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【摘要】本文针对结构力学的特点以及教学中的一些难点提出了一种以演绎思维为核心的演绎法教学模式。演绎法教学从简单例题引入复杂的理论,通过例题的展开与深化来演绎讲解结构力学的理论,使理论的讲解变得简浅易懂同时有能深入细致。课堂演绎讲解模式使学生成为课堂教学的主动接受和学习者,与单一的被动接受教育模式相比,具有较好的教学效果。
【关键字】思维 演绎法 典型例题 结构理论 教学模式
【中图分类号】C42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0036-01
结构力学教学一直是高等大学院校土木工程专业教学中的难点与重点。由于结构力学在土木工程技术中的重要性,结构力学教学质量成为衡量大学土木工程专业教学水平的重要指标。作为土木工程专业设计的主要理论工具,结构力学本身具有很强的理论性与应用性。提高结构力学教学水平必须使结构力学的力学理论与结构计算应用较好的结合与相互促进,在实际教学中收到事半功倍的效果。
在实际教学中我们逐步摸索出一套适于在教学中将结构力学的力学理论与结构计算应用相结合的方法-演绎法教學。演绎法作为人的一种科学的思维方法,它符合人的认识规律和感知规律。以演绎法思维方式为核心,发展出的一套以演绎思维为基础的教学模式,我们称它为演绎法教学。
在结构力学教学中实行演绎法教学主要有以下几个环节:
1 典型例题的演绎安排
结构力学知识点多、理论体系复杂,理论的阐明与具体化都是通过典型算例的演绎来表达与验证。如何对选取的算例进行合适的、恰当的演绎、排列是结构力学学科开展演绎法教学的关键,它直接影响到学生的理解与接受能力。教学实践证明在结构力学教学中如果从新的理论入手,每个章节一开始便给学生讲解复杂的结构力学理论如:虚力原理、虚位移原理、变分原理等等则易使学生陷入迷惑与疲惫之中,随之而来的课堂练习讲解则给学生带来更多的理解困难与学习压力,最后必将使学生陷入题海战术而不能自拔。演绎法教学则从简单的经典例题入手,通过具体例题逐步引入结构力学的理论知识,通过例题的演绎与展开将理论不断深化。这样既会使学生对影响线的学习产生好奇与兴趣,同时简单算例的引入使学生很快便接受并理解了影响线的概念与意义,比单纯的直接讲解影响线概念要具有很好的效果和作用。在讲解了影响线解析求解的基础上我们再引入机动法的简单例题求解影响线,由于求解结果与解析法产生一致的结果,学生对机动法的简便与直接产生极大的兴趣,这时可以及时的介绍机动法的理论依据,并通过例题引入刚体虚功原理。这样既能顺利的完成教学任务与指标,又能使学生通过相互比较来理解静力解法与机动解法的联系与区别,深化了学生的认识,提高了学生掌握知识的能力。最后我们通过一个简支斜梁的典型算例来演绎机动法的应用与难点,引导学生用三种方法来求出机动解,通过不同解法使学生深化了解机动法、刚体虚功原理以及它们的不同形式与适用范围,培养学生灵活应用知识的能力;如果单纯的孤立的讲解静力法与机动法将使学生不仅感觉知识点太多太难,更易使学生产生产生厌倦心理,最后将会放弃学习。通过例题的层层展开以及演绎讲解使学生产生一种渴望了解与学习的心理,主动学习与思考。典型例题的演绎安排符合人的认识规律,既保证了教学任务的顺利完成,又使复杂枯燥的理论学习变得简单易懂,培养学生的学习兴趣与思考能力。
2 理论知识的演绎展开
在讲解典型例题的过程中要对结构力学的理论知识进行演绎展开,在理论讲叙过程中要体现各个知识点的内在联系以及相互关系。理论知识的讲解与展开不是简单的呈列与表达,要努力体现结构力学的学科特点与研究方法。采用演绎法对结构力学的研究方法与学科特点进行展开,使学生深入的了解结构力学与以前的材料力学以及理论力学的区别与联系,认识结构力学的知识体系与理论依据,促使学生真正理解与掌握结构力学的计算原理与方法,达到举一反三,融会贯通的效果。这些理论的表达与描叙不仅仅通过抽象的语言文字以及数学符号来表达,而且逐步通过典型例题的演绎展开而不断深化。如果我们在讲解虚功原理之前先回顾与复习刚体虚功原理以及以前章节的影响线计算,然后再引入变形体的概念与例子,这样便使学生对虚功原理的来源及意义有了初步的认识和了解;接下来我们便引入几个刚体虚功原理的典型算例来导出虚功原理,用这种方式演绎出的虚功原理形式简单,意义明确,学生不仅很快理解虚功原理的意义,并且对以前的刚体虚功原理的认识有了进一步深化;接下来我们通过虚功原理表达公式的推导以及演绎使学生对虚功原理的概念与意义有了进一步的理解与认识;最后通过位移计算的经典例题的展开学生对虚功原理的理论知识有较为全面的理解与认识,这样学生逐步对结构力学的概念、定义、公理以及原理进行掌握与应用,真正做到力学理论与结构计算的有机结合,在教学中不仅提高了学生的理论水平,还培养了学生自我学习,自我思考的能力,为学生的进一步学习与深造打与下良好的基础。
3 教学方式的演绎法改革
演绎法教学过程中必须促使学生成为演绎法教学的主体而不仅仅是知识的被动接受者。学生应成为演绎教学的主动参与者,并且在演绎教学的过程中完成思维过程的演绎发展,消化吸收课堂的理论知识。通常采用随堂考试、课堂即时练习、黑板答题讲解以及错误分析等方式使学生在课堂教学中随着演绎教学的展开而逐步掌握理论知识,并通过练习纠正自己的错误认识以及模糊概念。这样学生不仅记忆深刻,而且掌握牢固,从而使学生从繁重的课后练习和题海战术中解脱出来。通过当堂讲解这些学生的答题不仅可以使这些学生矫正错误,还让其他学生从他们的错误认识中发现问题,自我校正自己的理解。课堂演绎教学极大的提高了教学的效率,大家同时共享答题者的经验与错误。通过答题的相互启发和借鉴,学生对课堂知识理解更加深刻与扎实,与课外练习相比课堂练习的学习效率和成果有显著的优势,特别是对于水平处于中下等的学生课堂练习学习效果更加显著。由于缺乏鼓励与良好的学习成果,水平处于中下等的学生往往没有太好的自我学习的约束力,课外练习往往也成为这些学生在学习中的主要障碍;而大量的课堂例题给这些学生的启发与收获是他们在课外练习中无法达到的,通过课堂演绎练习达到了事半功倍的效果。
教学实践证明,演绎法具有良好的教学效果。首先演绎法不是从高深的理论知识入手,而是从简单、易懂的典型例子引入学生的学习内容,具有浅显易懂的特点,而且容易调动学生的积极性,启发学生的思维;其次,演绎法教学形式采用课堂练习的形式使学生成为演绎教学的主体,学生在课堂练习中逐步体会与理解结构力学的理论知识与要点,记忆深刻、理解透彻,对于学生学好结构力学以及土木专业的学科基础知识具有关键作用。
演绎法教学的实施对于结构力学的课程教学具有很好的推进作用,演绎法教学的推广与发展必将带来学科建设的新的发展与动力,对于培养创新型人才、推进教育方法的改进具有重大的作用与意义。
【关键字】思维 演绎法 典型例题 结构理论 教学模式
【中图分类号】C42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0036-01
结构力学教学一直是高等大学院校土木工程专业教学中的难点与重点。由于结构力学在土木工程技术中的重要性,结构力学教学质量成为衡量大学土木工程专业教学水平的重要指标。作为土木工程专业设计的主要理论工具,结构力学本身具有很强的理论性与应用性。提高结构力学教学水平必须使结构力学的力学理论与结构计算应用较好的结合与相互促进,在实际教学中收到事半功倍的效果。
在实际教学中我们逐步摸索出一套适于在教学中将结构力学的力学理论与结构计算应用相结合的方法-演绎法教學。演绎法作为人的一种科学的思维方法,它符合人的认识规律和感知规律。以演绎法思维方式为核心,发展出的一套以演绎思维为基础的教学模式,我们称它为演绎法教学。
在结构力学教学中实行演绎法教学主要有以下几个环节:
1 典型例题的演绎安排
结构力学知识点多、理论体系复杂,理论的阐明与具体化都是通过典型算例的演绎来表达与验证。如何对选取的算例进行合适的、恰当的演绎、排列是结构力学学科开展演绎法教学的关键,它直接影响到学生的理解与接受能力。教学实践证明在结构力学教学中如果从新的理论入手,每个章节一开始便给学生讲解复杂的结构力学理论如:虚力原理、虚位移原理、变分原理等等则易使学生陷入迷惑与疲惫之中,随之而来的课堂练习讲解则给学生带来更多的理解困难与学习压力,最后必将使学生陷入题海战术而不能自拔。演绎法教学则从简单的经典例题入手,通过具体例题逐步引入结构力学的理论知识,通过例题的演绎与展开将理论不断深化。这样既会使学生对影响线的学习产生好奇与兴趣,同时简单算例的引入使学生很快便接受并理解了影响线的概念与意义,比单纯的直接讲解影响线概念要具有很好的效果和作用。在讲解了影响线解析求解的基础上我们再引入机动法的简单例题求解影响线,由于求解结果与解析法产生一致的结果,学生对机动法的简便与直接产生极大的兴趣,这时可以及时的介绍机动法的理论依据,并通过例题引入刚体虚功原理。这样既能顺利的完成教学任务与指标,又能使学生通过相互比较来理解静力解法与机动解法的联系与区别,深化了学生的认识,提高了学生掌握知识的能力。最后我们通过一个简支斜梁的典型算例来演绎机动法的应用与难点,引导学生用三种方法来求出机动解,通过不同解法使学生深化了解机动法、刚体虚功原理以及它们的不同形式与适用范围,培养学生灵活应用知识的能力;如果单纯的孤立的讲解静力法与机动法将使学生不仅感觉知识点太多太难,更易使学生产生产生厌倦心理,最后将会放弃学习。通过例题的层层展开以及演绎讲解使学生产生一种渴望了解与学习的心理,主动学习与思考。典型例题的演绎安排符合人的认识规律,既保证了教学任务的顺利完成,又使复杂枯燥的理论学习变得简单易懂,培养学生的学习兴趣与思考能力。
2 理论知识的演绎展开
在讲解典型例题的过程中要对结构力学的理论知识进行演绎展开,在理论讲叙过程中要体现各个知识点的内在联系以及相互关系。理论知识的讲解与展开不是简单的呈列与表达,要努力体现结构力学的学科特点与研究方法。采用演绎法对结构力学的研究方法与学科特点进行展开,使学生深入的了解结构力学与以前的材料力学以及理论力学的区别与联系,认识结构力学的知识体系与理论依据,促使学生真正理解与掌握结构力学的计算原理与方法,达到举一反三,融会贯通的效果。这些理论的表达与描叙不仅仅通过抽象的语言文字以及数学符号来表达,而且逐步通过典型例题的演绎展开而不断深化。如果我们在讲解虚功原理之前先回顾与复习刚体虚功原理以及以前章节的影响线计算,然后再引入变形体的概念与例子,这样便使学生对虚功原理的来源及意义有了初步的认识和了解;接下来我们便引入几个刚体虚功原理的典型算例来导出虚功原理,用这种方式演绎出的虚功原理形式简单,意义明确,学生不仅很快理解虚功原理的意义,并且对以前的刚体虚功原理的认识有了进一步深化;接下来我们通过虚功原理表达公式的推导以及演绎使学生对虚功原理的概念与意义有了进一步的理解与认识;最后通过位移计算的经典例题的展开学生对虚功原理的理论知识有较为全面的理解与认识,这样学生逐步对结构力学的概念、定义、公理以及原理进行掌握与应用,真正做到力学理论与结构计算的有机结合,在教学中不仅提高了学生的理论水平,还培养了学生自我学习,自我思考的能力,为学生的进一步学习与深造打与下良好的基础。
3 教学方式的演绎法改革
演绎法教学过程中必须促使学生成为演绎法教学的主体而不仅仅是知识的被动接受者。学生应成为演绎教学的主动参与者,并且在演绎教学的过程中完成思维过程的演绎发展,消化吸收课堂的理论知识。通常采用随堂考试、课堂即时练习、黑板答题讲解以及错误分析等方式使学生在课堂教学中随着演绎教学的展开而逐步掌握理论知识,并通过练习纠正自己的错误认识以及模糊概念。这样学生不仅记忆深刻,而且掌握牢固,从而使学生从繁重的课后练习和题海战术中解脱出来。通过当堂讲解这些学生的答题不仅可以使这些学生矫正错误,还让其他学生从他们的错误认识中发现问题,自我校正自己的理解。课堂演绎教学极大的提高了教学的效率,大家同时共享答题者的经验与错误。通过答题的相互启发和借鉴,学生对课堂知识理解更加深刻与扎实,与课外练习相比课堂练习的学习效率和成果有显著的优势,特别是对于水平处于中下等的学生课堂练习学习效果更加显著。由于缺乏鼓励与良好的学习成果,水平处于中下等的学生往往没有太好的自我学习的约束力,课外练习往往也成为这些学生在学习中的主要障碍;而大量的课堂例题给这些学生的启发与收获是他们在课外练习中无法达到的,通过课堂演绎练习达到了事半功倍的效果。
教学实践证明,演绎法具有良好的教学效果。首先演绎法不是从高深的理论知识入手,而是从简单、易懂的典型例子引入学生的学习内容,具有浅显易懂的特点,而且容易调动学生的积极性,启发学生的思维;其次,演绎法教学形式采用课堂练习的形式使学生成为演绎教学的主体,学生在课堂练习中逐步体会与理解结构力学的理论知识与要点,记忆深刻、理解透彻,对于学生学好结构力学以及土木专业的学科基础知识具有关键作用。
演绎法教学的实施对于结构力学的课程教学具有很好的推进作用,演绎法教学的推广与发展必将带来学科建设的新的发展与动力,对于培养创新型人才、推进教育方法的改进具有重大的作用与意义。