在考察內(nèi)容，廣度和深度基本不變的條件下，13級(jí)之后的考試成績(jī)，包括優(yōu)良率和及格率，從趨勢(shì)上都有所提高。

3.3 鍛煉了教師的業(yè)務(wù)能力

教學(xué)理論、教學(xué)方法的探索和實(shí)踐，離不開教師的辛勤付出。在“知識(shí)結(jié)構(gòu)理論”的指導(dǎo)下，授課組教師經(jīng)過集體備課、說(shuō)課、聽課、學(xué)生訪談、討論等一系列過程，形成知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法，并將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。在此過程中，教學(xué)相長(zhǎng)，教師們的業(yè)務(wù)能力得到鍛煉，教學(xué)水平明顯提高。

知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，是我們對(duì)教學(xué)理論和教學(xué)方法的有益探索。雖然取得一定的成效，但這是一條曲折、漫長(zhǎng)、艱辛的道路。為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，還需要進(jìn)行更深層次的研究和探索。

[1] 和燕,崔秀琴.整體觀在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用[J].中國(guó)西部科技,2008,7(34):58-59.

[2] 吳式穎.外國(guó)現(xiàn)代教育史[M].北京:人民教育出版社,1997:197-230.

Practice of Teaching Method of Knowledge Structure in Theoretical Mechanics

ZHANG Dongxiao

(Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

In view of the present situation of the theoretical mechanics teaching, based on the theory of knowledge structure, the teaching method of knowledge structure had been applied and explored in the theoretical mechanics. Results show that the teaching method of knowledge structure was good to improve students′ learning feeling in theoretical mechanics, and to cultivate students′ ability of logical thinking and problem solving, which was significance for improving the teaching quality of theoretical mechanics.

theoretical mechanics; knowledge structure; teaching method; contact

10.3969/j.issn.1674-5403.2017.04.021

G64

A

1674-5403(2017)04-0094-03

2017-09-20

張東曉(1970-)，女，河南洛陽(yáng)人，碩士，副教授，主要從事力學(xué)教學(xué)方面的研究.