建筑学专业力学教学难点应对策略探索

谭文娟 （山东工艺美术学院，山东 济南 250300）

建筑力学是在建筑学专业中开设的一门专业基础课，融合了理论力学、材料力学和结构力学的基本内容，且以结构力学为主要学习对象。把三门力学精简到建筑力学一门课程来授课，避免了各门课程相互独立，有利于建筑学专业的学生建立起相对整体的力学思维，当然，这也给建筑力学的教和学带来的困难和挑战。要求授课教师能够对浩繁的力学内容有一个精准而又全面的精简和概括；同时要求学生要具备良好的理科素养和逻辑思维能力，能够在老师的引导下，循序渐进地高效率掌握力学的本质内核。笔者在十几年的力学教学中，就如何较好地完成建筑力学教学任务，有以下几点教学思考和感受。

1 以探究式教学充分调动学生的积极性和主观能动性

探究性教学是指在教学过程中，教师指导学生，通过以“自主、探究、合作”为特征的学习方式，对有关教学内容中的主要知识点进行自主学习、深入探究并进行小组合作和交流，从而较好地达到课程教学目标中关于情感目标与认知目标的一种教学模式。

建筑力学作为一门专业基础理论课程，其中的力学理论虽是对自然界当中力学现象的一个高度概括和总结，有着严谨的抽象的逻辑性和很强的学科特点。对没有任何工程背景的建筑学专业学生来讲，学起来的难度是比较大的。对于抽象的力学概念，对具体怎么发现力学作用环境或重构力学作用模型存在学习困难。比如力学中一个常见的力学概念——力偶，在教材和授课中，都有相关案例的分析解释，但是在列力系平衡方程的时候，却总是有一定比例的学生会出错，或是在力矩方程中漏掉了力偶对矩心的力矩，这是一个出现频率较高的常见错误。究其原因，还是学生没有真正主动地把力学和生产、生活实例紧密连接起来。教材都列举了案例，课堂上老师讲得清楚，学生听得明白，但过后很容易忘记和混淆，这说明当堂的理解和明白只是一个即时的理论认识，没有真正从教学模型构建中理解概念，对应实质和实际，这与遗忘理论中的提取失败理论（theory of extraction failure）有些类似。如果能引导学生自己去挖掘与其相关的生活常识，让他们自己去体验和应用，势必会加强对一个抽象概念的认识和理解。在笔者后期的教学里，就让同学们主动参与到对力偶的发现、认识总结当中来，随机布置的一道力偶趣味作业，最终呈现出来的作业结果非常令人惊喜，有图文并茂的总结，有活泼有趣的小视频，虽是一道选做题，但是同学们的积极性远远超出了预期，对生产、生活场景中的力偶进行了全面的撒网式的总结，从转动汽车方向盘、打开水龙头、拧动钥匙到平常的转笔小游戏等等，结合的案例很多，也很贴切。这个作业最大的收获就是在最后的考试中，因力偶出现错误而导致静力平衡方程出错的比例大大降低，只有个别同学出现了错误，不及格率也是大大降低。

2 掌握必要的计算方法，是建立整体力学思维必不可缺少的手段和方法

在数量众多的建筑力学课程教学改革的论文中，几乎都在关注一个焦点问题，那就是对建筑学专业学生来讲，是否有必要进行相关的力学计算能力训练和储备。大多数人认为建筑学专业的学生只要能够建立起力学思维即可，而计算能力和训练不是必要的。

不过笔者在教学实践中会发现，一些抽象的概念，比喻剪力、弯矩和扭矩等等，在非常抽象的语境下，如果不加以必要的内力计算，学生很难真正地去理解和掌握内力的相关概念，更别说在工程中能够灵活地运用力学原理了。

建构主义的认识发展心理学认为，在初步了解和理解新知识之后，学习者还需要经历知识建构（即新知识与原有知识经验相互作用）及知识运用（即新知识与真实情景相互作用）的过程，才能真正掌握知识。由此可见，在建筑力学的学习中，对于力学问题的计算方法、计算原理、计算技巧，是知识建构的一个过程，这个过程是必不可少的一个重要环节，如果直接就跃层到知识运用，是一种空想和对计算困难的一种逃避，不能从根本上解决问题。与此同时，掌握必要的计算方法和计算技巧，也是应对目前注册建筑师考试的一种高效的学习策略。目前的注册建筑师考试中的六门客观考试科目中，不及格率最高的是建筑结构，建筑结构包含了建筑力学和建筑结构两大部分内容，涉及计算比较多的就是建筑力学，而结构也是以力学为基础的，所以建筑结构这门考试是否能顺利通过，关键就是看考生对力学部分是否熟练掌握。

建筑结构的考试大纲：对结构力学基本了解……能定性识别杆系结构在不同荷载下的内力图、变形形式及简单计算。通过对近几年考试真题的分析，定性识别的难度要比定值求出一个截面的内力或定值求出一构件的内力图难多了。没有扎实的指定截面的内力计算功底，要定性识别构件的内力图的困难很大，定性一定是在大量定量的实践基础上才能达到的一个综合能力的体现。

建筑构思是一个严密的逻辑性过程，大多数建筑师在设计过程中呈现出清晰的系统性和逻辑性。如弗兰克.劳埃德.莱特在约翰逊制蜡公司办公大楼的设计中所设计的蘑菇树柱，莱特在没有计算的情况下绘出柱子的尺寸，经结构工程师的验算完全符合受力要求，甚至在施工时受到了威斯康星建筑署的严重质疑，但是经过现场浇筑树柱模型试验测试，其承载能力远远超出了设计要求，其独特的造型和合理的力学原理得益于其曾经的结构专业的学习，对结构的精确把握，让其独一无二的设计成为可能。因此掌握一定的计算技巧、提高计算能力对建筑学专业学生来讲，也是提高其严谨的逻辑思维能力的一个途径，培养学生细心全面处理问题的有效方法。

3 加强课程教学活动之间相关学科的交叉融合贯通

艺术院校的授课形式多采用集中单元式上课。对力学这样的理论课程，集中上课的方式会使学习效率大打折扣，降低学生的学习积极性，对这门课程失去兴趣。连续几周的集中学习，大部分同学能通过考试，看起来是直接的教学目的达到了，但是学生们后续在设计课程或是建筑结构课程中对力学理论的实际应用，往往却是不甚如人意。课程间缺少有效的衔接和沟通，学生很难能够自主地把老师所授知识融入到自己的知识体系当中。力学课程结束之后的一个学期甚至两个学期之后的建筑结构和结构选型课，结构老师往往需要重新讲解相关的力学知识，使得本来就紧张的课时因为重复讲解而更加紧张，教学效果和教学目的在一定程度上很难保障。

究其原因我们不难发现，无论是建筑力学还是建筑结构，其实都是为建筑设计打基础的。而上述集中上课的方式，把各门课程的教学完全割裂开来，使课程之间的链接大大削弱，力学和结构的相关知识，在设计中不能够得到很好的运用。学生在设计中几乎不会考虑结构的问题，等建筑结构开课之后，再分析之前的建筑设计方案，会发现结构上不合理或相矛盾的问题很多：梁放在了窗户上；柱子设在房间中央；承重墙没有支撑等等。学生在方案设计时，建筑和结构之间的矛盾没有得到及时的解决和处理。这种课程之间的互动滞后甚至是没有互动，使教学效果大打折扣，也是课程改革中亟需解决的一个问题。

笔者认为，解决此问题的最好方法就是把力学和结构等相关的专业基础技术课程贯穿到具体的设计课程当中去，在设计实践中去引导学生发现力学和结构问题，并在力学和结构老师的引导下，去解决问题。即以设计课为主线，将力学和建筑结构等专业基础课程和技术课程贯穿其中，形成“以综合设计为主线,横向联合,纵向渗透,多学科交叉”的整合而开放的课程体系,来自多个相关学科的教师协同授课，从而加强教学资源整合。

总之，建筑力学的教学，既要培养学生养成自然的科学观，提高学生的逻辑思维能力；更要为学生的建筑设计服务为宗旨，提高教学的趣味性、务实性和实践综合性，真正地做到教学相长，学以致用。