以提升学习效果为导向的建筑力学教学策略探索与实践

陈海霞，李捷斌，凌 飞，李艳玲

(陕西工业职业技术学院土木工程学院，陕西 咸阳 712000)

0 引言

建筑力学课程是高职院校工程建筑类专业一门重要的专业基础课，研究建筑结构及其构件的受力平衡、建筑材料的力学性能、静定和超静定结构的内力计算等内容。由于建筑力学知识对后续专业课程学习有必不可少的支撑作用，学生必须建立正确的力学相关概念，并熟练掌握力学问题分析和计算方法。然而，由于力学概念、理论具有抽象、高度概括的特征，教学中忽视学生的主体性，加之自主招生比例逐年增大等原因，导致学生不能在原有的教学过程中掌握必备的知识和技能，学习效果不理想。为了实现培养基础扎实、技能精湛的合格人才，在教育部“高等职业教育创新发展行动计划(2015-2018)”中提出的“提升人才培养质量”“提供坚实人才保障”的思想指引下，以课堂教学为抓手，以提升学生的学习效果为导向，重视回归课堂的课程与教学研究[1]，探索了一些可行的建筑力学教学策略。改进的教学策略基于“以学生为主体，以课堂、实训为依托，以建立正确力学概念及培养力学思维方式、掌握力学分析方法为目标，以培养创新创造能力为方向”的教学理念，对课堂讲授策略进行了多方面探索，并尝试新增建筑力学实验实训，为培养学生创新创造能力保驾护航。

1 改进课堂讲授策略

1.1 激发学习兴趣─介绍力学发展沿革、工程应用

1.1.1 上好第一节课

传统的建筑力学课程从关于课程研究对象、学习方法的绪论开始，然而绪论内容却不能吸引大多数学生的注意力并激发他们的学习兴趣。针对学生普遍对力学课程存在畏惧感、距离感，同时又对学习力学感到茫然、缺乏紧迫感、责任感的现状，重新设计了第一节课。学生在第一节课上通过认识力学、建筑学、土木工程学科、建筑力学组成，明确了课程定位；通过对力学的产生、发展过程介绍，学生不仅从中体会到公元前250年阿基米德为鉴定皇冠中含金量而发现的浮力原理有趣的诞生过程，还看到熟悉的比萨斜塔上验证的自由落体运动规律以及牛顿的经典力学三大定理，从而感到力学知识不再那么令人望而生畏、遥不可及。

1.1.2 介绍工程应用

为了解决学生学习过程中动力缺乏问题，同时增强学习的紧迫感和责任感，在课堂中引入一些力学的工程应用纪录片，介绍了许多著名建筑物、桥梁在建造过程中遇到的力学难题以及解决方案。学生们从迪拜的帆船酒店建造中遇到的海浪冲击力、地基强度、室内外大温差导致大压强差等问题的原理阐述、解决方案和演示实验过程中体会到，涡流耗散能量、表面摩擦力、空气闸等力学知识无处不在。通过视频，学生拓展了视野，重新认识了力学知识对工程的重要支撑作用，学习力学的荣誉感和自豪感油然而生。教师趁热打铁，介绍学习建筑力学课程的方法：顺应力学来自实践又服务于实践的规律，在熟记理论、勤做计算练习之外，多积累工程案例和经验。

1.2 引领学习逻辑─梳理力学概念、整合知识体系

1.2.1 并列对比梳理力学概念

富有逻辑的教学，可使学生主动钻研并获取知识，得到创新训练[2]。针对大多学生存在的概念混乱、知识碎片化且缺乏逻辑性现象，采用并列对比方法梳理建筑力学定义、定理，建立条理清晰的图表，帮助学生理解各部分内容及相互关联的逻辑性。建筑力学中存在许多呈现平行关系的概念：如荷载既可按作用时间长短分类，又可按作用分布形式分类。这种平行概念有时也有交集：如杆件的四种内力：轴力、剪力、扭矩和弯矩是平行关系，但都用截面法求解。通过梳理对比各内力的性质、作用线或作用面与杆件轴线的空间位置关系，引发内力的各外力的性质、作用位置，学生辨明了各内力的差别，熟悉了力学思维方式和分析方法，并对内力计算方法有了清晰的认识。利用人脑对符号、图像的辨识速度快于文字的特点，许多梳理内容通过文字和符号结合的形式呈现给学生，起到了提高学习效率，培养学习兴趣的作用。如图1所示，为杆件上常见的作用力。

图1 杆件上常见的作用力

对平面一般平衡力系中的约束力求解是课程的一个重点，通过梳理外力和内力的联系及计算顺序，得出如图2所示的图形帮助许多同学掌握了必备的计算技能。

图2 外力与内力的联系与计算顺序

1.2.2 浓缩概括整合知识体系

建筑力学中轴向拉(压)杆、圆轴、梁具有相似结构关系的强度准则，采用浓缩概括的方法将以上强度准则概括为一个不等式：杆件的最大工作应力应不大于杆件材料允许的应力值。对建筑力学课程内容有机地组织并形成的学习过程线路图(如图3)，使学生领略了课程的完整面貌。

1.3 开发学习能力─设计课堂多感官练习互动环节

教育服务于人的全面发展，尊重学生的主体性在实现教育最终目的过程中十分重要[3]。为体现学生在课堂上的主体性，并及时观测知识掌握程度，引入课堂练习题、小测试、师生互动问答、一分钟陈述等多感官互动学习环节。课堂练习题每学一章，做一次练习；小测试分别安排在期中、期末各一次；师生互动问答灵活安排，次数不限；一分钟陈述则安排在期末。

课堂练习题的目的在于巩固概念、锻炼计算技能，因此涵盖了各章节中要求学生必须掌握的重要概念，具有题量小，内容精的特点。课堂练习题要求学生调动心、脑、眼、手协调合作，在指定的短时间内独立完成任务，能真实反映学生掌握情况。教师通过观察和总结，可及时地、有针对性地点评、纠正错误的概念、方法。例如许多学生在计算力对点之矩时，误将力臂理解为矩心到力的作用点的连线，这一问题在课堂练习时得到及时纠正。实践表明，课堂练习题和小测试的引入使学生体验到独立自主的重要性(因为测试题无重复，杜绝了抄袭)和学习的紧迫性，同时锻炼了计算能力。此外，学生在教师引导下，能领悟到轴力图、扭矩图和杆件受力之间存在精巧的关系；有外力作用的截面上，轴力图、扭矩图有突变；没有外力作用的截面上，轴力图、扭矩保持不变。学生乐于掌握轴力图、扭矩图变化规律与受力的关系，避免计算各截面的轴力和扭矩，快速完成轴力图和扭矩图。

师生互动问答和学生一分钟陈述使学生的角色在课堂中活跃起来，是将学生带入课堂学习的一种积极有效的方法。课堂上问答和陈述锻炼了学生逻辑思维能力、语言组织能力、口头表达能力，学生的主体性得到充分展示。学生在课堂中因为有可能随时被教师提问到，所以总保持着警觉，关注讲授的内容。一分钟陈述要求学生在所学范围内，自选主题，进行一分钟连贯的陈述。在陈述环节，一部分学生展现了他们敏捷的思维和幽默的语言，重新定义了他们在师生心中的形象。更多的学生则在师生互动问答和一分钟陈述环节中体验到获取知识和畅所欲言的快乐。

图3 建筑力学学习线路图

1.4 创造学习技巧─深挖知识内涵、简化烦琐规则

建筑力学知识具有内在逻辑性，深挖知识内涵，可揭示其内在联系，烦琐规则，迅速掌握知识重点，进而提高学生学习效率。例如在求解圆轴扭矩时，学生不易掌握右手螺旋法则，从而影响了扭矩图的完成。通过研究发现：圆轴上外力偶的转动方向和扭矩图上对应截面上的扭矩突变方向一致，且突变量等于外力偶矩。这一发现可使学生通过圆轴受力图直接画出扭矩图，不必再用右手螺旋法则。另一个例子是梁的剪力图和弯矩图变化规律与外力类型有紧密联系。当外力是垂直于梁轴线的集中力时，将力的作用线的直线段放在对应截面上的剪力图中，将箭头放入对应截面的弯矩图中，分别代表剪力有突变和弯矩有折点的规律；当外力是外力偶时，表示外力偶的带双箭头的阶梯形线段只要以梁轴线为对称轴，进行镜面对称映射，就可得到弯矩图中对应截面上的突变图形。

1.5 培养学习情商─尊重学生个体、容纳差异差错

因为情感能影响学习效果，情商是除智商以外的一个重要的学习助力器。教师应有效地激发学生情商，尊重学生个体，容纳学生差异和学习差错，提升学生学习兴趣和积极性。

教育的本质应该是引导学生认清自身特点、完善自我、创造幸福、感受善良和爱，并奉献价值、回馈于社会。然而，当下社会陷于功利、浮躁氛围中，学生学习片面追求分数，忽略了学生的个体差异和社会性；部分学生对自身的评价也缺乏必要的正面肯定。因此，教师应本着尊重每一位学生的观点，关心、爱护学生宝贵的自尊心，激发他们的学习热情和情商。实践证明，一名受到教师正确引导的情商高的学生，在一个学期内，学习可获得突飞猛进的进步，从班级后几位跃迁至前三名。

2 增加实验实训项目

2.1 课内实验演示

实验教学环节是培养学生实际操作能力、科学作风以及创新精神的重要方面[4]。在建筑力学教学中利用海绵棒模拟杆件模型，展现受力即变形特征；利用磁铁环、棒在白板上的运动展示点和刚片在平面内的自由度，学生反映出较好的学习效果。通过学生自主设计纸质压杆，比拼承载能力，学生的创造性和实际操作能力得到展现和锻炼。

2.2 课外实训实操

为了巩固建筑力学知识，在课程结束后增设了建筑力学实训。学生进行了蜡烛跷跷板、飘环、桁架组建、组合截面形心计算与实验、提高梁强度等实验的操作，分析了蛤蟆夯、挖斗的受力和运动规律。实训项目帮助学生深入理解了平衡、力矩等概念，实现了提高学习效果的目的。今后，将开始设计型、开放型实验，进一步开发学生的创造创新能力。

3 结语

为提升建筑力学课程的学习效果，培养基础扎实、技能精湛的合格人才，探索了课堂讲授策略改进方法，包括激发学习兴趣、引领学习逻辑、开发学习能力、创造学习技巧、培养学习情商，并增设了建筑力学实验实训。实践表明，以上措施提升了建筑力学学习效果。