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[摘 要]为响应贵州工业强省战略,实现学校转型升级、面向地方经济社会培养应用型人才的目标,教学改革势在必行。项目组针对应用型发展的要求,以结构力学绪论课为例,分析课程教学中存在的不足,提出了“绪论课是课程教学的重点和难点”的观点,明确了教学目标,展示了教学要点及方法并指出了注意事项。
[关键词]教学改革;结构力学;绪论;教学方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)08-0038-03
在贯彻落实《教育部 国家发展改革委 财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》[1],加快贵州省普通高校转型发展背景下,遵义师范学院确定成为贵州省普通本科高校向应用型高校转型发展的试点学校。
应用型地方本科院校的出路在于特色:特色发展、特色育人、特色强校;核心在于树立应用型人才观[2],培养学生理论联系实际的能力、动手实践和应用创新的能力。土木工程学科亦强调理论基础与实践能力并重,尤其在我校向应用型高校转型的战略规划下,给我校土木工程专业的学科专业建设、人才培养模式提出了更高的要求和目标。课程建设是学科专业建设的基础,直接决定能否实现人才培养目标;教学改革是课程建设的原动力和助推器。结构力学是固体力学的一个分支,主要研究杆系结构在荷载和非荷载因素作用下产生的响应——内力、反力和位移,以及结构的合理组成规律、结构动力特性和结构稳定性等力学问题。结构力学是土木工程及其相关专业的一门重要专业基础课,它既是数理课程群(高等数学、大学物理等)及力学课程群(材料力学、理论力学)的发展和深入,又是诸多专业课程群的基础,在整个土木工程课程体系中占有重要地位。同时,结构力学也是土木工程专业研究生入学考试的专业课科目。
在教学实践中,笔者深刻认识到讲好绪论课对整门课程的重要性和关键性,深感绪论课教学难度较大。本文就如何进行结构力学的绪论课教学谈些粗浅体会,为各位同仁提供参考,共同进步,同时,本文也是对应用型教学改革的一次探索。
一、绪论课的重要性
绪论课是结构力学的开篇之作,讲述本门课的研究对象、研究内容、研究目的、研究方法和研究意义,以及本门课和其他课程的区别与联系,更需要阐明本门课在整个土木工程课程体系中的作用和地位。同时还要让学生了解课程学习方法、教学安排和考核标准,并注意调动学习兴趣和积极性。[3][4]绪论之于后续章节就像战略之于战术,纲举则目张,如若不然,会让学生陷于瞎子摸象的困惑之中。因此,笔者认为绪论既是整门课的重点,也是整门课的难点。
二、绪论课存在的问题
(一)教材存在的问题
纵观市面主流的结构力学教材,第一章(绪论章节)主要包含以下内容:结构力学的研究对象和任务、结构计算简图。其中仅“研究对象和任务”算作是课程引入内容,“结构计算简图”已是结构力学专业知识。总的来看,各家教材的绪论章节内容过少,其中引入部分多则2页少则1页,完全无法达到介绍课程背景、前序后续课程间联系、课程主要内容综合性概括的目的。另外,也缺乏对结构力学课程学习要求和学习方法的介绍。
(二)教学存在的问题
从与教师同行的沟通和听课结果来看,绪论课未能得到足够重视,教学上主要问题是:①重方法轻概念。在教育部构建大土木工程专业的背景下,结构力学课程课时被大幅削减,以我校为例,由传统近120学时削减至现在的96学时,其中还包括16学时实践课程。为了完成内容繁多的教学任务,教师往往削减以绪论课为代表的概念性章节的学时,而侧重以计算方法为主的章节,造成学时安排“两头小中间大”。实则概念是计算的基础,讲好绪论课其收益是长远而巨大的。②重教轻学。部分教师照搬教材内容,不站在学生角度思考如何将知识点深入浅出地讲解,甚至拿着出版社提供的课件“读课”而非“上课”,抱着“重教轻学,只管教,不问学”的错误态度开展教学工作。③重模仿轻创新。也有一些教师在教学大纲、备课、说课、教案编写上认真踏实,对老教师的课堂一板一眼的模仿学习,但在教学观念更新、新兴媒介运用、深入的教学改良改革方面思考较少。
三、结构力学绪论课教学目标
根据教育部高等学校土木工程专业指导委员会颁布的《土木工程专业本科教育教学大纲》的要求并结合笔者对绪论课的理解,结构力学绪论课核心目标有三:①了解结构力学研究的对象和任务;②了解结构力学与其他课程的区别和联系,以及在土木工程课程体系中的地位和作用;③理解结构力学知识体系及各部分之间的相互关系。
绪论课重点:①激发学生对本课程的兴趣;②结构力学研究的对象和任务;③结构力学与其他课程的区别与联系以及在整个土木工程课程体系中的地位与作用。
绪论课难点:①激发学生的学习兴趣和求知欲;② 构建起对结构力学主要内容的认识和理解。
四、结构力学绪论课教学要点及方法
根据结构力学绪论课内容具有高度的概括性、一定的抽象性和枯燥性等特点[5],结合学生学业基础现状以及当代大学生思维活跃、情感丰富、好奇心强的心理特征,宏观上的教学思路是:保证授课逻辑性,内容层层递进;保持对学生注意力的充分吸引和调动;适时潜移默化地培养学生情感与价值观。
突出重点、突破难点的处理准则是:图表优先,理论结合实例;采用板书突出重點,便于學生识别和记录;多种教学手段联合应用突破难点,便于学生感知和理解。
首先教师做自我介绍,争取在师生之间建立良好的第一印象,而后开宗明义,采用自问自答的方式引出绪论课需要解决的核心问题,并将核心问题进行板书。具体的教学要点和方法如下。 (一)何谓“结构”
何谓“结构”是绪论课的第1个重点。“结构”=特性+对象,图1为“结构”内涵导图,通过建筑专业和土木专业的对比,引出两个学科在功能性和安全性上的侧重,进而表明“结构”必须具备承担并传递荷载的特性;由我校土木工程专业人才培养模式,即大三以后将分为三个专业方向进行专门学习,引出建筑物和构筑物的概念并举例,进而表明“结构”指代对象既可以是建筑物也可以是构筑物。最后小结:能够承担并传递荷载的建筑物和构筑物均可称为“结构”。“结构”这个简单概念的讲解,涉及建筑学和土木工程两个相近专业的对比,还涉及本科生培养模式的提前告知,不仅让学生理解了概念,更让学生对相关专业学科有更深入的了解,一举多得。
(二)课程间的联系、课程的地位和作用
结构力学的地位和作用以及与前序、后续课程的关系是绪论课的第2个重点,结合多媒体和板书以讲授教学为主,为了突出重点,图2所示核心思维导图将进行详细讲解并板书。图2详细描述了土木工程处理结构问题的思路和核心流程,并指出了结构力学课程在其中的作用。图中清晰地展示了结构力学与前序数理课程群及后续专业课程群的联系。通过这一要点的讲解,能够让学生从宏观上理解课程间的联系以及结构力学课程在土木工程学科中的地位和作用。
(三)结构力学主要内容及章节关系
结构力学主要内容及章节关系是绪论课的核心和难点,可采用讲授法和案例法进行教学,为了突破难点,关键是讲清楚各章节的内在逻辑关系,因此图3所示章节关系框图将会着重讲解并进行板书,同时要着重强调本课程的重点为第3章,难点为第6章;第3章静定结构的内力计算是结构的位移计算(第6章)和超静定结构内力计算(第7章、第8章)的基础,第8章又是第9章和第11章的基础。因第3章内容是整个结构力学课程的核心和重点,学生对该部分内容的掌握程度直接影响其对整个课程学习的效果。绪论课教学中要让学生明确知道熟练掌握静定结构内力图绘制的重要性,后续课程应着重加强三个基本方法(截面法、叠加法、利用控制截面绘制内力图的方法)的訓练,提高学生的计算能力并培养学生的结构力学思维。
(四)实践环节及考核方式
为提高学生对结构力学概念的理解、应用和工程实践能力,我们在课外教学中引入了结构设计大赛、弯矩图竞赛等实践环节。针对结构设计大赛,首先,要求学生根据命题要求,利用指定材料制作结构;其次,通过施加静载、动载验证结构的承载能力和稳定性,以此训练学生的工程思维,持续激发学生学习热情。为检验学生课堂学习情况,半期时举行弯矩图竞赛,主要检验学生对静定梁、静定平面刚架弯矩图的掌握情况。由于这一部分知识是结构力学的核心和重点,通过竞赛的方式,有助于提升学生学习积极性,通过可视化的奖励,鼓励学生的学习激情。
为改变单一的课程笔试考核办法,体现多元化考核方式,应突出学生学习过程的评价,突出学生实践能力的培养与提高。针对结构力学课程,考核不再以期末考试成绩作为全部评价的标准。在新的评价体系中,引入平时作业、课堂提问、考勤、弯矩图竞赛、结构设计大赛等方面内容,将考试成绩分为期中与期末两次、课堂内与课堂外两个层面,分别引入不同的权重:课程最终成绩=30%×期中+60%×期末+10%×(作业+课堂表现)+加分(结构设计大赛和弯矩图竞赛一、二、三等奖分别在期末考试时加5分、3分、2分)。以上信息教师在上绪论课时均应提前告知学生,以考核方式引导、指导学生进行课程学习。
(五)课程学习方法
结构力学是一门理论性较强的课程,从图3可见,其内容具有很强的系统性和逻辑性,各章节内容环环相扣、彼此联系。在明确了课程重难点章节及考核方式以后,强调学生在学习过程中应注意实际结构与计算简图的对照以便于理解。尽管整门课计算难度都不大,但计算量较大,因此在理解的基础上一定要引导学生动手计算、绘图,检验对知识点的掌握程度并叮嘱学生上课需携带草稿纸、铅笔,方便做随堂练习。
在思想上應该给学生减压,明确静定部分实质是分别在x方向、y方向和矩心列解平衡方程,超静定部分是在静定部分所列三元一次方程组的基础上,通过变形协调(力法)或结点力协调(位移法)增列方程求解体系未知数。
(六)案例式结尾,埋下伏笔
绪论课结尾时,采用案例法,向学生展示1个平衡体实验(如图4)和1个钢筋混凝土雨篷(如图5)案例。鼓励学生课后自己尝试复原平衡体实验并思考为什么是不稳定的;引导学生思考如果在悬臂雨篷端部增加柱子,是更安全还是可能造成新的安全隐患,并明确将分别在第2章及第7章中详细讨论学习。俗话说,贵在开端妙在结尾,设置悬念的目的在于再次激发学生的求知欲,使学生关注悬念所涉及的问题,为今后课程教学的开展做铺垫。
五、结语
通过一系列的探究,笔者得到一些启发。“教学有法”:教学改革不是天马行空,也不是心血来潮的随性尝试,教学改革应当遵循基本的教育理论,符合授课对象的心理认知,还不忘进行必要的情感和价值观教育。牢牢守住教书育人的底线,努力提升教师个人专业素质和人文科学素养,从学生角度出发,将知识点深入浅出地进行讲解。“教无定法”:教学改革倡导的就是创新求变,鼓励教师运用新的教学理念、新的信息化技术手段、不同的教学组织和实施方案,核心始终在于能让学生理解、学会、运用。“贵在得法”:检验教学改革的唯一标准在于学生,通过前期周密准备,将教学改革理念在实际教学中实施,通过学生反馈对教学进行反思、修正,这是一个螺旋上升的过程,教师最终找到合适的教学方法,形成自己的教学风格。本文仅以结构力学绪论课为切入点,谈了笔者的一些观念和做法,后续,笔者还会将这些理念运用在整门课以及整个力学课程群中,以助推学科建设及我校向应用型本科院校转型。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 教育部 国家发展改革委 财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见[EB/OL].中华人民共和国教育部,2015-10-23.http://moe.edu.cn/.
[2] 杨涛,王兴林,童文胜.新建本科院校发展之路探索[J]. 高等教育研究,2007(11):60-65.
[3] 唐文,李畅,梁志强.大学基础课绪论教学的重要性及其教学实践[J].中国成人教育,2008(12):124-125.
[4] 杨卓娟,杨晓东.关于高校课程绪论教学的思考[J].中国大学教学,2011(12):39-41.
[5] 周玲.绪论课教学的几点体会[J].职业,2008(3):54.
[6] 萧允微,张来仪.结构力学Ⅰ[M].北京:机械工业出版社,2013.
[责任编辑:钟 岚]
[关键词]教学改革;结构力学;绪论;教学方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)08-0038-03
在贯彻落实《教育部 国家发展改革委 财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》[1],加快贵州省普通高校转型发展背景下,遵义师范学院确定成为贵州省普通本科高校向应用型高校转型发展的试点学校。
应用型地方本科院校的出路在于特色:特色发展、特色育人、特色强校;核心在于树立应用型人才观[2],培养学生理论联系实际的能力、动手实践和应用创新的能力。土木工程学科亦强调理论基础与实践能力并重,尤其在我校向应用型高校转型的战略规划下,给我校土木工程专业的学科专业建设、人才培养模式提出了更高的要求和目标。课程建设是学科专业建设的基础,直接决定能否实现人才培养目标;教学改革是课程建设的原动力和助推器。结构力学是固体力学的一个分支,主要研究杆系结构在荷载和非荷载因素作用下产生的响应——内力、反力和位移,以及结构的合理组成规律、结构动力特性和结构稳定性等力学问题。结构力学是土木工程及其相关专业的一门重要专业基础课,它既是数理课程群(高等数学、大学物理等)及力学课程群(材料力学、理论力学)的发展和深入,又是诸多专业课程群的基础,在整个土木工程课程体系中占有重要地位。同时,结构力学也是土木工程专业研究生入学考试的专业课科目。
在教学实践中,笔者深刻认识到讲好绪论课对整门课程的重要性和关键性,深感绪论课教学难度较大。本文就如何进行结构力学的绪论课教学谈些粗浅体会,为各位同仁提供参考,共同进步,同时,本文也是对应用型教学改革的一次探索。
一、绪论课的重要性
绪论课是结构力学的开篇之作,讲述本门课的研究对象、研究内容、研究目的、研究方法和研究意义,以及本门课和其他课程的区别与联系,更需要阐明本门课在整个土木工程课程体系中的作用和地位。同时还要让学生了解课程学习方法、教学安排和考核标准,并注意调动学习兴趣和积极性。[3][4]绪论之于后续章节就像战略之于战术,纲举则目张,如若不然,会让学生陷于瞎子摸象的困惑之中。因此,笔者认为绪论既是整门课的重点,也是整门课的难点。
二、绪论课存在的问题
(一)教材存在的问题
纵观市面主流的结构力学教材,第一章(绪论章节)主要包含以下内容:结构力学的研究对象和任务、结构计算简图。其中仅“研究对象和任务”算作是课程引入内容,“结构计算简图”已是结构力学专业知识。总的来看,各家教材的绪论章节内容过少,其中引入部分多则2页少则1页,完全无法达到介绍课程背景、前序后续课程间联系、课程主要内容综合性概括的目的。另外,也缺乏对结构力学课程学习要求和学习方法的介绍。
(二)教学存在的问题
从与教师同行的沟通和听课结果来看,绪论课未能得到足够重视,教学上主要问题是:①重方法轻概念。在教育部构建大土木工程专业的背景下,结构力学课程课时被大幅削减,以我校为例,由传统近120学时削减至现在的96学时,其中还包括16学时实践课程。为了完成内容繁多的教学任务,教师往往削减以绪论课为代表的概念性章节的学时,而侧重以计算方法为主的章节,造成学时安排“两头小中间大”。实则概念是计算的基础,讲好绪论课其收益是长远而巨大的。②重教轻学。部分教师照搬教材内容,不站在学生角度思考如何将知识点深入浅出地讲解,甚至拿着出版社提供的课件“读课”而非“上课”,抱着“重教轻学,只管教,不问学”的错误态度开展教学工作。③重模仿轻创新。也有一些教师在教学大纲、备课、说课、教案编写上认真踏实,对老教师的课堂一板一眼的模仿学习,但在教学观念更新、新兴媒介运用、深入的教学改良改革方面思考较少。
三、结构力学绪论课教学目标
根据教育部高等学校土木工程专业指导委员会颁布的《土木工程专业本科教育教学大纲》的要求并结合笔者对绪论课的理解,结构力学绪论课核心目标有三:①了解结构力学研究的对象和任务;②了解结构力学与其他课程的区别和联系,以及在土木工程课程体系中的地位和作用;③理解结构力学知识体系及各部分之间的相互关系。
绪论课重点:①激发学生对本课程的兴趣;②结构力学研究的对象和任务;③结构力学与其他课程的区别与联系以及在整个土木工程课程体系中的地位与作用。
绪论课难点:①激发学生的学习兴趣和求知欲;② 构建起对结构力学主要内容的认识和理解。
四、结构力学绪论课教学要点及方法
根据结构力学绪论课内容具有高度的概括性、一定的抽象性和枯燥性等特点[5],结合学生学业基础现状以及当代大学生思维活跃、情感丰富、好奇心强的心理特征,宏观上的教学思路是:保证授课逻辑性,内容层层递进;保持对学生注意力的充分吸引和调动;适时潜移默化地培养学生情感与价值观。
突出重点、突破难点的处理准则是:图表优先,理论结合实例;采用板书突出重點,便于學生识别和记录;多种教学手段联合应用突破难点,便于学生感知和理解。
首先教师做自我介绍,争取在师生之间建立良好的第一印象,而后开宗明义,采用自问自答的方式引出绪论课需要解决的核心问题,并将核心问题进行板书。具体的教学要点和方法如下。 (一)何谓“结构”
何谓“结构”是绪论课的第1个重点。“结构”=特性+对象,图1为“结构”内涵导图,通过建筑专业和土木专业的对比,引出两个学科在功能性和安全性上的侧重,进而表明“结构”必须具备承担并传递荷载的特性;由我校土木工程专业人才培养模式,即大三以后将分为三个专业方向进行专门学习,引出建筑物和构筑物的概念并举例,进而表明“结构”指代对象既可以是建筑物也可以是构筑物。最后小结:能够承担并传递荷载的建筑物和构筑物均可称为“结构”。“结构”这个简单概念的讲解,涉及建筑学和土木工程两个相近专业的对比,还涉及本科生培养模式的提前告知,不仅让学生理解了概念,更让学生对相关专业学科有更深入的了解,一举多得。
(二)课程间的联系、课程的地位和作用
结构力学的地位和作用以及与前序、后续课程的关系是绪论课的第2个重点,结合多媒体和板书以讲授教学为主,为了突出重点,图2所示核心思维导图将进行详细讲解并板书。图2详细描述了土木工程处理结构问题的思路和核心流程,并指出了结构力学课程在其中的作用。图中清晰地展示了结构力学与前序数理课程群及后续专业课程群的联系。通过这一要点的讲解,能够让学生从宏观上理解课程间的联系以及结构力学课程在土木工程学科中的地位和作用。
(三)结构力学主要内容及章节关系
结构力学主要内容及章节关系是绪论课的核心和难点,可采用讲授法和案例法进行教学,为了突破难点,关键是讲清楚各章节的内在逻辑关系,因此图3所示章节关系框图将会着重讲解并进行板书,同时要着重强调本课程的重点为第3章,难点为第6章;第3章静定结构的内力计算是结构的位移计算(第6章)和超静定结构内力计算(第7章、第8章)的基础,第8章又是第9章和第11章的基础。因第3章内容是整个结构力学课程的核心和重点,学生对该部分内容的掌握程度直接影响其对整个课程学习的效果。绪论课教学中要让学生明确知道熟练掌握静定结构内力图绘制的重要性,后续课程应着重加强三个基本方法(截面法、叠加法、利用控制截面绘制内力图的方法)的訓练,提高学生的计算能力并培养学生的结构力学思维。
(四)实践环节及考核方式
为提高学生对结构力学概念的理解、应用和工程实践能力,我们在课外教学中引入了结构设计大赛、弯矩图竞赛等实践环节。针对结构设计大赛,首先,要求学生根据命题要求,利用指定材料制作结构;其次,通过施加静载、动载验证结构的承载能力和稳定性,以此训练学生的工程思维,持续激发学生学习热情。为检验学生课堂学习情况,半期时举行弯矩图竞赛,主要检验学生对静定梁、静定平面刚架弯矩图的掌握情况。由于这一部分知识是结构力学的核心和重点,通过竞赛的方式,有助于提升学生学习积极性,通过可视化的奖励,鼓励学生的学习激情。
为改变单一的课程笔试考核办法,体现多元化考核方式,应突出学生学习过程的评价,突出学生实践能力的培养与提高。针对结构力学课程,考核不再以期末考试成绩作为全部评价的标准。在新的评价体系中,引入平时作业、课堂提问、考勤、弯矩图竞赛、结构设计大赛等方面内容,将考试成绩分为期中与期末两次、课堂内与课堂外两个层面,分别引入不同的权重:课程最终成绩=30%×期中+60%×期末+10%×(作业+课堂表现)+加分(结构设计大赛和弯矩图竞赛一、二、三等奖分别在期末考试时加5分、3分、2分)。以上信息教师在上绪论课时均应提前告知学生,以考核方式引导、指导学生进行课程学习。
(五)课程学习方法
结构力学是一门理论性较强的课程,从图3可见,其内容具有很强的系统性和逻辑性,各章节内容环环相扣、彼此联系。在明确了课程重难点章节及考核方式以后,强调学生在学习过程中应注意实际结构与计算简图的对照以便于理解。尽管整门课计算难度都不大,但计算量较大,因此在理解的基础上一定要引导学生动手计算、绘图,检验对知识点的掌握程度并叮嘱学生上课需携带草稿纸、铅笔,方便做随堂练习。
在思想上應该给学生减压,明确静定部分实质是分别在x方向、y方向和矩心列解平衡方程,超静定部分是在静定部分所列三元一次方程组的基础上,通过变形协调(力法)或结点力协调(位移法)增列方程求解体系未知数。
(六)案例式结尾,埋下伏笔
绪论课结尾时,采用案例法,向学生展示1个平衡体实验(如图4)和1个钢筋混凝土雨篷(如图5)案例。鼓励学生课后自己尝试复原平衡体实验并思考为什么是不稳定的;引导学生思考如果在悬臂雨篷端部增加柱子,是更安全还是可能造成新的安全隐患,并明确将分别在第2章及第7章中详细讨论学习。俗话说,贵在开端妙在结尾,设置悬念的目的在于再次激发学生的求知欲,使学生关注悬念所涉及的问题,为今后课程教学的开展做铺垫。
五、结语
通过一系列的探究,笔者得到一些启发。“教学有法”:教学改革不是天马行空,也不是心血来潮的随性尝试,教学改革应当遵循基本的教育理论,符合授课对象的心理认知,还不忘进行必要的情感和价值观教育。牢牢守住教书育人的底线,努力提升教师个人专业素质和人文科学素养,从学生角度出发,将知识点深入浅出地进行讲解。“教无定法”:教学改革倡导的就是创新求变,鼓励教师运用新的教学理念、新的信息化技术手段、不同的教学组织和实施方案,核心始终在于能让学生理解、学会、运用。“贵在得法”:检验教学改革的唯一标准在于学生,通过前期周密准备,将教学改革理念在实际教学中实施,通过学生反馈对教学进行反思、修正,这是一个螺旋上升的过程,教师最终找到合适的教学方法,形成自己的教学风格。本文仅以结构力学绪论课为切入点,谈了笔者的一些观念和做法,后续,笔者还会将这些理念运用在整门课以及整个力学课程群中,以助推学科建设及我校向应用型本科院校转型。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 教育部 国家发展改革委 财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见[EB/OL].中华人民共和国教育部,2015-10-23.http://moe.edu.cn/.
[2] 杨涛,王兴林,童文胜.新建本科院校发展之路探索[J]. 高等教育研究,2007(11):60-65.
[3] 唐文,李畅,梁志强.大学基础课绪论教学的重要性及其教学实践[J].中国成人教育,2008(12):124-125.
[4] 杨卓娟,杨晓东.关于高校课程绪论教学的思考[J].中国大学教学,2011(12):39-41.
[5] 周玲.绪论课教学的几点体会[J].职业,2008(3):54.
[6] 萧允微,张来仪.结构力学Ⅰ[M].北京:机械工业出版社,2013.
[责任编辑:钟 岚]