淺析問題教學法在結構力學課程中的應用
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摘要：問題教學法是課堂教學常用的方法，結構力學是土木工程專業一門非常重要的專業基礎課程，本文結合問題教學法在結構力學課程的應用進行了探討。
關鍵詞：問題教學法;土木工程;結構力學;人才培養
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）21-0188-02
一、引言
問題教學法在我國古代早有論述，如朱熹的“讀書無疑者，須教有疑，小疑則小進，大疑則大進”。問題教學法的核心是問題設置，通過問題誘發學生自主學習的欲望，培養主動學習的習慣，通過循環往復不斷優化自主學習方法，提高學生學習能力的教學方法[1]。教學論專家馬赫穆托夫認為問題性的課堂為：在課堂上，教師有意地創設問題情境，組織學生的探索活動，讓學生提出問題并解決這些問題（問題后置，較高層次）;或由教師自己提出這些問題并解決它們，在此同時向學生說明在該探索情境下的思維邏輯（問題前置，較低層次）[2]。因此，問題教學法也可以認為是課程知識點以問題的形式呈現在學生面前，在教學活動中，以“問題”為線索，可以讓學生在尋求和探索解決問題的思維活動中，學會思考，學會創新，促進學生創造思維的發展。
二、結構力學課程在土木工程專業人才培養中的地位
結構力學課程是土木工程專業多學時的專業基礎課程。它基于材料力學的基本思路和基本方法，將研究對象拓展為桿系結構。設置此課程的目的是使土木類學生系統地掌握桿系結構的幾何組成規律和合理形式，及桿系結構在外因素作用下的強度、剛度、穩定性的計算原理和方法，為后繼課程如鋼結構、混凝土結構、基礎工程、工程結構抗震等課程的學習奠定必要的力學基礎，為畢業后從事土木工程各類工程的結構設計、施工、檢測等工作提供必要的理論知識和基本計算方法。
大部分土木類本科院校均在第四學期開始開出結構力學課程，在此階段，學生基本已經融入到大學的學習生活中，對專業也有了更加深刻的認識，同時由于社會的不斷發展，學生對高層次學歷的追求也在不斷增長，絕大部分高校把結構力學課程作為土木工程學科碩士研究生入學考試初試的科目，因此教師和學生在統一認識的基礎上，更加確定了該課程的重要地位。
三、問題教學法在結構力學課程中的實施
傳統的問題教學是以教師提問為主的教學活動，即問題前置，這種教學方式方便課堂的把控。通過問答互動，在一定程度上提高了學生的課堂參與度。其實，明確的問題，答案往往也是明確的，學生難以獲得獨立的見解，在一定程度上學生的學習主動性被抑制了[3]。如何讓學生主動提出問題，變“求解”為“學問”，讓學生積極進行探究和創造性思維活動，讓“主體”真正“主動”起來呢？比較好的方法是將問題前置和問題后置結合起來，課前授課教師給予宏觀問題，要求學生在預習過程中提出具體的新的疑問并記錄在課堂筆記本中，最后授課教師組織討論、點撥、解答，此過程可作為平時成績評價的手段。當下，伴隨著教學信息化改革的飛速發展，網絡教育資源豐富，微課、慕課、翻轉課堂等多元化的教學方式正是在問題教學法的基礎上解決了這個難題。
以結構力學幾何組成分析一章為例。課前，教師可以提出三個問題：什么是幾何組成分析？為何進行幾何組成分析？怎樣進行幾何組成分析？讓學生帶著問題去讀書，那么學生在讀書的過程中會發現，體系分為幾何不變、幾何常變和幾何瞬變三種情形，三種情形各自又該如何判定？判定的原理是什么？如此等等，牽一發而動全身，眾多具體的、直指教學重難點的問題就會一一浮現，學生通過深思熟慮過后才得到的結論顯然比直接被告知的來得深刻。一旦品嘗到了求知的樂趣，學生就會樂此不疲了。
問題教學法在結構力學課程中的實施還需注意以下三點：
其一，注重問題設計的針對性。針對性一方面指問題應遵循教與學的實際需要而定，圍繞教學的重點和難點，同時，還要針對學生的學習心理特征，問題要能夠啟動學生心理上的新需求，能夠觸發學生潛在水平到現實水平的最近發展區[4，5]。如靜定剛架的內力計算問題，重點是要求學生掌握內力的具體計算和剛結點的性質，剛架是由多根桿件通過部分或全部剛結點連接而成，那么，求解的思路就是，能否把剛架離散成一個個單跨梁來進行分析呢？在離散過程中，從哪里斷開比較合適呢？合適與否由什么來決定？事實上在剛結點處斷開和打斷梁式桿是等同的。隨著問題的深入，剛結點的特性也就總結出來了。同時還可追問什么樣的外力會在桿件中引起彎矩？什么樣的外力會在桿件中引起剪力？什么樣的外力會在桿件中引起軸力？通過對結構內力特性的定性分析，使得學生對單跨梁的理解進一步加強。
其二，注重問題的啟發性。問題設置水平的高低，一個重要的衡量因素就是問題是否具有啟發性。具有啟發性的問題不是非此即彼的問題，而是具有開放性，這樣才能使學生放飛思緒，調動思維的積極性。如在力法求解超靜定結構中，基本未知量的確定是通過去除多余約束來確定的，因為多余約束不是唯一確定的，顯然，基本結構的選取也不唯一，如何優選基本結構呢？好與不好的區別就在于是否方便計算。由于個人習慣不同，不同的同學可能會選擇不同的基本結構，授課教師通過對不同形式基本結構的求解過程進行對比，可以初步幫助同學們樹立優化設計的思想，即使條條大路通羅馬，便捷的道路總是讓人青睞的。
其三，注重問題的效果導向。課堂教學有課時的限制，也有教學內容的限制。因此課堂上不可能無限延展，事事都琢磨，教師在設計問題時要預期學生掌握什么知識點，獲得什么能力，設計能夠起到事半功倍的問題，以達到不斷提高課堂教學質量的目的。如超靜定結構含斜桿剛架的位移法問題，關鍵問題是結點的線位移的確定，因此，問題需要圍繞結點線位移的定性與定量兩個層面展開。
四、結語
問題教學法的實施，教師是總設計師，在這樣一個充滿探究的學習模式里，教師的工作任務會更加繁重，不僅要備好課，還要有一整套完整的問題教學設計，教師需要具有深厚的專業知識功底和豐富的教育教學經驗，才能有效地進行問題設計和處理教學中可能遭遇的種種意外情況，在特定的時間內完成特定的任務。
參考文獻：
[1]中國大百科全書.教育[M].北京：中國大百科全書出版社，2009.
[2]馬赫穆托夫.問題教學[M].王義高，等，譯.南昌：江西教育出版社，1994.
[3]許衛群.問題式教學法在工程力學教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2015，（35）：148-149.
[4]丁敏.問題教學法在大學課堂教學中的應用[J].黑龍江教育，2011，（8）：83-84.
[5]黃婷.論探究式教學法在力學課程中的應用[J].廣西民族師范學院學報，2012，29（3）：79-81.
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