知识结构教学法在理论力学教学中的探索与实践

张 东 晓

(洛阳理工学院 土木工程学院，河南 洛阳 471023)

知识结构教学法在理论力学教学中的探索与实践

张 东 晓

(洛阳理工学院 土木工程学院，河南 洛阳 471023)

针对理论力学的教学现状，基于“知识结构理论”，通过知识结构教学法在理论力学教学中的运用，对这一教学方法进行了不懈的探索。实践证明，知识结构教学法有利于改善学生对理论力学课程的学习体验，有助于培养学生的逻辑思维能力和解决问题的能力，对提高理论力学的教学质量具有重要意义。

理论力学；知识结构；教学方法；联系

理论力学是高等院校本科专业的一门核心的基础课程，与工程实践密切相关。为提高理论力学的教学质量，培养学生的力学素养，提高解决问题的能力，授课小组从理论力学的教学现状出发，以先进的教学理念为指导，对知识结构教学法在理论力学教学中的应用进行了长期持续的探索和实践。

1 理论力学的教学现状

在传统教学模式中，许多教师容易形成“重视细部，轻视整体”的教学方法。他们普遍认为只要将每一章节的每个知识点的问题解决了，学生自然而然就能将学过的知识点全部联系起来并用于解决实际问题了[1]。但事实证明其效果并不理想。通过长期的教学实践发现，许多学生对所研究的理论力学问题不能全面把握，整体思路不清晰，对问题的物理过程分析不透，更不可能举一反三和灵活应用。这种现象在动力学部分表现得尤为突出。由于对前面学过的知识缺乏整体观念，面对动力学问题，许多学生苦思冥想却无从下手。

针对教学中存在的问题，授课组教师经过认真的反思和分析讨论，普遍认识到在教学中忽视理论力学知识体系的整体观教育，欠缺对知识点之间联系的强化训练是形成目前理论力学教学现状的主要原因。教必有法，方法的知识和知识一样重要。为使学生摆脱学习的困境，增加对理论力学学习的兴趣和信心，探索更为先进的教学方法是解决这些问题的关键。

2 知识结构教学法在理论力学教学中的应用

所谓“知识结构教学法”，是基于“知识结构理论”在教学上的具体应用。“知识结构理论”是由美国心理学家、教育家布鲁纳JS提出的，他认为“无论我们教什么学科，务必使学生理解该学科的知识结构；学习结构就是学习事物是怎样相互联系的[2]。”因此，该理论的核心思想，是强调在教学过程中把握学科的知识结构。

基于知识结构理论的宗旨，对理论力学课程进行了知识结构教学法的具体设计，这包括划分知识单元、知识结构图的设计、课堂教学的实施设计、归纳设计知识结构详图、知识结构图的应用等环节。

2.1 知识单元的划分和知识结构图的设计

理论力学基本上分为3级知识单元，根据教学内容和教学进程，知识单元的划分可大可小，可分可合。知识结构图是知识单元的载体，其设计应遵循简单明了，注重联系的原则，目的是让学生对即将研究的问题有一个粗略的、宏观的、整体的把握，做到“心中有数”而不迷茫。

以哈工大理论力学教材为例，可对“绪论”部分设计用于课堂教学的知识结构图，不仅展示了理论力学涵盖的3部分内容及其研究的规律，同时还展示了这些规律之间的平行或递进的相互关系，是该课程的一级知识结构。通过这张图，大家对理论力学的基本内容一目了然。

“绪论”部分的知识结构图相当于一个大的国家公园的游览总图。至于公园中各景点具体的风光如何，总图上是没有的。那么，大家开始出发吧，首先去欣赏“静力学”这个景点的风光。这个景点的情况到底怎样呢？就需要首先看看这个景点的游览图，即静力学单元的知识结构图，这是理论力学的2级知识结构图。该图包含了静力学的3个知识单元，即受力分析、力系简化、力系平衡及其相互之间的联系，非常清爽地展示了静力学的全貌。为了解决静力学的核心问题，即平衡问题，需要必要的理论准备，即首先要解决物体的受力分析问题。这样，自然就进入了“受力分析”这个3级知识单元的小景点。

可以看出，知识单元从1级到3级，从全貌到局部再到细部，范围越来越小，但内容越来越丰富，越来越具体。1级和2级知识单元用于培养学生的全局观念和联系观念。三级知识单元涵盖了教材的主要内容，是课堂教学的中心任务。

2.2 课堂教学的实施设计

当然，一张图不可能包含所有的知识信息，即使是3级知识结构图，依然是比较粗略的。怎样充分利用知识结构图，上好每一次课，需要教师进行精心的课堂教学设计。

比如在“约束与约束力”课堂，首先展示“受力分析” 知识结构图。学生对于该图已经不陌生了，在之前的“静力学公理”课堂上接触过，对于“受力分析”单元的各知识模块的名称、作用及其相互关系，已经具备了初步的认识。当再次看到该图，马上就会明白将要学习哪个模块了，并对前后模块的关系，印象会更加深刻。围绕该图，重点讲解“约束和约束力”模块涉及的基本概念和基本方法，同时强调新、旧知识模块的联系。

课堂教学的内容不变，但每次上课，都是围绕知识结构图展开的，仿佛是之前比喻的游览图，学生们明白目前在图中的位置，听课时就没有茫然的感觉。

2.3 归纳设计知识结构详图

归纳设计知识结构详图，是知识结构教学法重要组成部分，是对学生的必要训练。课堂教学使用的是简图，要求学生根据本次课的内容，在课后改进、完善知识结构图中相关的知识模块，并能体现从问题到概念、规律，再到结论、方法的逻辑思维过程，能够反映新旧知识之间的具体联系，最后形成自己的知识模块图。当一个三级知识单元的学习结束后，要求学生在知识模块详图的基础上，归纳设计这个三级单元的知识结构详图，这应能够反映模块与模块之间的具体联系。当一个二级单元下的所有三级知识单元的学习结束后，同样要求学生归纳设计这个二级单元的知识结构详图，并作为一次作业计入平时成绩。直至期末，要求集成理论力学课程的知识结构详图。

学生归纳设计知识结构详图的过程，不仅是对知识的复习过程，也是一种对知识的再加工过程，同时也是一项重要的训练过程，有助于学生掌握概念、规律间的逻辑关系，形成完整的理论力学知识结构，培养学生的科学、严密的思维能力。

2.4 知识结构图的应用

这里主要介绍学生使用知识结构图的情况。

学生在学习的过程中，也在不断探索各级知识结构图的应用。比如，每次上课，先在自己的图中找到相应位置，听课时就不会迷茫；做作业时，根据知识结构图，能够很快确定解决问题的理论和思路；复习时，通过知识结构图，可以查缺补漏，并可追溯与缺漏之处关联的其他知识。借助一个图，学生可以充分吸收理论力学的知识。

3 效果总结

近年来，授课组在理论力学课程教学中进行了知识结构教学法的探索实践，取得了一定的成效，主要体现在以下3个方面：

3.1 改善了学生学习理论力学的体验

知识结构教学法以知识结构图为载体，贯穿于整个教学过程。这种教学方式，有利于学生更好地认识理论力学的知识体系，把握概念、规律、方法之间的内在逻辑关系，更加深刻地理解各知识点在整个知识体系中的位置和作用。一个图，既可以集成所有的知识，也可以发散到某个知识点，并能够体现关联。知识结构图，不仅帮助学生增强对抽象理论的理解，而且还培养了学生的逻辑思维能力。一图在手，既重点突出，又全面覆盖，既增强了学生的自信心，又有效地改善了学生学习理论力学的体验，使其感受到学习的乐趣。

3.2 教学效果比较明显

通过期末考试成绩分析可检验这种教学方法的有效性。

为对比传统教学法和知识结构教学法的教学效果，对土木工程专业09级～12级、13级～16级本科班理论力学的考试成绩进行分析。在考察内容，广度和深度基本不变的条件下，13级之后的考试成绩，包括优良率和及格率，从趋势上都有所提高。

3.3 锻炼了教师的业务能力

教学理论、教学方法的探索和实践，离不开教师的辛勤付出。在“知识结构理论”的指导下，授课组教师经过集体备课、说课、听课、学生访谈、讨论等一系列过程，形成知识结构教学法，并将其应用于教学实践。在此过程中，教学相长，教师们的业务能力得到锻炼，教学水平明显提高。

知识结构教学法在理论力学课程的教学实践，是我们对教学理论和教学方法的有益探索。虽然取得一定的成效，但这是一条曲折、漫长、艰辛的道路。为了提高教学质量，培养高素质人才，还需要进行更深层次的研究和探索。

[1] 和燕,崔秀琴.整体观在结构力学教学中的运用[J].中国西部科技,2008,7(34):58-59.

[2] 吴式颖.外国现代教育史[M].北京:人民教育出版社,1997:197-230.

Practice of Teaching Method of Knowledge Structure in Theoretical Mechanics

ZHANG Dongxiao

(Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

In view of the present situation of the theoretical mechanics teaching, based on the theory of knowledge structure, the teaching method of knowledge structure had been applied and explored in the theoretical mechanics. Results show that the teaching method of knowledge structure was good to improve students′ learning feeling in theoretical mechanics, and to cultivate students′ ability of logical thinking and problem solving, which was significance for improving the teaching quality of theoretical mechanics.

theoretical mechanics; knowledge structure; teaching method; contact

10.3969/j.issn.1674-5403.2017.04.021

G64

A

1674-5403(2017)04-0094-03

2017-09-20

张东晓(1970-)，女，河南洛阳人，硕士，副教授，主要从事力学教学方面的研究.