基于心流理论的结构力学教学思考

周海龙　安珍

摘  要：新工科建设与金课建设迫切需要创新教育理念与教学方法。文章创新地从积极心理学的角度，将心流理论首次引入结构力学教学中，分析了心流体验的9个构成要素，介绍了三通道、四通道、八通道与用户体验四种心流体验模型，提出了结构力学中心流体验产生的教学设计思路，即明确的教学目标、适度的学习任务、及时的作业反馈和创新的知识体系四个方面，对于推动结构力学教学改革具有重要的指导意义。

关键词：心流理论;结构力学;教学设计;心流体验

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）01-0082-04

Abstract： The construction of new engineering and the construction of gold courses urgently need innovative educational concepts and teaching methods. From the perspective of positive psychology， this paper introduces the theory of heart-flow to the teaching of structural mechanics for the first time. It analyzes and explains the nine components of the heart-flow experience， three channels， four channels， eight channels and user experience four kinds of heart-flow experience model. It puts forward the teaching design ideas generated by the heart-flow experience of structural mechanics， that is， the four aspects of clear teaching objectives， moderate learning task， timely homework feedback and innovative knowledge system， which are of great guiding significance for promoting the reform of structural mechanics teaching.

Keywords： the theory of heart-flow; structural mechanics; teaching design; heart-flow experience

美国心理学家，积极心理学奠基人米哈里·契克森米哈赖（Mihaly Csikszentmihalyi）于1975年，在大量案例研究的基础上，开创性地提出了“心流”的概念[1]。“心流”是指人们在做某些事情时，那种全神贯注、投入忘我的状态——这种状态下，你甚至感觉不到时间的存在，在这件事情完成以后会有一种充满能量并且非常满足的感受[2]。这种状态可以出现在自己非常喜欢，有挑战并且擅长的活动中，比如爬山、游泳、打球、玩游戏、阅读、演奏樂器甚至工作的时候。结构力学是土建类专业十分重要同时又是相当难学的课程，该课程具有理论概念性比较强、方法技巧性要求高、计算工作量大等特点，很多学生反映该课程学习比较吃力，兴趣性不浓，教学效果不太理想。如何将枯燥复杂的力学知识变得生动有趣，让学生回归课堂，专心听课，收到良好的教学效果，是许多结构力学授课教师必须面临的难题。笔者认为课程的趣味性，需要教师有意识地去发掘，通过生活、工程案例去激发，通过交流互动与讨论式的教学方法活跃课堂氛围，将心流理论融入课程教学中，在教学中引导学生进入“心流”状态，沉浸在最优体验当中，学生就会“乐学”，继而对学习产生明确的方向。

一、“心流”的构成要素及体验模型

Csikszentmihalyi根据大量的访谈、问卷和收集的资料进行分析后发现，使人产生无穷乐趣的因素大致相同，感觉极为类似。于是构建了心流体验的9个要素，Novak 和Hoffman 依据心流体验的过程，进一步将其归纳成心流产生的3类因素，即条件因素、体验因素和结果因素[3-4]，其中条件因素有1. 清晰明确的目标、2. 准确而及时的反馈、3. 技能与挑战相平衡;体验因素有4. 行为与意识的融合、5. 注意力完全的集中、6. 潜在的主控感;结果因素有7. 自我意识的丧失、8. 时间感受的失真、9. 自成目的的参与。当一个人所从事的活动具有挑战性，而且其技能能够恰好应付挑战，加上清楚的目标和及时的回馈，确立了意识的秩序，从而产生无穷的乐趣，也永远没有精神熵的心理状态，心流就产生了。心流体验也会呈现出最普遍、最清晰的特质：当事人全神贯注，一切动作都不假思索，几乎完全自动自发，其知觉甚至消失，人与行动完全合一;当一个人完全浸渍在这种体验中时，就会产生浑然忘我的感觉，时间感跟平时的传统时钟记录不再一样，做一件事情也不追求未来的报酬，做这件事本身就是最大的回馈。

目标决定方向，心流会使人有上瘾的魔力，因此，正确地在学习过程中利用心流会带来享受和内心的满足，不恰当地应用会使自己迷失人生的方向。按照技能与挑战两个维度，用纵轴表示挑战，横轴表示技能，心流体验模型经历了三通道、四通道、八通道和用户体验模型四个发展阶段[5]。

1. 三通道模型。该模型是最初的心流体验模型形式，由Csikszentmihalyi于1975提出，见图1所示。该模型认为个体感知的技能与挑战水平相匹配，就会产生心流体验，即低技能对应低挑战，高技能对应高挑战。当个体感知的技能与挑战水平不相匹配时，就会产生厌倦和焦虑的消极体验，即当挑战要求过高，个体技能不足时，会产生焦虑;当挑战难度过低，个体技能水平较高时，会产生厌倦感。

2. 四通道模型。1988年，马西米尼（Massimini）和卡里（Carli）等人的研究发现，只有当技能水平较高，挑战难度也较高时，才会产生心流体验;当个体在低技能与低挑战相平衡时，无法获得心流体验，相反会产生冷漠的情绪。于是，对Csikszentmihalyi提出的三通道模型进行改进，得到心流体验的四通道模型，见图2所示。

3. 八通道模型。在四通道模型的基础上，Massimini和Carli结合研究获得的数据，对“挑战”和“技能”根据不同水平之间的关系进一步梳理，将原来的四个区域划分为八个区域，建立了八通道模型，见图3所示。

相对于四通道模型，八通道模型又增加了四种心理状态：觉醒、控制、轻松、担忧。当外界的挑战水平很高，而个体感知的技能水平处于中等时，强烈的获胜感容易被激发，产生觉醒的心理;当外界的挑战水平中等，而个体感知的技能水平很高，有种“庖丁解牛”的快感，产生控制的心理;当外界的挑战水平很低，而个体感知的技能水平中等，有种轻而易举的通过感，使主体产生轻松的心理;当外界的挑战水平中等，而个体感知的技能水平偏低，有种望而生畏的恐惧感，产生担忧的心理。只有当外界的挑战处于高水平，对应的个体感知的技能水平也很高时，会产生一种成就感，身心处于最积极，意识处于最享受的状态，即为心流体验，所以要制造心流体验的关键在于调整挑战和技能的相对关系，规律的进行1区→2区，3区→2区的循环。与四通道模型相比，八通道模型划分更细，更科学，更符合实际。

4. 用户体验模型。随着心流理论研究的不断深入，1997年Hoffman和Novak针对网络用户提出了新的结构模型，见图4所示。

该模型中将影响用户达到心流体验的因素分为11项，即技能、控制、响应速度、重要性、集中精力、激励、挑战、远程呈现、时间扭曲、正面影响和探究行为，然后以心流为中心，将这11项因素的相互关系用箭头连接起来，形成了网络用户心流体验模型。

二、基于心流理论的教学设计

教学设计有助于突出学习者的主体地位和增强学习者的学习兴趣;有助于增强教学工作的科学性，提高教学效率和教学效果[6]。本文从四个方面提出基于心流理论的结构力学课程教学设计思路：

（一）制定明确的教学目标，让教学活动激发内在学习动机

教育部高等学校工科基础课程教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会在《结构力学课程教学基本要求（A类）》[7]中明确指出该课程的任务是在学习理论力学和材料力学等课程的基础上进一步掌握平面杆件结构分析计算的基本概念、基本原理和基本方法，了解各类结构的受力性能，为学习有关专业课程以及进行结构设计和科学研究打好力学基础，培养结构分析与计算等方面的能力。因此，对学生“三基”（基本概念、基本原理和基本方法）的培养是该课程的核心教学目标。

针对以上课程总的教学目标，教师要制定单元的教学目标与学时教学目标，将课程总的教学目标进行细化，从而使得目标更加准确与具体。课前，教师可以利用网络教学平台发布单元导学的相关要求，布置相关的预习任务。课中讲课时教师首先应明确本节课的教学目标，指出本节学习的内容在整个结构力学课程中的地位与作用，与其他章节内容的关系，便于学生有针对性学习，做到有的放矢。课后教师应针对本节的知识点布置一些思考题，启发学生思考，让其更加深刻的理解本节的内容，以检验教学目标的实现效果。课堂的讲授环节尽量讲得有趣生动，将深奥难懂的力学原理用通俗的语言进行阐述，同时也要根据内容的需要适当穿插讲解哲学观点在结构力学中的应用，加强课程思政实践，促使学生的学习活动积极性被调动，教学效果比较明显。例如在讲结构计算简图时，透过现象看本质，采用PPT动画进行展示，使学生更清楚地看到空间的厂房结构如何简化为平面结构，每一步計算简图的要点是如何处理;例如在讲平面体系的自由度计算时，分别按照一般杆件体系与铰结链杆体系给出计算自由度的计算公式，再结合一般与特殊的矛盾分析方法进行哲学上的理解，学生不仅学会了专业理论知识，也能够潜移默化地将马克思主义哲学中的相关观点在力学分析中进行具体应用，做到从认识到实践的应用，再从实践到认识的升华。一切教学活动的安排，教学方法的选择，教学手段的应用都要围绕有效地保证教学目标的实现为根本。

（二）布置适度的学习任务，使技能与挑战相平衡

学习任务的难度要以中等层次水平的同学能够经过一定的努力完成作为参照标准。布置过难的作业，很多同学会由于自身的能力不足，难以完成而产生焦虑;布置相对简单的作业，对于大多数同学，由于作业本身缺乏挑战性，很多同学会觉得太容易完成，而失去学习与钻研的兴趣。例题的选择也要体现这个特点，既能覆盖需要掌握的知识要点，又要具有一定的挑战性，启发学生去思考，提高其学习能力，从而迎接更高难度的挑战，取得优异的成绩。例如在讲授结构力学课前，最好布置让学生深入图书馆，以小组为单位或者以宿舍为单位借阅几本结构力学相关的复习参考书，下一节上课时进行逐个检查，相关内容讲完后，教师应有选择性地就有关知识点进行提问;在每章内容学习完之后，教师最好要求学生自己绘制一张思维导图，可以采用手绘的方式，也可以利用相关思维导图绘制软件进行绘制，将其作为一次作业，这些都要计入平时成绩考核中，在最终成绩评定时使用，学生通过思维导图的绘制，更加理解了知识点相互的关系，将碎片化的知识形成了一个连贯的体系，便于其深刻理解与掌握相关知识点。同时，鼓励学生进行网络在线开放课程学习，更好地补充课堂教学的不足，在对比学习中提高。

（三）及时的作业反馈，增强学习的自信与主动性

在教学中，每一个教学环节的反馈，可以让教师了解学生对知识要点的掌握程度，适当放慢或者加快教学的进度。课上的眼神交流、问答环节或者课下的作业提交都是很好的反馈方式，课下作业的反馈是比较有效的方式，但要求教师必须在下一次上课前，要将上一次课的作业批改完成，在课堂上利用一定的时间或者在网络教学平台上进行反馈。对于存在普遍的问题，一定要当面在黑板上指出，原则性的问题，要指出具体的某些同学，要引起他们的注意。例如在讲第二章平面体系的几何组成分析时，尽管在黑板上反复强调“刚片”的“刚”应该为“刚”非“钢”，仍然有部分同学在作业中继续出现类似的用错问题，下次上课前要点名并重点地指出。还有部分同学将绘制某截面内力的影响线题按照绘制内力图去完成，将影响线与内力图概念混淆;在结构位移计算中，没有按照题目的要求采用图乘法或者积分法完成位移的计算，经常将这两种方法混用;在用力法与位移法计算超静定结构内力时，只追求计算的结果，计算步骤常被忽略等等问题，这些都要旗帜鲜明地指出，培养学生良好的学习习惯和规范的解题步骤。

（四）创新知识体系，培养学生的创造能力

创新是经济发展的源动力，是实现科技强国的必由途径。大学生是活跃的创新群体，在学习基本理论知识的同时，要注重灌输学科的相关知识，开发心智，提高其学习兴趣。在结构力学教学中，要注重运用理论联系实际，联系与发展的观点，既要传授经典结构力学的知识，也要适当提及定性结构力学与计算结构力学的相关概念;既要掌握线性结构力学的基本知识，也要了解非线性结构力学研究的内容;既要明白结构手算的方法，也要略知结构电算的内容，打开其思维，让有兴趣的同学可以在相应的道路上继续探索。结构力学求解器是非常好的结构力学辅助学习工具，操作简单，容易掌握，可以推荐给同学们学习时使用，通过手算与电算的对比，使其更加深刻理解结构的特点，学习的能力与兴趣也得到提高。

三、结束语

当前，我国正在大力推进新工科建设和金课建设，需要用新的理念，新的思路去改进教学方法，心流理论作为积极心理学方面的奠基石，在教育教学领域中有着广阔的应用前景。本文介绍了心流的概念、构成要素以及四种心流体验模型，并将心流理论创新性地引入结构力学的教学中，并从四个方面给出了让学生产生心流体验的教学设计思路，对于推动结构力学教学改革，打造一流金课建设，激发学生的学习兴趣，启迪学生探索与思考，让学生沉浸在“心流”体验中，享受课程与课堂带来的乐趣具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]米哈里·契克森米哈赖.心流：最优体验心理学[M].张定绮，译.北京：中信出版社，2017.

[2]段冬梅.儿童创造性劳动的教育价值及实践策略[J].江苏教育研究，2019（16）：3-6.

[3]Novak， T.P.， Hoffman， D.L. and Yung， Y. Measuring the Customer Experience in Online Environments： A Structural Modeling Approach[J]. Marketing Science， 2000，19（1）：22-42.

[4]贺蔷锟，何人可.基于心流理论的移动学习应用交互设计研究[J].包装工程，2018，39（4）：188-192.

[5]乔红月.基于心流理论的移动MOOC平台体验设计研究[D].无锡：江南大学，2018.

[6]袁兵，刘锋，朱艳峰，等.基于教学设计的结构力学教学的实践[J].广东工业大学学报（社会科学版），2004，4（增刊）：128-131.

[7]教育部高等学校工科基础课程教学指导委员会.高等学校工科基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2019.

基金项目：2019年教育部产学合作协同育人项目“新规范下桥梁工程课程资源库建设”（编号：201901262011）;内蒙古自治区教育科学“十三五”规划2018年度立项课题“‘互联网+下思维导图在结构力学课程教学中的应用研究”（编号：NGJGH2018063）;内蒙古自治区研究生教育教学改革研究与实践项目“新工科背景下产学研协同创新研究生培养机制的研究”（编号：YJG20181012902）;内蒙古农业大学第三批示范课程建设项目“结构力学”（内农大教字〔2019〕42号）

作者简介：周海龙（1981-），男，汉族，内蒙古丰鎮市人，博士，副教授，硕士研究生导师，在站博士后，研究方向：力学与工程教学研究。

通讯作者：安珍（1958-），男，汉族，内蒙古土贵乌拉人，博士，教授，博士研究生导师，研究方向：木材加工装备与过程自动化。