人文魅力和“共情”心理學(xué)在材料力學(xué)教學(xué)中的結(jié)合與實踐

高金賀,昌毅,楊鳳,程麗紅

(東華理工大學(xué),江西 南昌 330013)

摘要：材料力學(xué)是工科類專業(yè)最為重要的基礎(chǔ)課程之一。傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容以理論推導(dǎo)為主，缺乏趣味性，更不能體現(xiàn)出材料力學(xué)教學(xué)過程中的歷史和人文魅力。文章從全新角度闡述在材料力學(xué)的教學(xué)方法和內(nèi)容方面，賦予其歷史魅力和人文情懷，將“共情”教學(xué)心理學(xué)應(yīng)用于其教學(xué)中，并將材料力學(xué)的發(fā)展歷程、工程應(yīng)用和理論的講解達到相互交叉與促進。以期提高工科學(xué)生的歷史人文情懷，也可增強材料力學(xué)教學(xué)的趣味性和魅力性。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué); “共情”心理學(xué)；力學(xué)史; 人文性魅力

收稿日期：2015-05-30

基金項目：江西省教改課題《“卓越工程師計劃”背景下力學(xué)課程群新教學(xué)體系的重構(gòu)》(JXJG-12-8-9)；《土木工程專業(yè)實驗課程教學(xué)改革與實踐的研究》(JXJG-13-6-19)；《執(zhí)業(yè)資格體系下土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究》(JXJG-14-6-7)。

作者簡介：高金賀(1981—)，男，遼寧遼陽人，講師，博士，主要從事力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)研究。

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

高金賀,昌毅,楊鳳,等.人文魅力和“共情”心理學(xué)在材料力學(xué)教學(xué)中的結(jié)合與實踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2015，34(3)：294-297.

Gao Jin-he,Chang Yi,Yang Feng,et al.The integration and practice of humanistic charm and “empathy” psychology in teaching mechanics of materials[J].Journal of East China Institute of Technology(Social Science)，2015，34(3)：294-297.

材料力學(xué)是眾多工科專業(yè)學(xué)生的重要的基礎(chǔ)課程之一，同時也是最為傳統(tǒng)的課程之一。它支撐著土木工程、建筑工程、水利工程、機械工程、船舶工程、航空工程、航天工程、核技術(shù)工程、生物醫(yī)藥工程等眾多學(xué)科[1]。材料力學(xué)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容以桿件的變形為主線，以嚴謹?shù)睦碚撏茖?dǎo)為表現(xiàn)形式，講解桿件彈性體在小變形時的彈性特征。因受學(xué)時的影響，較少涉及其發(fā)展歷程及人物的介紹，使本身蘊藏著豐富多彩的歷史性和人文性魅力的材料力學(xué)，僅僅展現(xiàn)給受眾以嚴謹?shù)臄?shù)學(xué)邏輯性和將工程抽象成的力學(xué)模型。根據(jù)近年來學(xué)生的反饋，認為材料力學(xué)在有些章節(jié)比較抽象，難以理解。因此如何提高學(xué)生對學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣是擺在教師面前一個非常重要的教學(xué)改革課題[2]。

其實，材料力學(xué)是在經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)上形成的較為成熟的一門學(xué)科，具有悠久的歷史文化底蘊。材料力學(xué)發(fā)展歷程中每一次跳躍式的發(fā)展都匯集了眾多大師的高深智慧。近年來東華理工大學(xué)材料力學(xué)教學(xué)團隊為了突破傳統(tǒng)教學(xué)中“師嚴然后道尊，道尊然后民知敬學(xué)”的弊端，在教學(xué)方法方面引入了“共情”心理學(xué)教學(xué)思路，以材料力學(xué)發(fā)展史為基點，以“共情”教育心理學(xué)為媒介，提升材料力學(xué)的趣味性、人文歷史性。

1材料力學(xué)的魅力性

1.1　材料力學(xué)的歷史和人文魅力

材料力學(xué)學(xué)科的形成，起源于伽利略的《關(guān)于力學(xué)和局部運動的兩門新科學(xué)的對話和數(shù)學(xué)證明》一書的發(fā)表(1638年)[3]。在該書中這位科學(xué)巨匠嘗試用科學(xué)的解析方法確定構(gòu)件的尺寸，討論的問題是直桿軸向拉伸問題，得到承載能力與橫截面積成正比而與長度無關(guān)的正確結(jié)論。但是“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”，任何一門學(xué)科都不可能是個別人在短期內(nèi)輕而易舉地創(chuàng)造出來的，而是在幾代人不懈地艱苦探索和創(chuàng)造中而逐漸形成的。在科學(xué)巨匠達芬·奇、伽利略、惠更斯、庫倫、麥克斯韋、歐拉、柯西、湯姆斯·楊、伯努利、納維葉、圣維南等人的努力下，形成了一門系統(tǒng)的科學(xué)[4]。材料力學(xué)的發(fā)展歷程中，造就了眾多有影響力的科學(xué)家，他們的事跡和科學(xué)精神，可以鼓舞學(xué)生在成長的道路中樹立正確的人生觀、價值觀。

1.2　材料力學(xué)在古建筑及自然界中魅力性的體現(xiàn)

在我國古代建筑中，盡管還沒有嚴格的科學(xué)理論，但人們從長期的生產(chǎn)實踐中，對構(gòu)件的承力情況已有一些較粗淺的定性或定量認識。例如，中國古代土木建筑家，北宋時期的李誡所著的《營造法式》，具有高度的科學(xué)價值，在中國古代建筑史上起著承前啟后的作用，對后世的建筑技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。元朝水利工程技術(shù)中關(guān)于筑城部分的規(guī)定，幾乎和《營造法式》的規(guī)定完全相同?！稜I造法式》一書中介紹了圓木截方的規(guī)定，當高寬比為3∶2時最為經(jīng)濟，這大體符合現(xiàn)代材料力學(xué)的基本原理。同時，《營造法式》也給出了拼接柱和木結(jié)構(gòu)柱子的設(shè)計，這些也都符合現(xiàn)代材料力學(xué)的基本原理。中國的古建筑中，例如浙江寧波保國寺、建于隋代的趙州橋等都是我國古代勞動人民智慧的結(jié)晶，其結(jié)構(gòu)本身也反應(yīng)了眾多材料力學(xué)原理。大自然本身也蘊藏了大量的材料力學(xué)原理。例如竹子，眾多對竹子的贊美詩詞中，體現(xiàn)了竹子的各種用途。如“郎騎竹馬來，繞床弄青梅”、“寫取一枝清瘦竹，秋風(fēng)江上作漁竿”、“常居物外度清時，牛上橫將竹笛吹”、“傲吏身閑笑五侯，西江取竹起高樓”等，而其表現(xiàn)出的用途正是源于竹子的結(jié)構(gòu)特點能夠保證其力學(xué)性能。

1.3　材料力學(xué)的工程表觀性

材料力學(xué)以變形桿件為研究對象，以桿件的拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、剪切四種基本變形為基礎(chǔ)知識點，探討了強度、剛度和穩(wěn)定性問題。材料力學(xué)知識的正確把握，可造就人類更美好的生活，帶給人們?yōu)橹鸷车母鞣N工程結(jié)構(gòu)，其背后與材料力學(xué)的支撐是分不開的。建筑工程藝術(shù)是通過各種關(guān)系的組合構(gòu)成來表現(xiàn)美感的，不同建筑材料帶來的美感體驗也不盡相同。故從該角度考慮，在某種程度上，材料力學(xué)具有美麗性、魅力性、趣味性和必要性，這些也是材料力學(xué)的工程表觀性。因此，在材料力學(xué)的教學(xué)過程，應(yīng)注重古、現(xiàn)代工程結(jié)合，挖掘工程背后的材料力學(xué)原理，在教學(xué)引導(dǎo)上提升學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和格物致知的精神。

例如，壓桿穩(wěn)定問題的提出是由于一個影響很大的工程事故，加拿大圣勞倫斯河上的魁北克橋。在橋梁設(shè)計之初，由于未考慮壓桿穩(wěn)定問題，而導(dǎo)致當時這座鋼桁架懸臂橋倒塌，造成了大量的財產(chǎn)損失和人員傷亡，有些學(xué)者認為該事故為世界20世紀十大事故之一。從此之后，壓桿穩(wěn)定引起了人們的關(guān)注。為了紀念這座橋，加拿大的工程系畢業(yè)生每年都會舉辦鐵指環(huán)典禮，并佩戴“工程師之戒”。

材料力學(xué)本身蘊藏了嚴謹?shù)牧W(xué)原理，其原理深深支撐著實際工程。材料力學(xué)的工程表觀性可提升材料力學(xué)的實際應(yīng)用和分析能力，提升學(xué)生在掌握力學(xué)原理的同時對實際工程的力學(xué)認知。

2“共情”教育心理學(xué)在材料力學(xué)教學(xué)手段中的應(yīng)用

2.1　“共情”教育心理學(xué)

“共情(empathy)”，也稱為神入、同理心，“共情”又譯作同感、同理心、投情等。 由人本主義創(chuàng)始人羅杰斯所闡述的概念，大多數(shù)學(xué)者認為，就是站在他人的角度思考和處理問題，這一思想與兩千多年前孔子所提出的“己所不欲，勿施于人”相契合?！肮睬椤备拍畛霈F(xiàn)至今，在西方已有近百年歷史， 哲學(xué)、社會學(xué)、心理學(xué)多個分支學(xué)科對其進行了大量研究。但“共情”概念仍是該領(lǐng)域研究者關(guān)注的主要問題之一[5]。國外有學(xué)者對“共情”的演變、“共情”中的認知和情感成分進行了闡述。T.Lipps認為是因為共情對象富有表現(xiàn)力，從而迫使“共情”者感受到注視共情對象時所發(fā)生的體驗[5]。從教學(xué)角度來分析，筆者認為應(yīng)立足教師的視野，要求老師換位于學(xué)生的立場，“將心比心”，共同感受所授課程的表觀認知性。Titchener則認為“共情”是通過內(nèi)在模擬形成心理意象的過程，由此達到“人同此心，心同此理”的自然效果[5]。對于這一點，筆者認為，教師應(yīng)富有感染力，正確融入學(xué)生的認知過程，提升教學(xué)思路的合理性。此外，教師還應(yīng)富有表現(xiàn)力，使學(xué)生也容易通過“共情”達到“舉一隅而以三隅反”。無論“共情”的何種表現(xiàn)形式，“共情”作為教育者個人品質(zhì)的重要能力，它將直接影響到課堂教學(xué)的成敗，是教師樂教善教、學(xué)生樂學(xué)好學(xué)的關(guān)鍵。

2.2“共情”教育心理學(xué)在材料力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的教學(xué)方法和思路，教師將自己定義為知識的傳授者，以嚴謹?shù)倪壿嬎季S引導(dǎo)學(xué)生走進材料力學(xué)的知識體系中。當然這一方法需要始終貫穿于整個教學(xué)主線中，但當我們嘗試適度地轉(zhuǎn)換角色定位，扮演著與學(xué)生“共情”的角色，首先考慮如何針對不同專業(yè)背景的學(xué)生，材料力學(xué)在該專業(yè)學(xué)科體系中的作用，提升學(xué)生對材料力學(xué)課程重要性的認知。如孔子提出的“因材施教”，根據(jù)學(xué)生的具體需求與接受水平，參考孔子“中人以上，可以語上也；中人以下，不可以語上也”的箴言。其次，將前文中描述的材料力學(xué)的魅力性，即由我們身邊的力學(xué)的現(xiàn)象、工程表觀性和奠基性的人物認知出發(fā)，將我們的“情”感染給學(xué)生的“情”，將“共情”合理地應(yīng)用于教學(xué)中，以教師與學(xué)生共同感受的力學(xué)魅力性為基石，伴隨著趣味性，“曉之以理，動之以情”，將學(xué)生引入嚴謹?shù)睦碚撝R體系中。

針對前文中闡述的材料力學(xué)的歷史性魅力、人文性魅力和工程表觀性等方面，本節(jié)將簡要闡述如何將“共情”的激發(fā)點融入到材料力學(xué)的教學(xué)體系中。

在緒論章節(jié)中，總體簡要概括材料力學(xué)的發(fā)展歷程。讓學(xué)生了解今天的材料力學(xué)知識體系，是經(jīng)歷了幾代人不懈努力的結(jié)晶。并在該章節(jié)中，發(fā)揮科學(xué)巨匠的個人魅力和典范作用，培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。

在材料的力學(xué)性能試驗中，將實際工程中對脆性材料和塑性材料的正確運用產(chǎn)生的人類經(jīng)典工程如趙州橋、未能正確把握材料力學(xué)性能而導(dǎo)致工程事故如陽臺坍塌事故等作為教學(xué)引導(dǎo)，提升學(xué)生對塑性材料、脆性材料的拉壓力學(xué)性能的認知欲。

我國北宋科學(xué)家及政治家沈括被譽為“中國整部科學(xué)史中最卓越的人物，其名作《夢溪筆談》內(nèi)容豐富，集前代科學(xué)成就之大成，在世界文化史上有著重要的地位。其中提到的經(jīng)典的造弓理論，從材料和工藝方面評價弓的“六善”，對此做出了精辟的論述。在材料的選擇上，他認為制弓的材料需要“性體少而勁”，即要求材料質(zhì)量輕而強度高。實際上在現(xiàn)代材料力學(xué)中，這也是一個應(yīng)當優(yōu)先考慮的原則。在制作工藝方面，沈括強調(diào)角筋、干材的整治。角筋要用膠液多次浸泡，使它“無復(fù)伸弛”，不再產(chǎn)生殘余變形；干材則需要反復(fù)揉制，使其承受反向的作用力。這一過程就是對材料施加預(yù)應(yīng)力，讓它們產(chǎn)生抗拉力，這也是符合現(xiàn)代的力學(xué)原理的?？梢院敛豢鋸埖卣f，沈括所概括的制弓經(jīng)驗幾乎每一條都蘊含著深刻的科學(xué)道理，它為后代的兵器制造提供了理論上的依據(jù)。

在彎曲變形中，簡要介紹科學(xué)巨匠在形成完整彎曲變形理論中的貢獻，感染學(xué)生要具有嚴謹?shù)难芯亢蛯W(xué)習(xí)思維模式。雅克布·伯努利提出了平面假設(shè)等，其弟弟約翰·伯努利和侄子丹尼爾·伯努利建立了一系列方程，而歐拉在方程的求解中起到了至關(guān)重要的作用，歐拉的一生充滿了震撼而傳奇色彩，28歲時一眼失明，晚年雙目失明，但其在助手協(xié)助下依然能夠完成學(xué)術(shù)論文400余篇。這些方面內(nèi)容的展現(xiàn)，都可把材料力學(xué)的歷史性魅力發(fā)揮得淋漓盡致。

此外，在這一知識單元體系中，為了給學(xué)生正確展現(xiàn)材料力學(xué)的人文性魅力特點，在教學(xué)過程中，應(yīng)在嚴謹?shù)睦碚撏茖?dǎo)同時，巧妙結(jié)合所講述的知識點，合理地講解彎曲變形的原理在我們生活中的應(yīng)用。例如，前面提到的竹子，其截面為空心圓形界面，因此其抗彎能力強。講授過程中，適度地由竹子的魅力性引入到梁的強度問題、剛度問題以及梁的合理設(shè)計單元中，會大大加深學(xué)生對相關(guān)知識點的印象。

在講解壓桿穩(wěn)定的概念引入中，將壓桿穩(wěn)定概念引起科學(xué)家重視的源頭是加拿大魁北克鋼桁架懸臂橋的故事作為教學(xué)引導(dǎo)，提升學(xué)生對壓桿穩(wěn)定概念的理解程度。

在近兩年的材料力學(xué)教學(xué)過程中，作為校級教學(xué)團隊的建設(shè)課程，團隊成員已經(jīng)在逐漸地將“共情”教學(xué)心理學(xué)引入到教學(xué)過程中。錄制了校級視頻公開課“美麗的力學(xué)”，視頻在學(xué)生中產(chǎn)生了良好的反應(yīng)。

3結(jié)語

基于材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容缺乏趣味性，傳統(tǒng)教學(xué)手段主要以講授力學(xué)原理為主，忽略了隱藏在材料力學(xué)學(xué)科背后的魅力性等問題，本文從全新角度分析了材料力學(xué)學(xué)科體系的特點，即具有嚴謹?shù)睦碚撝R體系以及令人震撼的歷史性魅力、人文性魅力和工程表觀性。結(jié)合其特點，從“共情”教育心理學(xué)角度出發(fā)，轉(zhuǎn)換角色定位，與學(xué)生共同揭示材料力學(xué)學(xué)科的魅力性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，掌握理論知識，并培養(yǎng)工科學(xué)生的人文情懷。

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[3] 季順迎,武金瑛,馬紅艷.力學(xué)史知識在材料力學(xué)教學(xué)中的結(jié)合與實踐[J].高等理科教育， 2012(4)：137-142，164.

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The Integration and Practice of Humanistic Charmand “Empathy” Psychology in Teaching Mechanics of Materials

GAO Jin-he,CHANG Yi,YANG Feng,CHENG Li-hong

(EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China)

Abstract:Mechanics of Materials is one of the most important basic engineering courses. Its traditional teaching mainly depends on theoretical derivation, which lacks fun and can’t reflect the history and humanistic charm. This paper, from a wholly new view, states that the teaching methods and contents of Mechanics of Materials should be endued with historical charm and humanistic feelings, and the “empathy” psychology applied to its teaching so as to achieve mutual integrating on the development, engineering application and theoretical derivation of Mechanics of Materials. Thus, it can not only enhance the students’ humanities mood but also increase the fun and fascination of Mechanics of Materials.

Key Words: mechanics of materials; “empathy” psychology；mechanics history; humanistic charm