同化教学理论在结构力学中的应用举例

刘欢欢　赵丽君

【摘 要】针对结构力学课程特点和教学中发现的问题，笔者尝试以同化教学理论为基础，从先行组织者教学策略出发，将“渐进分化，融会贯通”教学原则运用于静定结构位移分析的教学实践中，将教学理论和教学实践合理结合，有助于提高课堂效率。

【关键词】同化；先行组织者；渐进分化；结构力学

中图分类号： G633.41 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0140-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.068

【Abstract】According to the characteristics of structural mechanics course and Problems founding in teaching， basing on the assimilation teaching theory and the Advance organizer teaching strategy， The author tries to Applying the teaching principle of gradual differentiation and integration to the teaching practice of static structural displacement analysis. Reasonably combine teaching theory with teaching practice， Which helps to raise the class efficiency.

【Key words】Assimilation； Advance organizer； Gradual differentiation； Structural mechanics

0 引言

結构力学作为土木工程专业的必修基础课之一，与砼结构、钢结构、桥梁结构等专业课相关内容联系紧密，学生对该课程的掌握程度将影响到专业课的展开和进行。同时，由于该课程理论性较强，可操作性相对较弱，涉及概念较多且方法迥异，分析过程逻辑性强，在教学过程中学生普遍反映独立面对时举手无措，不知从何处入手分析问题，特别针对相似问题不清楚采用哪一种分析方法，究其原因是没有完全把新知识整合在自身的知识体系中，故很难做到灵活运用。本文从奥苏贝尔的同化教学理论出发，以静定结构位移分析为例，浅谈“渐进分化，融会贯通”教学原则及“先行组织者”的教学策略在结构力学课程中的应用[1]。

1 同化教学理论简介

奥苏贝尔认为，学习者能够积极主动地从自己原有的认知结构体系中找出与新知识存在某种联系的旧知识，然后利用这种联系将新旧知识整合形成新的知识体系，这才是有意义的学习。此过程是变化的，结果使学习者的认知知识结构不断壮大和发展，新旧知识相互作用的过程称为“同化”[2]。根据同化理论，有意义学习的实现必须具备两个条件：（1）学习者本人具备积极学习的意愿和动机；（2）学习任务能够与学习者原有的认知结构中的知识储备发生非人为的必然的联系[3]。

如何帮助学生进行有意义地学习呢？作为授业者，除了从情感角度引导学生树立积极的学习动机之外，更需要立足于课堂帮助学生建立这种必然的联系。奥苏贝尔在有意义学习理论的基础上，主张“渐进分化，融会贯通”教学原则，即教学过程遵循从一般到个别，先从最一般，概括性强的概念或知识出发，然后根据具体条件再细化，通过对不同细化的新知识进行类比、分析，找出它们各自的适用条件，对一般新知识和细化新知识进行整合，引导学生主动探讨各个知识点之间的异同，能够举一反三，活学活用。为了遵循此教学原则，将“先行组织者”教学策略运用在教学过程。在学习新知识之前，教师根据学习任务提供给学生一个简短的学习材料，最好是学生已熟知的知识和材料，该材料简明概括，且容易被理解，称之为“先行组织者”，它为新知识的学习提供可以利用的联系点，说明新旧知识之间存在的共同性；同时明确新旧知识之间的本质区别，说明新旧知识之间的存在的差异性[4-5]。

2 同化教学理论在结构力学中的应用——以静定结构位移分析为例

在第4章《静定结构的位移计算》[6]教学过程中发现，由于本章内容涉及到多个位移计算公式，学生对不同的静定结构进行位移分析时容易混淆不清，即使同一种结构，外作用不同，如荷载作用，温度改变作用或支座移动作用不同，学生也不能够对相应的位移分析方法做出合理的选择。针对这种情况，尝试采取同化教学理论进行分析。

2.1 引入“先行组织者”—虚功原理

对于虚功原理，并不侧重它的推导过程，这样可能会加重学生的心理负担，从能量转化和守恒的角度阐述，物体外力做功转化储存在变形体内部，即外力所做的虚功之和等于内力所做的虚功之和，即W外=W内，学生对能量的概念十分熟悉，在中学已经接触过，并且也容易理解能量的守恒。在此强调力状态和位移状态是相互独立的，没有因果关系，真实的位移状态包括未知位移ΔK、支座位移ci及轴向位移、剪切位移、弯曲变形三种变形位移；假设一个力状态，即外力包括单位荷载PK=1和支座反力Ri，内力包括截面弯矩M、剪力Q和轴力N，故得PKΔK+∑Rici=∑？蘩Ndu+∑？蘩Mdφ+∑？蘩Q？酌ds。由此引出本章的教学重点——单位荷载法求解静定结构位移。

2.2 逐级分化，融会贯通—一般到个体

本章内容呈现的顺序为一般位移公式到具体位移公式，体现了一般到细化的原则。由“组织先行者”得到一般位移公式如下：ΔK=∑？蘩Ndu+∑？蘩Mdφ+∑？蘩Q？酌ds-∑Rici，适用于任意的静定平面杆系结构在外作用下的位移分析。一般位移公式高度概括新知识所包含的内容，是相关内容的精华所在，具有抽象性、概括性、简洁性的特点，刚开始学生不容易很快理解和掌握，因此，采用逐级分化的方式，从一般到个体，根据外作用条件不同和结构形式不同进行细分。