启发式教学, 是当今教育界广泛讨论的问题。启发式教学应该体现教师如何“启”, 学生如何“发”。“启”乃开导、启迪、启示等含义, 而“发”有激发、发展、发奋等含义。“启”与“发”是教师和学生的相互作用, 如何发挥这种相互作用, 使其效应更大, 是教师的研究主题。采用启发式教学, 教师起到的是主导作用, 发挥好引导作用, 才能激发学生的积极性和主动性, 开动脑筋、积极思考、主动实践。
众所周知, “照本宣科”式的教学方式是很难吸引学生的, 也是作老师最忌讳的。而完全脱离教材、教学大纲的广征博引, 对我们的学生也不适用。过去主要是以教师传授为主, 学生被动地接受所传授的知识, 不重视学生素质的提高, 也扼制了学生的创新意识。作为一名教师, 除了向学生传授必要的基础知识之外, 更重要的是调动学生科学的思维和学习的主动性, 加强学生创新意识的培养。讲授知识的目的不是终结知识, 而是提供进一步学习的途径, 留给学生的是一个问号, 而不是句号, 从而使学生在“学会”知识的同时逐渐提高“会学”的本领。因此, 我们必须精心设计教学过程, 采用启发式教学方法, 运用多种教学手段, 引导学生在学习中不断发现问题、提出问题, 并尝试着自己去寻求问题的答案, 探索解决问题的新方法。
结构力学课程是土木工程专业的核心课程, 是连接基础力学与专业课程的桥梁, 在两者之间起着承上启下的作用。结构力学课程教学质量的好坏, 直接影响土木工程学科相关课程的教学, 关系到学生的专业素质的训练, 对培养合格的土木工程师起着举足轻重的作用。下面结合在结构力学教学过程中的经验, 谈谈对启发式教学的体会。
1课堂上采用“精讲”的教学方法
比起传授知识, 教学更重要的是培养学生具有独立地获取知识的能力, “授人以鱼, 不如授人以渔”。结构力学是一门较老的课程, 内容较成熟, 也较庞杂, 但这门课程的概念却清晰可数, 讲透新概念, 其应用可举一反三。因此, 在教学过程中, 力求精讲。例如“力法”, 讲透该概念须舍得花时间, 而用力法求解刚架、排架、连续梁、无铰拱时, 虽有各自解法上的优选, 但依据的基本概念却只有一个, 即结构不但受力要平衡, 且变形要协调, 都是由已知的变形条件建立力法方程。
选用图1 (a) 所示的典型例子进行讲解, 取两种不同的基本体系分别如图1 (b) 、图1 (c) 所示, 阐述力法的基本概念、力法方程的物理意义、解题思路及步骤、阐述清楚其力法方程的异同点, 使学生掌握运用力学求解超静定结构。最后将支座B处的链杆换成弹簧, 如图2 (a) 所示, 并取图2 (b) 、图2 (c) 所示的两种不同基本体系进行讲解, 从而使学生进一步了解当结构中含有弹簧支座时的处理方法。
2采取多种教学形式
长期以来, 学生普遍反映听课容易做题难, 学习结构力学绝不能只靠听课。因此, 采用习题课、分析讨论课等多种教学形式是非常重要的, 从而使课堂有演示、有提问、有讲解、有讨论, 使课堂既严肃又活泼, 既紧凑又解决问题, 及时澄清了模糊的概念, 纠正了常见的错误, 为学生创造了积极思考的环境条件, 调动了学习积极性。同时使学生在知识掌握、技能训练、问题探索、语言表达和归纳总结等方面的能力也充分得到锻炼。
教师要善于激发疑问, 善于在教学过程中使学生“于无疑处生疑”, 把学生的思维引到矛盾的焦点上, 迫使学生动脑筋。当学生苦于“山穷水复疑无路”时, 教师要因势引导, 抓住合适的时机释疑, 以收到“柳暗花明又一村”的教学效果。这样, 学生会在质疑、释疑中增长知识、启发思维, 学得轻松, 激发了学习兴趣, 并且培养了创新的能力。
3强调定性分析
在进行工程设计和处理工程实际问题时, 不仅需要科技人员对结构的合理形式以及相应的结构变形和内力等具有总体的概念和定性分析, 还需要对工程中发生的现象、软件计算结果等迅速作出科学判断。在结构力学的学习过程中, 主要体现为定性地对结构的内力及变形进行分析, 称为定性结构力学或概念结构力学。
例如图3 (a) 所示的刚架结构, 当支座B处发生竖向位移Δ时, 求解结构的内力。这是一道较为经典的例题, 取结构的基本体系如图3 (b) , 通过列力法方程进行求解后, 可知该结构的内力为零。也就是说, 对于实际工程中的类似框架结构, 若其基础接近铰接状态, 那么该结构的一端支座发生沉降位移时, 不会产生内力。
4充分发挥提示作用, 激发学生探索解题的新方法
要真正地学好结构力学, 需要在平时的学习过程中, 善于总结归纳, 以至对同一道题尝试着探索新的解题方法, 应该让学生“敢想教师没讲过的, 敢做教师没教过的”。经过多年的结构力学教学发现, 其中有些学生在学习过程中善于发现问题, 并且努力探索解题的新方法。其中, 最为典型的是2001级土木工程专业的一位同学, 在学习过程中探索出了确定结构振动自由度的新方法, 现简要阐述如下。
经过对结构的分析发现, 结构的振动自由度、平面体系几何分析中的计算自由度 (无多余联系时) 、结构独立结点线位移数目三者的求解方法之间存在着一定的联系, 将各自的结构进行一定的处理后均可归结到一类问题:求解经过处理的结构体系的计算自由度, 则体系中最少加入的链杆使其成为静定结构的数目即为所需求的结果。这样一来, 结构的振动自由度问题就和其它知识点相互联系, 从而形成一个知识系统, 有利于理解掌握运用。
忽略受弯杆件的轴向及弯曲变形, 确定结构振动自由度的新方法为有以下几点。
(1) 将结构体系中的固定支座改为铰支座, 刚结点均改为铰结。
(2) 不考虑质点的大小、重量, 将其本身当作铰;对于质量块, 则将其质量集中于杆件的两端, 并视为铰。
(3) 当杆件与基础形成封闭单元时, 将其与基础视为一整体考虑。
将结构按上述方法进行处理后, 得到相应的铰结链杆体系, 进而通过求铰结链杆体系的计算自由度 (即添加链杆使其成为几何不变体系) 来确定原结构的振动自由度。
以图4 (a) 、图5 (a) 、图6 (a) 所示结构的振动自由度为例来进行说明, 忽略其轴向变形。
解析: (1) 对于图4 (a) 所示结构, 将固定支座及各质点均改为铰结, 如图4 (b) 所示, 要使其成为几何不变体系所需链杆的最少数目为4, 如图4 (b) 中的虚线所示, 故原结构的振动自由度为4。
(2) 对于图5 (a) 所示结构, 将水平杆的质量集中于其两端, 再将固定支座及转化后的质点均改为铰结, 如图5 (b) 所示, 根据图中虚线所示可得该结构的振动自由度为2。
(3) 对于图6 (a) 所示结构, 由于其底部刚接所形成的框格与基础形成封闭单元, 故将其与基础视为一个整体, 只考虑上面部分。经处理后的结构如图6 (b) 所示, 得其振动自由度为1。
综上可见, 若采用教材中所推荐的支座链杆法求解, 则需充分考虑结构、质点的对称性等几何特点, 这对初学者来说并非易事, 一不小心就会出错。而运用铰结链杆体系法则避免了这些问题, 能较简便地得到正确解答。
5精心选择考试题
考试是教学过程中的一项重要环节, 也是检验启发式教学效果的重要手段。命题和评分要尽量减少随意性, 提高客观性和科学性, 能够正确反映课程教学的要求, 以考察课本的主要知识点为主, 重视能力的测试。曾经在2001级土木工程专业的期末考试题中出了一道图7 (a) 所示的题, 该题若按常规解法, 取基本体系如图7 (b) 所示, 有3个多余未知量, 用这种方法解题仅能表明学生掌握了课本的基本知识点。令我欣慰的是, 其中有一位同学巧妙地利用了对称性, 将原结构分为图7 (c) 和图7 (d) 两部分, 其中图7 (c) 属于正对称即发生刚体位移的情况, 不产生内力;而图7 (d) 利用反对称的性质最终可转换为仅有1个多余未知量。
经分析, 由于结构力学教材中在讲述对称性的应用时, 仅仅提到了在荷载作用下的情况。因此, 其它同学就没想到运用对称性解答该题, 而在时间紧张的考场上, 该同学能想出利用对称性解题, 足以反映出该学生对知识的灵活运用程度, 这才真正达到了考察的目的。
6结语
土木工程专业的课程一般难度都比较大, 其中也有一些规律可循, 这些规律就要靠我们教师去告诉学生, 或者启发学生去寻找。只有掌握了这些规律和技巧, 学习起来才会轻松, 才能随心所欲, 从而逐步培养学生在解题过程中思索探讨新的方法。
总之, 启发式教学, 关键因素是教师, 教师应该根据学科的特点, 仔细研究“启发”的方法, 有了这些方法, 才能达到启发教学的目的。
摘要：在本科教学中, 如何激发学生的学习热情, 培养学生独立思考的能力, 是当今教育界探讨的重要内容。本文结合结构力学的教学, 讨论了启发式教学在教学中的应用, 从教学方法、教学手段、教学形式、试题选择等方面讨论了怎样培养学生的创新思维, 提高学生思考问题、解决问题的能力。
关键词：启发式教学,创新思维,结构力学,概念分析
参考文献
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