支架式教学法在土木专业力学课程教学中应用的初步思考

吕晓棠

（合肥学院 建筑工程系，安徽 合肥 230022）

支架式教学法在土木专业力学课程教学中应用的初步思考

吕晓棠

（合肥学院 建筑工程系，安徽 合肥 230022）

力学课程是土木工程专业的重要组成部分，提高力学课程的教学质量，培养学生的主动学习能力一直是力学教师关注的重点.本文简要介绍了支架理论，并从土木专业本科力学教学的教学内容和教学目的出发，对支架式教学法中支架的作用进行初步讨论，并对在力学课程教学中实施支架式教学法对培养学生自主学习意识的作用进行了初步探讨.

支架理论；自主学习；力学课程；教学方法

在过去的十几年中，随着互联网的发展和多媒体技术的应用，工科院校中力学课程的教与学在形式和内容上都发生了很大变化，比如：制作精良的多媒体课件，可以清楚的演示出绝对运动、相对运动和牵连运动之间的关系；学生可以通过网上学习平台检测自己的学习效果，与任课教师互动等等.即便如此，还是有相当一部分土木工程专业的学生仍然觉得学习力学课程“困难重重”.对于本科阶段土木工程专业的学生来说，接触到的力学课程（固体方面）主要有理论力学，材料力学，结构力学和弹性力学，其中，弹性力学在很多高校属于非学位课范围，本文中的力学课程主要指前三种，即所谓的“三大力学”.力学课程对土木工程专业的重要性不需赘述，如何提高力学课程的教学质量，培养学生在土木工程实践中运用力学知识的意识和能力，始终是广大高校力学教师关心的热点问题[1,2].本文旨在对以学生为中心的鹰架式教学法进行初步讨论，并初步探讨支架式教学法在力学课程教学中的应用，以对应当前工程教育的需要，并希望能够有利于促进学生从被动学习到主动学习的转变.

1 支架理论

支架理论是由前苏联心理学家维高斯基于上世纪三十年代提出的.根据该理论，可以将学习者的学习能力分为两种：能够独立解决某个问题的实际能力和在指导者的帮助下解决某个问题的潜在能力.“支架”是将建筑中的脚手架比作指导者为学习者提供的学习上的支持.

支架式教学法，也称“鹰架式教学法”，是由美国教育心理学家布鲁纳根据维高斯基的理论提出的教育模式[3]，主要是指学生在学习某种新的概念或技能时，教师在教学过程中通过提供与学生的认知层次相符合的支持、导引和协助，用以提升学生学习能力的教学准备，从而使学生能够逐步独立完成某项任务，即由较低的能力水平上升到较高级的能力水平.在早期，支架理论经常被用于儿童学习方面，但近年来，研究人员和教育工作者开始逐渐认识到它也可以应用于成年人的学习上，支架理论正在成为工程教育中新的研究热点和重点.孙红旗基于建构主义理论讨论了理论力学的教学方法[4]；屈本宁等人基于建构主义讨论了工程力学的教学过程中创新教育的模式与实施方法[5]；张廷刚探讨了以问题为中心的支架式教学策略[6]；张磊等人以建构主义学习观的角度讨论了在力学教学中课程设计、教学内容等方面需要注意的问题[7].本文侧重于对支架式教学法中支架的作用进行初步讨论，并对力学课程教学中以学生为中心的支架式教学法的适用性进行初步探讨.

2 力学课程传统的教学方法

实际上，力学课程传统的教学方法是以教师为教学主体的，对学生而言是典型的被动学习模式.教师在讲台上讲，学生在下面记笔记，教师与学生之间的互动，也仅限于有限的提问和回答.当然，这种传统方法是有其自身的优势的，比如，所有的课堂教学内容都是经过教师精心组织和安排的，教师来解释所有的概念，分析例题，总结方法并分享个人相关经验.这样的方式能够做到在有限的课堂时间中覆盖更多的信息，并且精准、高效的传达所有知识点.但任何事物都有其两面性，教师为学生提供了过于充分的信息，学生习惯了被动的接受，在教学过程中学就不会主动思考，也不愿意主动思考，甚至在教师不断提出问题，启发引导的情况下，还是无法调动一部分学生主动思考的积极性.笔者就曾经听一位同事抱怨过：现在的学生，大脑都退休了（笔者深有同感）！虽然夸张了些，但还是在一定程度上反映出目前学生在课堂上的状态以及教师对此的无奈.

3 力学课程中的支架式教学法

3.1 支架的作用

在考虑实施以学生为中心的支架式教学法时，一个中心问题是如何在这样的环境中提供学生所需要的支持，以确保学生能够达到既定的“更高级的能力水平”.“支架”是在学习新知识的过程中给予学生必要的支持和协助，这种支持应该能够充分利用学生已经掌握的知识来帮助他们完成学习任务并获得超出他们既有能力的能力.支架对学生的影响主要体现在学生目前需要通过支架的帮助才能完成的某项任务，在以后或将不需要支架而能够独立完成.其结果就是，支架使学生在新的情况下能够独立执行新的任务.合理的“支架”可以从以下几方面考虑：

首先，支架不仅要对学生当前的学习提供支持，还要能够使学生获得在未来独立完成目标任务的能力.举个简单的例子，计算器就没有资格作为“支架”，因为它只能支持当前的计算需求，而不能帮助学生在未来独立地（即没有使用计算器）进行计算.而作为计算机辅助计算软件的结构力学求解器，就可以被视为“支架”，它不但可以帮助学生求解问题，而且其结果和建模计算过程可以帮助学生校核自己的计算结果，熟悉计算过程，培养对杆系结构内力分布情况定性分析的能力，提高独立求解问题的准确率，并且为以后矩阵位移法甚至有限元法的学习打下基础.而且虽然名字叫“结构力学求解器”，但实际上在材料力学阶段就可以引入到课堂教学中，在从材料力学过度到结构力学的过程中，这个“支架”的提供的支持内容也从杆件结构过渡到杆系结构.

第二，支架不仅需要利用学生已经掌握的知识（或帮助学生建立已有的知识框架），而且与不断进行的学生学习效果评估密切相关.因此，只是简单地告诉学生该做什么或如何做，是不符合支架的要求的.教师首先需要了解学生的相关知识储备（建立已有知识框架），再决定在目前的学习阶段应该提供哪些必要的支持和适当的引导性问题，并在学习过程中给予学生适当的指导，最后依据学生的学习反应（学习效果评估）决定下一个阶段的指导方法和内容.理论力学是土木工程专业的学生在本科阶段学习的第一门力学课程，下面以理论力学中静力学内容为例，简要说明一下支架的这一作用.静力学中物体的受力分析和平衡方程是重点内容，实际上，在高中物理的力学部分中已经对平面汇交力系的合成与分解（作用在质点上的力）、部分静力学公理（如力的平行四边形法则，三力平衡汇交定理等）给予了充分的说明.在理论力学的教学过程中，根据学生已经掌握的汇交力系的相关知识，提出引导性问题：根据平面汇交力系的合成结果，如何写出相应的平衡方程？→如果是空间汇交力系，合成结果和平衡方程会有什么不同？→对于平面任意力系，应该怎么合成？（此时要提供必要“支持”，引入力的平移定理.）

第三，在新知识的学习中，支架需要简化一些任务元素，同时保留和突出另一些任务元素的复杂性.简化任务是为了使学生尽可能的有意义的参与到学习过程中；保留和突出部分复杂性是为了把学生的注意力集中在某一个或几个重点问题上，学生在支架的帮助下解决这些重点问题从而获得能力的提升.支架可以由教师提供，也可以来自同组的合作学习者或者是电脑.这些支架构成一个整体，彼此之间优势互补，形成一个强大的教学支持网络.

总之，适当的支架可以有效的减少学生的认知负荷，并且有利于教师对学习过程的管理.适当的支架也应该能够培养学生的科学思维能力和策略分析能力，确保学生积极主动的参与到学习过程中，并帮助学生完成较为复杂的任务.所有这些最终都有助于培养学生的自主学习能力.

3.2 支架式教学法与自主学习的实现

支架式教学法的一个重要的好处是，它使学习者积极参与制定自己的学习目标.设定目标是自主学习开始阶段的一个重要组成部分.允许和支持学生设定学习目标可以提高他们实现目标的可能性.当然，教师对学生设定的学习目标要进行评估并给出建议，以防止部分学生的学习目标过于模糊或过于“远大”而无法实现.此外，在教学过程中，还应让学生回顾各自在学期初设定的学习目标，以认识到自己的进步并根据学习情况调整下一步的学习目标.要求学生定期回顾自己的学习目标是提高学生参与学习的意识和使学生对自己的学习成果承担更多责任的又一重要因素.因为当学生明确自己的学习目标时，学生就不会只是消极被动的接受教师提供的相关支持.在不同的学习阶段，教师控制学习进程，负责提供相应的支架支持，并鼓励学生之间的同伴合作.以后的学习过程由学生主导，学生在支架的帮助下设立目标，主动探索问题，主动思考，提出问题，观察解释，寻找答案，得到结论并总结经验.随着学生对新的学习任务越来越有信心，支架可以逐步移除，最终学生能够独立完成同样的工作任务使学生具备主动学习意识并最终成为自主学习者是支架式教学的最终目标.

应用支架式教学法，最重要的是需要改变传统观念.教师不再是教学的主体，不只是站在教室前面控制课堂教学，而是成为课堂教学的促进者，资源提供者和过程评估员，学生在教学过程中起到更积极的作用.从教学目标和教学方式来看，在力学课程教学中使用支架式教学法是具备一定优势的.首先，从高中时期物理课程中的力学内容到本科阶段的三大力学，相关知识内容是相互衔接，逐步深入的，这就为建立“充分利用学生已经掌握的知识”的支架提供了有利条件；其次，现阶段力学课程的学时普遍缩减，利用支架式教学法可以更高效的利用课堂时间；此外，不论学生以后从事建筑结构设计，建筑施工还是其他相关行业，很可能都需要进一步学习相关力学知识，因此培养学生主动学习的能力和自觉性也是本科阶段力学教学的重要目标，正如二百年前德国的教育宣言曾经说过的：“教育的目的，……不是着眼于实用性的知识和技能，而是要唤醒学生的力量，培养他们自我学习的主动性……，以便他们在目前无法预料的种种未来局势中，自我做出有意义的选择.”

4 结束语

本文仅是对支架式教学法中支架的作用做了初步探讨.在不同的力学课程中如何提供适当的支架，如何有效的动态评估学生的学习效果等等，这些问题实际上是对教师能力的更大考验.如果教师自己都不知道什么是自主学习者，也就不能指望在自己的学生中培养出自主学习者.从理论上讲，任何一种教学方法，无论它有多好，都不可能满足所有的教育目的.讨论任何一种方法是否更好或更有效，都需要更深入的研究.因此，对于支架式教学法的应用，值得也有待于进一步的努力和探索.

〔1〕唐晓雯，任艳荣.《理论力学课程提纲》的编写与应用[J].中国大学教学，2009（9）：51-52.

〔2〕邓宗白，陈建平,等.在基础力学教学中强化工程能力和创新能力的培养[J].中国大学教育，2011（11）:26-28.

〔3〕王光荣.维果茨基的认知发展理论及其对教育的影响[J].西北师大学报(社会科学版)，2004，41 (6)：22-25.

〔4〕孙红旗.基于建构主义的理论力学课程教学方法探讨[J].中国科技信息，2009（3）：188.

〔5〕屈本宁,张曙红.基于建构主义和创造思维理论的工程力学教学模式[J].昆明理工大学学报（社会科学版），2007，7(1)：43-47.

〔6〕张廷刚，张昕.基于问题的支架式教学策略应用初探[J].卫生职业教育，2013，31(19)：48-49.

〔7〕张磊，袁丁.建构主义学习观在力学课程教学中的应用[J].高等建筑教育，2015，24(4)：64-66.

G642.0

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1673-260X（2017）06-0044-03

2017-02-17

安徽省高等学校自然科学研究重点项目（KJ2016A599）；安徽省高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目（gxfxZD2016217）