“感而遂通”参与式教学法1)——在结构力学课程中的探索与实践
[贾红英*, 2) 
, 赵均海* , 单建† ]
, 赵均海引用本文
贾红英, 赵均海, 单建. “感而遂通”参与式教学法1)——在结构力学课程中的探索与实践 . 力学与实践, 2018,40(2): 222-225
Doi: 10.6052/1000-0879-17-409
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“感而遂通”参与式教学法1)——在结构力学课程中的探索与实践
摘要
在国家双一流战略对人才培养的明确目标下,结构力学课程应以实现力学概念的工程价值作为课程教改的终极目的. 本文以“感而遂通”为主题,改变课堂教学结论性概念陈述的枯燥乏味模式,在课堂教学形象化和多维化的基础上,通过自助参与式的实践行为,感知力学知识的本源,让力学知识生动活泼起来,完成力学知识的吸收、理解和思考. 以学生的长远发展能力为教学目标,激发学生主动学习的能力,培养创新思维能力.
关键词:
结构力学; 多维学习法; 感而遂通; 参与式的实践; 创新能力
中图分类号:O342-4,G642
文献标志码:A
国家的双一流战略, 以培养富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才为目标, 同时注重个性化, 综合素质和创造能力. 一直以来, 结构力学 课程体系以及教学内容、教学手段和教学方法的改革课题是其作为精品课程的教改内容[1]. 课程现在的教学模式是课堂课本知识的平面传授, 在课堂给予学生结论性概念的陈述, 鉴于力学知识对于土木工程的重要性, 提升学生的工程实践能力和创新能力应该是力学课程的教改的迫切目标.
早在1961年钱学森先生指出近代力学离开了理论基础就解决不了问题, 而离开了生产实践就将失去其生产力, 阐述了力学工作 是为工程技术服务的. 目前, 清华大学袁驷老师提出定性结构力学的理念, 东南大学单建老师的趣味结构力学模式, 同济大学朱慈勉老师的计算结构力学和哈工大王焕定老师的实验结构力学课堂, 以及英国曼彻斯特大学季天健教授在重庆大学做“ Understanding and Using Structural Concepts” 的授课, 都是对教科书知识的教学内容、教学手段和教学方法进行的创造性举措. 然而, 对于习惯了接受三尺讲台教学方式的学生, 做题是理解力学概念通用的实践环节. 为此本研究提出“ 感而遂通” 参与式的实践多维教学方式, 在结构力学课堂的基础上, 能够很好地强化培养学生解决问题的综 合素质和创新能力.
1 “ 感而遂通” 参与式教学法
结构力学难学?为什么难学?难在哪?解题可以考察学生对概念的掌握和运用能力, 却欠缺 课堂上力学概念的形象思维. 伴随单调题解的过程产生 无趣之感的原因是：知识没有被应用, 没有被体验, 不知知识有何用处. 没有机会去应用 所学知识就失去了其真实的意义, 变得无趣难学.
如何让学生在有意思的活学活用过程中形象化抽象的力学概念? 改变被动接受知识的教学模式, 关键是要让学生体验到“ 成果” . 课堂是教师耕耘学生收获的圣地. 综合性的素质教育 依赖融汇知识的传统课堂教学, 思辨能力得益于对课堂的诱思引导, 对知识融会贯通的能力来自实践的学习; 思维能力和解决 实际工程问题的意识[2], 来自于亲自参与动手实践的自我感悟, 这种综合性思维训练会激发自主学习的兴趣和能力[3], 进而迸发出不可估量的创造力.
“ 感而遂通” 出自《周易·咸卦》, 如何可以“ 有感必应” , 进而“ 万事皆通” . 知道的东西未必能理解, 只有理解了的东西才是有用的知识. 书本知识与实践的关系, 正如诗人陆游在其诗中所阐述：“ 纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行.” 通过实践, 综合耳听、手动、大脑思考的多维学习方式, 帮助学生形成立体思维; 通过实践, 体验力学知识的作用 所在, 真正实现力学规律源于实践, 服务于工程. 故此, 我们的力学课程必然应该是实现力学概念的工程价值, 这就是力学课程教改的终极目的.
2 以“ 结构” 为例的教学实践
英国著名教育学家、数学家和哲学家怀特海在所著《教育的目的》一书中, 主张教育充满生机, 引导学生自我发展、全面成长. 不能让知识僵化, 而要让它生动活泼起来— — 这是所有教育的核心问题. 本文以“ 结构” 概念为主题, 通过实践探究学习方式, 用理论联系实际的学习方法, 加深学生对结构概念的理解, 加强对力学概念和概念设计的训练, 帮助提高学生的专业综合素质. 其教学设计可用图1所示的“ 思维” 、“ 实践” 、和“ 创新” 三个关键词的流程图表示.
 | 图1 以“ 结构” 为例实践探究的教学设计 |
2.1 “ 结构” 概念的课堂思维启发
结构概念是对力学的一般规律和本质特征的认识, 正确的结构概念来自于对结构的受力特性的深刻理解, 也是结构实践活动的 理论指导.
在课堂教学中, 借助PowerPoint的动画和视频立体的呈现, 以立体化教学手段将课本结论性的力学概念 形象化, 既符合 认知的 科学性, 又能透彻解析结构的概念, 同时诱导培养了学生进行科学研究的思维方法. 课堂引入概念设计的实例视频, 视频中设计师基于结构的概念设计[4], 用线条简洁勾勒出一些地标性建筑的轮廓, 就是结 构的合理骨架及其传力路径, 是结构作为一个整体所呈现的工作状态, 演示了对“ 结构” 定性分析的立体思维; 再通过PPT动画解 剖中国古建木构架的 搭建过程(图2). 对结构分析的主观认识与客观存在规律辩证的讲解, 展示了“ 构” 和“ 结” 的力学逻辑关系, 形成了对结构规律最朴素的感性认识.
 | 图2 中国古建结构木构架营造图例 |
授课过程中注意营造一种定性分析思考的氛围.
在讲授内容上, 着重的是思维活动规律和解决问题的方法, 按照初学者认识的顺 序, 简单地“ 再现” 知识发现、发展的过程, 通过具体事例使学生达到举一反三的效果; 作者在学生中以笔答形式所作调研, 结果 表明绝大部分学生是接受和认可的, 有个别学生表示由于自己基础的问题, 学习过程中虽有难度但还是喜欢这种形式丰富多彩的课堂. 通过循序渐进、通俗易懂的授课形式和技巧, 使课堂教学形象化和多维化, 通过“ 启发” 引导学生理解“ 结构” 概念其本质的含义, 诱导同学们“ 展现出自己所理解的结构” [5], 激发学生的思考能力, 引出探究“ 结构” 本体的实践活动.
2.2 “ 自制结构” 的实践活动
学习有两个层次, 一是知其然, 二是知其所以然. 课本抽象的概念得以在具象的结构模型中得到展现, 既是力学概念的应用过程, 也是结构概念的辨析过程. 有想法才有行动, 通过协作探究结构本质的实践验证, 在这个过程中, 激发学生学会分析结构问题的意识, 打破思维的墨守成规, 充分发挥学生的创新能力, 使得学生能真正理解力学概念及规律本质的含义及其工程应用的价值, 最终做到对“ 结构” 概念透彻的理解. 实际工程中, 这种定性的判断[6]也往往起着非常重要的作用.
在某级土木工程管理专业课堂教学过程中, 作者策划指导的88位同学用课余时间精心策划了自制结构实践作品展— — “ 感而遂 通” 之自制趣味结构(图3为活动展现场). 由于课时有限, 作为教改的尝试, 实践活动以课后大作业的形式布置, 以班级微信群作为平台进行同学间的互动和教师答疑. 作品不设任何限定条件, 完全由学生利用业余时间基于对结构概念的理解进行大胆、自主的构思和制作.
 | 图3 活动现场学生代表发言 |
作为成果, 学生的作品类型丰富多彩, 涉及桥梁和工民建专业的不同结构形式; 从材料和节点的选择到制作方法和工艺方面, 都体现了学生对各种结构形式受力和变形等力学性能方面的良好把握, 甚至是对结构体系的优化和绿色建筑“ 四节一保” 可持 续性发展的思考. 图4为展出的部分作品. “ 结构” 模型制作的整个过程贯穿了丰富的力学知识, 模型不依赖传统设计或复制实际的结构体系, 设计成果反映独立的思考并 有所创新. 面对利用业余时间、自己构想、选择材料(利用身边物件或去工地废弃建材亦或自费购买) 制作的想象大胆、构思独特的作品, 值得思考的是：学生热情的源泉是什么?借用学生代表在作品展上发言给出答案：“ 在教学过程中, 原本枯燥的力学定义被老师用一个个实例生动地展现在同学眼前, 同学们对结构这个词的理解也逐渐丰满和完善. 一个个立体的结构也在同学心中浮现. 这就是这次展览的缘由和雏形. ” 通过这次辅助课堂活动, 使同学们对力学知识有了立体的更深层次的理解, 有了一定的实践应用能力, 培养和激发了创新思考能力, 使同学们成为学习的主人.
 | 图4 活动展出的部分作品 |
2.3 创新思维和能力的激发
创新, “ 本质是突破” , 是突破旧的思维定势. 哲学上的解释是人的实践行为. 学习力学知识作为一个系统经历, 在整个过程 中能充满动力和快乐, 才能形成主动地运用所学力学知识去思维的能力, 继而实现创新. 创新结构设计能力的表象表现为经验, 但从理论角度来说, 创新所依据的力学理论就是经典结构力学中的核心概念, 是简单力学 概念的深刻工程内涵的解析, 创新能力体现的是对所学力学概念的理解和力学综合分析的能力. 因此, 只有具有扎实透彻的力学概念, 进而“ 应用力学知识解决工程问题, 科学创见, 从而改进工程技术, 形成新技术, 产生新产业” .
美国卡耐基教学促进会提出: “ 任何大学都不可能向学生传授所有的知识, 大学教育的基本目标是要给学生提供终身学习的能力.” 通过“ 启发、思维、实践” 这样一个教学手段的设计, 以例为引的教学方式丰富了同学们对结构的认识, 而无任何约束的 前提成就了同学们的奇思妙想. 活动有助于学生对力学知识整体更深层次的理解, 对所面临问题的把握和处理, 可以从整体角度出发做出合理的推测和判 断, 然后再通过其他手段去验证或者证明, 来确定结构细部的措施以及总体宏观的控制, 从而获得整体结构体系与分体系之间的力学关系的基本设计思路. 实践是创新之根本的哲学思想, 因此, 知识的传授更应重视学生主动思考、创新思维能力的培养. 以学生的长远发展能力为教学目标[7], 一旦学生拥有了持续一生的学习热情, 教育工作也就 完成了其应有的价值
3 教改的总结和期望
这次“ 感而遂通” 作品展, 不限定 结构设计大赛的任何条件, 只需要自由展现出自己理解的结构, 如同学代表所言：“ 但却代表了老师在教学上的革新和同学们在学习上的理解” . 通过对教学多个环节定性分析, 如相当于土木专业难度考题的卷面成绩90分以上29人, 仅2人不及格等(图5), 作为对此次教学实践的总结, 得到了所希望的结果.
 | 图5 教学各环节的定性分析 |
每组同学写下了他们的心得与感悟, 有代表性的如：“ 感谢老师为我们提供学以致用的机会” 、“ 制作过程中感受到学习中比较抽象的东西” 、“ 将结构力学的理念具象化” 、“ 借此机会释放了对课程学习的热情” 、“ 活动调动了大家对结构力学的兴趣, 展现了自己的能力, 不再拘束于课堂. ” 、“ 关于模型的纪念毕生难忘” 等等(图6). 这次作品展带给各位同学更多结构方面的体验和收获, 激发对同学们探究结构的兴趣, 使得结构力学不再是一门枯燥乏味的课程.
 | 图6 部分学生感言 |
实践活动经历了“ 方案” 、“ 制作” 、“ 总结” 三个阶段. 方案阶段, 完成结构体系和材料效能地选择; 制作阶段, 是处理好构件之间与节点以及与结构的关系的 分析环节和工艺阶段; 最后, 通过分析总结, 让学生对力学知识有整体的更深层次的理解, 理解简单力学概念的深刻工程应用, 增强学生的实践运用和创新思考能力, 才达到了活动的目标. 活动依托力学的规律性, 是力学概念和力学综合分析能力的体现, 整个过程贯穿了丰富的力学知识, 是学生对所学力学概念的辨析过程, 需要学生依托力学的规律性提出问题、解决问题、最终有所创新. 作品展将课堂与实践结合起来完成力学知识的吸收、理解和思考, 从而真正达到教书育人的效果, 是活动的目的和意义.
4 结 论
“ 大学之大, 不在其学广而无所不包, 而在其学通而无所不达” . “ 感而遂通” 参与式的实践教学法有助于：
(1)以例为引、实践探究的教学方式 具有启发性, 使课堂教学生动且便于理解, 丰富了同学们对结构的认识, 从而提高学生学习力学的积极性和兴趣, 成为学习的主人.
(2)学生对力学知识整体更深层次地理解, 有助于对力学知识进行认真的思考、探索与实践, 培养 独立原创思维, 以增强学生的实践运用和创新思考能力.
(3)兴趣 是爱学、会学的重要基础, 是终身学习的人必不可少的重要素质. 未来能够适应变化的环境及新事物, 善于积极主动思考, 找到解决问题的方法并有所创新.
(4) 自己动手不仅提供参与、思考、探究机会, 培养学习兴趣, 发展创新能力; 同时也培养了学生的各种优秀品质, 比如团队精神、沟通能力和表达能力等等.
“ 教育的本质, 不是把篮子装满, 而是把灯点亮” (西方谚语), 从这个意义出发推而广之, 将活动经验转化为教学资源, 既满足了个性化的学习, 又给学生的人生长跑, 准备好持久的能力.
The authors have declared that no competing interests exist.
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