張 東 曉

(洛陽理工學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的探索與實踐

張 東 曉

(洛陽理工學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

針對理論力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，基于“知識結(jié)構(gòu)理論”，通過知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的運用，對這一教學(xué)方法進行了不懈的探索。實踐證明，知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法有利于改善學(xué)生對理論力學(xué)課程的學(xué)習(xí)體驗，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和解決問題的能力，對提高理論力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

理論力學(xué)；知識結(jié)構(gòu)；教學(xué)方法；聯(lián)系

理論力學(xué)是高等院校本科專業(yè)的一門核心的基礎(chǔ)課程，與工程實踐密切相關(guān)。為提高理論力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素養(yǎng)，提高解決問題的能力，授課小組從理論力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，以先進的教學(xué)理念為指導(dǎo)，對知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用進行了長期持續(xù)的探索和實踐。

1 理論力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，許多教師容易形成“重視細(xì)部，輕視整體”的教學(xué)方法。他們普遍認(rèn)為只要將每一章節(jié)的每個知識點的問題解決了，學(xué)生自然而然就能將學(xué)過的知識點全部聯(lián)系起來并用于解決實際問題了[1]。但事實證明其效果并不理想。通過長期的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生對所研究的理論力學(xué)問題不能全面把握，整體思路不清晰，對問題的物理過程分析不透，更不可能舉一反三和靈活應(yīng)用。這種現(xiàn)象在動力學(xué)部分表現(xiàn)得尤為突出。由于對前面學(xué)過的知識缺乏整體觀念，面對動力學(xué)問題，許多學(xué)生苦思冥想?yún)s無從下手。

針對教學(xué)中存在的問題，授課組教師經(jīng)過認(rèn)真的反思和分析討論，普遍認(rèn)識到在教學(xué)中忽視理論力學(xué)知識體系的整體觀教育，欠缺對知識點之間聯(lián)系的強化訓(xùn)練是形成目前理論力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀的主要原因。教必有法，方法的知識和知識一樣重要。為使學(xué)生擺脫學(xué)習(xí)的困境，增加對理論力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和信心，探索更為先進的教學(xué)方法是解決這些問題的關(guān)鍵。

2 知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

所謂“知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法”，是基于“知識結(jié)構(gòu)理論”在教學(xué)上的具體應(yīng)用?！爸R結(jié)構(gòu)理論”是由美國心理學(xué)家、教育家布魯納JS提出的，他認(rèn)為“無論我們教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)就是學(xué)習(xí)事物是怎樣相互聯(lián)系的[2]?！币虼?，該理論的核心思想，是強調(diào)在教學(xué)過程中把握學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)。

基于知識結(jié)構(gòu)理論的宗旨，對理論力學(xué)課程進行了知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法的具體設(shè)計，這包括劃分知識單元、知識結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計、課堂教學(xué)的實施設(shè)計、歸納設(shè)計知識結(jié)構(gòu)詳圖、知識結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用等環(huán)節(jié)。

2.1 知識單元的劃分和知識結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計

理論力學(xué)基本上分為3級知識單元，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進程，知識單元的劃分可大可小，可分可合。知識結(jié)構(gòu)圖是知識單元的載體，其設(shè)計應(yīng)遵循簡單明了，注重聯(lián)系的原則，目的是讓學(xué)生對即將研究的問題有一個粗略的、宏觀的、整體的把握，做到“心中有數(shù)”而不迷茫。

以哈工大理論力學(xué)教材為例，可對“緒論”部分設(shè)計用于課堂教學(xué)的知識結(jié)構(gòu)圖，不僅展示了理論力學(xué)涵蓋的3部分內(nèi)容及其研究的規(guī)律，同時還展示了這些規(guī)律之間的平行或遞進的相互關(guān)系，是該課程的一級知識結(jié)構(gòu)。通過這張圖，大家對理論力學(xué)的基本內(nèi)容一目了然。

“緒論”部分的知識結(jié)構(gòu)圖相當(dāng)于一個大的國家公園的游覽總圖。至于公園中各景點具體的風(fēng)光如何，總圖上是沒有的。那么，大家開始出發(fā)吧，首先去欣賞“靜力學(xué)”這個景點的風(fēng)光。這個景點的情況到底怎樣呢？就需要首先看看這個景點的游覽圖，即靜力學(xué)單元的知識結(jié)構(gòu)圖，這是理論力學(xué)的2級知識結(jié)構(gòu)圖。該圖包含了靜力學(xué)的3個知識單元，即受力分析、力系簡化、力系平衡及其相互之間的聯(lián)系，非常清爽地展示了靜力學(xué)的全貌。為了解決靜力學(xué)的核心問題，即平衡問題，需要必要的理論準(zhǔn)備，即首先要解決物體的受力分析問題。這樣，自然就進入了“受力分析”這個3級知識單元的小景點。

可以看出，知識單元從1級到3級，從全貌到局部再到細(xì)部，范圍越來越小，但內(nèi)容越來越豐富，越來越具體。1級和2級知識單元用于培養(yǎng)學(xué)生的全局觀念和聯(lián)系觀念。三級知識單元涵蓋了教材的主要內(nèi)容，是課堂教學(xué)的中心任務(wù)。

2.2 課堂教學(xué)的實施設(shè)計

當(dāng)然，一張圖不可能包含所有的知識信息，即使是3級知識結(jié)構(gòu)圖，依然是比較粗略的。怎樣充分利用知識結(jié)構(gòu)圖，上好每一次課，需要教師進行精心的課堂教學(xué)設(shè)計。

比如在“約束與約束力”課堂，首先展示“受力分析” 知識結(jié)構(gòu)圖。學(xué)生對于該圖已經(jīng)不陌生了，在之前的“靜力學(xué)公理”課堂上接觸過，對于“受力分析”單元的各知識模塊的名稱、作用及其相互關(guān)系，已經(jīng)具備了初步的認(rèn)識。當(dāng)再次看到該圖，馬上就會明白將要學(xué)習(xí)哪個模塊了，并對前后模塊的關(guān)系，印象會更加深刻。圍繞該圖，重點講解“約束和約束力”模塊涉及的基本概念和基本方法，同時強調(diào)新、舊知識模塊的聯(lián)系。

課堂教學(xué)的內(nèi)容不變，但每次上課，都是圍繞知識結(jié)構(gòu)圖展開的，仿佛是之前比喻的游覽圖，學(xué)生們明白目前在圖中的位置，聽課時就沒有茫然的感覺。

2.3 歸納設(shè)計知識結(jié)構(gòu)詳圖

歸納設(shè)計知識結(jié)構(gòu)詳圖，是知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法重要組成部分，是對學(xué)生的必要訓(xùn)練。課堂教學(xué)使用的是簡圖，要求學(xué)生根據(jù)本次課的內(nèi)容，在課后改進、完善知識結(jié)構(gòu)圖中相關(guān)的知識模塊，并能體現(xiàn)從問題到概念、規(guī)律，再到結(jié)論、方法的邏輯思維過程，能夠反映新舊知識之間的具體聯(lián)系，最后形成自己的知識模塊圖。當(dāng)一個三級知識單元的學(xué)習(xí)結(jié)束后，要求學(xué)生在知識模塊詳圖的基礎(chǔ)上，歸納設(shè)計這個三級單元的知識結(jié)構(gòu)詳圖，這應(yīng)能夠反映模塊與模塊之間的具體聯(lián)系。當(dāng)一個二級單元下的所有三級知識單元的學(xué)習(xí)結(jié)束后，同樣要求學(xué)生歸納設(shè)計這個二級單元的知識結(jié)構(gòu)詳圖，并作為一次作業(yè)計入平時成績。直至期末，要求集成理論力學(xué)課程的知識結(jié)構(gòu)詳圖。

學(xué)生歸納設(shè)計知識結(jié)構(gòu)詳圖的過程，不僅是對知識的復(fù)習(xí)過程，也是一種對知識的再加工過程，同時也是一項重要的訓(xùn)練過程，有助于學(xué)生掌握概念、規(guī)律間的邏輯關(guān)系，形成完整的理論力學(xué)知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)、嚴(yán)密的思維能力。

2.4 知識結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用

這里主要介紹學(xué)生使用知識結(jié)構(gòu)圖的情況。

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，也在不斷探索各級知識結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用。比如，每次上課，先在自己的圖中找到相應(yīng)位置，聽課時就不會迷茫；做作業(yè)時，根據(jù)知識結(jié)構(gòu)圖，能夠很快確定解決問題的理論和思路；復(fù)習(xí)時，通過知識結(jié)構(gòu)圖，可以查缺補漏，并可追溯與缺漏之處關(guān)聯(lián)的其他知識。借助一個圖，學(xué)生可以充分吸收理論力學(xué)的知識。

3 效果總結(jié)

近年來，授課組在理論力學(xué)課程教學(xué)中進行了知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法的探索實踐，取得了一定的成效，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

3.1 改善了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的體驗

知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法以知識結(jié)構(gòu)圖為載體，貫穿于整個教學(xué)過程。這種教學(xué)方式，有利于學(xué)生更好地認(rèn)識理論力學(xué)的知識體系，把握概念、規(guī)律、方法之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，更加深刻地理解各知識點在整個知識體系中的位置和作用。一個圖，既可以集成所有的知識，也可以發(fā)散到某個知識點，并能夠體現(xiàn)關(guān)聯(lián)。知識結(jié)構(gòu)圖，不僅幫助學(xué)生增強對抽象理論的理解，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力。一圖在手，既重點突出，又全面覆蓋，既增強了學(xué)生的自信心，又有效地改善了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)的體驗，使其感受到學(xué)習(xí)的樂趣。

3.2 教學(xué)效果比較明顯

通過期末考試成績分析可檢驗這種教學(xué)方法的有效性。

為對比傳統(tǒng)教學(xué)法和知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法的教學(xué)效果，對土木工程專業(yè)09級～12級、13級～16級本科班理論力學(xué)的考試成績進行分析。在考察內(nèi)容，廣度和深度基本不變的條件下，13級之后的考試成績，包括優(yōu)良率和及格率，從趨勢上都有所提高。

3.3 鍛煉了教師的業(yè)務(wù)能力

教學(xué)理論、教學(xué)方法的探索和實踐，離不開教師的辛勤付出。在“知識結(jié)構(gòu)理論”的指導(dǎo)下，授課組教師經(jīng)過集體備課、說課、聽課、學(xué)生訪談、討論等一系列過程，形成知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法，并將其應(yīng)用于教學(xué)實踐。在此過程中，教學(xué)相長，教師們的業(yè)務(wù)能力得到鍛煉，教學(xué)水平明顯提高。

知識結(jié)構(gòu)教學(xué)法在理論力學(xué)課程的教學(xué)實踐，是我們對教學(xué)理論和教學(xué)方法的有益探索。雖然取得一定的成效，但這是一條曲折、漫長、艱辛的道路。為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，還需要進行更深層次的研究和探索。

[1] 和燕,崔秀琴.整體觀在結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中的運用[J].中國西部科技,2008,7(34):58-59.

[2] 吳式穎.外國現(xiàn)代教育史[M].北京:人民教育出版社,1997:197-230.

Practice of Teaching Method of Knowledge Structure in Theoretical Mechanics

ZHANG Dongxiao

(Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

In view of the present situation of the theoretical mechanics teaching, based on the theory of knowledge structure, the teaching method of knowledge structure had been applied and explored in the theoretical mechanics. Results show that the teaching method of knowledge structure was good to improve students′ learning feeling in theoretical mechanics, and to cultivate students′ ability of logical thinking and problem solving, which was significance for improving the teaching quality of theoretical mechanics.

theoretical mechanics; knowledge structure; teaching method; contact

10.3969/j.issn.1674-5403.2017.04.021

G64

A

1674-5403(2017)04-0094-03

2017-09-20

張東曉(1970-)，女，河南洛陽人，碩士，副教授，主要從事力學(xué)教學(xué)方面的研究.