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浅析问题教学法在结构力学课程中的应用

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  摘要:问题教学法是课堂教学常用的方法,结构力学是土木工程专业一门非常重要的专业基础课程,本文结合问题教学法在结构力学课程的应用进行了探讨。
  关键词:问题教学法;土木工程;结构力学;人才培养
  中图分类号:G642.41     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)21-0188-02
   一、引言
  问题教学法在我国古代早有论述,如朱熹的“读书无疑者,须教有疑,小疑则小进,大疑则大进”。问题教学法的核心是问题设置,通过问题诱发学生自主学习的欲望,培养主动学习的习惯,通过循环往复不断优化自主学习方法,提高学生学习能力的教学方法[1]。教学论专家马赫穆托夫认为问题性的课堂为:在课堂上,教师有意地创设问题情境,组织学生的探索活动,让学生提出问题并解决这些问题(问题后置,较高层次);或由教师自己提出这些问题并解决它们,在此同时向学生说明在该探索情境下的思维逻辑(问题前置,较低层次)[2]。因此,问题教学法也可以认为是课程知识点以问题的形式呈现在学生面前,在教学活动中,以“问题”为线索,可以让学生在寻求和探索解决问题的思维活动中,学会思考,学会创新,促进学生创造思维的发展。
  二、结构力学课程在土木工程专业人才培养中的地位
  结构力学课程是土木工程专业多学时的专业基础课程。它基于材料力学的基本思路和基本方法,将研究对象拓展为杆系结构。设置此课程的目的是使土木类学生系统地掌握杆系结构的几何组成规律和合理形式,及杆系结构在外因素作用下的强度、刚度、稳定性的计算原理和方法,为后继课程如钢结构、混凝土结构、基础工程、工程结构抗震等课程的学习奠定必要的力学基础,为毕业后从事土木工程各类工程的结构设计、施工、检测等工作提供必要的理论知识和基本计算方法。
  大部分土木类本科院校均在第四学期开始开出结构力学课程,在此阶段,学生基本已经融入到大学的学习生活中,对专业也有了更加深刻的认识,同时由于社会的不断发展,学生对高层次学历的追求也在不断增长,绝大部分高校把结构力学课程作为土木工程学科硕士研究生入学考试初试的科目,因此教师和学生在统一认识的基础上,更加确定了该课程的重要地位。
  三、问题教学法在结构力学课程中的实施
  传统的问题教学是以教师提问为主的教学活动,即问题前置,这种教学方式方便课堂的把控。通过问答互动,在一定程度上提高了学生的课堂参与度。其实,明确的问题,答案往往也是明确的,学生难以获得独立的见解,在一定程度上学生的学习主动性被抑制了[3]。如何让学生主动提出问题,变“求解”为“学问”,让学生积极进行探究和创造性思维活动,让“主体”真正“主动”起来呢?比较好的方法是将问题前置和问题后置结合起来,课前授课教师给予宏观问题,要求学生在预习过程中提出具体的新的疑问并记录在课堂笔记本中,最后授课教师组织讨论、点拨、解答,此过程可作为平时成绩评价的手段。当下,伴随着教学信息化改革的飞速发展,网络教育资源丰富,微课、慕课、翻转课堂等多元化的教学方式正是在问题教学法的基础上解决了这个难题。
  以结构力学几何组成分析一章为例。课前,教师可以提出三个问题:什么是几何组成分析?为何进行几何组成分析?怎样进行几何组成分析?让学生带着问题去读书,那么学生在读书的过程中会发现,体系分为几何不变、几何常变和几何瞬变三种情形,三种情形各自又该如何判定?判定的原理是什么?如此等等,牵一发而动全身,众多具体的、直指教学重难点的问题就会一一浮现,学生通过深思熟虑过后才得到的结论显然比直接被告知的来得深刻。一旦品尝到了求知的乐趣,学生就会乐此不疲了。
  问题教学法在结构力学课程中的实施还需注意以下三点:
  其一,注重问题设计的针对性。针对性一方面指问题应遵循教与学的实际需要而定,围绕教学的重点和难点,同时,还要针对学生的学习心理特征,问题要能够启动学生心理上的新需求,能够触发学生潜在水平到现实水平的最近发展区[4,5]。如静定剛架的内力计算问题,重点是要求学生掌握内力的具体计算和刚结点的性质,刚架是由多根杆件通过部分或全部刚结点连接而成,那么,求解的思路就是,能否把刚架离散成一个个单跨梁来进行分析呢?在离散过程中,从哪里断开比较合适呢?合适与否由什么来决定?事实上在刚结点处断开和打断梁式杆是等同的。随着问题的深入,刚结点的特性也就总结出来了。同时还可追问什么样的外力会在杆件中引起弯矩?什么样的外力会在杆件中引起剪力?什么样的外力会在杆件中引起轴力?通过对结构内力特性的定性分析,使得学生对单跨梁的理解进一步加强。
  其二,注重问题的启发性。问题设置水平的高低,一个重要的衡量因素就是问题是否具有启发性。具有启发性的问题不是非此即彼的问题,而是具有开放性,这样才能使学生放飞思绪,调动思维的积极性。如在力法求解超静定结构中,基本未知量的确定是通过去除多余约束来确定的,因为多余约束不是唯一确定的,显然,基本结构的选取也不唯一,如何优选基本结构呢?好与不好的区别就在于是否方便计算。由于个人习惯不同,不同的同学可能会选择不同的基本结构,授课教师通过对不同形式基本结构的求解过程进行对比,可以初步帮助同学们树立优化设计的思想,即使条条大路通罗马,便捷的道路总是让人青睐的。
  其三,注重问题的效果导向。课堂教学有课时的限制,也有教学内容的限制。因此课堂上不可能无限延展,事事都琢磨,教师在设计问题时要预期学生掌握什么知识点,获得什么能力,设计能够起到事半功倍的问题,以达到不断提高课堂教学质量的目的。如超静定结构含斜杆刚架的位移法问题,关键问题是结点的线位移的确定,因此,问题需要围绕结点线位移的定性与定量两个层面展开。
  四、结语
  问题教学法的实施,教师是总设计师,在这样一个充满探究的学习模式里,教师的工作任务会更加繁重,不仅要备好课,还要有一整套完整的问题教学设计,教师需要具有深厚的专业知识功底和丰富的教育教学经验,才能有效地进行问题设计和处理教学中可能遭遇的种种意外情况,在特定的时间内完成特定的任务。
  参考文献:
  [1]中国大百科全书.教育[M].北京:中国大百科全书出版社,2009.
  [2]马赫穆托夫.问题教学[M].王义高,等,译.南昌:江西教育出版社,1994.
  [3]许卫群.问题式教学法在工程力学教学中的应用研究[J].教育教学论坛,2015,(35):148-149.
  [4]丁敏.问题教学法在大学课堂教学中的应用[J].黑龙江教育,2011,(8):83-84.
  [5]黄婷.论探究式教学法在力学课程中的应用[J].广西民族师范学院学报,2012,29(3):79-81.
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