基于知識(shí)結(jié)構(gòu)理論的高職工程力學(xué)復(fù)習(xí)策略

摘 要 本文主要從物理模型變化、挖掘教材知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系和構(gòu)建基于力學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面，介紹了基于知識(shí)結(jié)構(gòu)理論的高職工程力學(xué)復(fù)習(xí)策略。

關(guān)鍵詞 知識(shí)結(jié)構(gòu) 工程力學(xué) 復(fù)習(xí)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作為高等院校一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課程“工程力學(xué)”的難學(xué)難教問(wèn)題，一直是高職院校教學(xué)中存在的普遍現(xiàn)象。如何破解這個(gè)難題？這是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們探索出一條運(yùn)用知識(shí)結(jié)構(gòu)理論，探討高職工程力學(xué)的復(fù)習(xí)方法。知識(shí)結(jié)構(gòu)是指知識(shí)內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)，是由知識(shí)之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系聯(lián)結(jié)而成的知識(shí)整體。在工程力學(xué)復(fù)習(xí)課中可對(duì)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行挖掘和重構(gòu)，從而將教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為學(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

1 以物理模型變化為切入口，拓寬知識(shí)結(jié)構(gòu)，理清學(xué)習(xí)思路

隨著高職課程的模塊化，大學(xué)基礎(chǔ)課程“物理學(xué)”的刪減，高職力學(xué)體系直接由中學(xué)“物理”力學(xué)部分跳躍至大學(xué)“理論力學(xué)”，給基礎(chǔ)本來(lái)就較差的高職新生的“跳級(jí)”學(xué)習(xí)帶來(lái)極大困難。

這種困難主要由物體模型的變化引起的，其變化前后構(gòu)建的知識(shí)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)表1。

比較表1中的（1）和（2）可見(jiàn)，變化后的力學(xué)體系主要增加的內(nèi)容：第一，描述外界作用的知識(shí)結(jié)構(gòu)有了新的內(nèi)容，主要增加了力矩、力偶、動(dòng)量矩等知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)由于描述問(wèn)題維數(shù)的不同，使得空間和平面描述有較大差別。第二，描述力對(duì)物體的作用效應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)拓寬了，如轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)角、角速度、角加速度等的增加。這就進(jìn)一步理清了力學(xué)知識(shí)的邏輯關(guān)系，開(kāi)闊了學(xué)生的知識(shí)視野，為力學(xué)的深入學(xué)習(xí)理清了思路。

2 挖掘教材知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，重建知識(shí)結(jié)構(gòu)，解決重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題

2.1 挖掘教材知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，重建知識(shí)結(jié)構(gòu)，理清重點(diǎn)和難點(diǎn)

工程力學(xué)主要由理論力學(xué)和材料力學(xué)兩部分組成。在復(fù)習(xí)材料力學(xué)的桿件的基本變形形式時(shí)，可分別以強(qiáng)度和剛度為主線(xiàn)，將涉及其章節(jié)的零散知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，重構(gòu)其知識(shí)結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)表2）。

依據(jù)高職工程力學(xué)教學(xué)大綱及以上列出的知識(shí)結(jié)構(gòu)，其重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容均展示得十分清晰和直觀(guān)：①?gòu)?qiáng)度計(jì)算是重點(diǎn)；②梁的內(nèi)力圖及梁的變形是難點(diǎn)。

2.2 按照由易到難、循序漸進(jìn)的思路，解決難點(diǎn)問(wèn)題

以?xún)?nèi)力圖為例，構(gòu)建經(jīng)緯聯(lián)系形式的知識(shí)結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)表3）。基于此，（1）以簡(jiǎn)易的軸力圖、剪力圖和扭矩圖為例，總結(jié)歸納繪制內(nèi)力圖的一般程序和方法。①將工程實(shí)際受力物體轉(zhuǎn)變成力學(xué)模型；②畫(huà)出研究對(duì)象受力圖；③列出以截面為自變量、內(nèi)力為變量的方程；④依據(jù)內(nèi)力方程畫(huà)出桿件截面上的內(nèi)力圖。（2）深入研究繪制內(nèi)力圖的基本規(guī)律，進(jìn)而解決其難點(diǎn)問(wèn)題。第一，以以上繪制內(nèi)力圖基本方法為基礎(chǔ)，歸納出繪制梁的剪力圖或彎矩圖的基本步驟和方法：①將工程實(shí)際中受力物體轉(zhuǎn)變成梁的力學(xué)模型；②畫(huà)出梁的受力圖；③列出剪力方程和彎矩方程；④畫(huà)出梁的剪力圖和彎矩圖。第二，比較表3所示梁的剪力圖和彎矩圖，引導(dǎo)學(xué)生填寫(xiě)表4所示不同載荷作用下的剪力圖和彎矩圖，從而分析出載荷、剪力圖和彎矩圖之間的關(guān)系——繪制梁的內(nèi)力圖的基本規(guī)律。第四，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)其基本規(guī)律，畫(huà)出梁的剪力圖和彎矩圖，從而達(dá)到簡(jiǎn)化畫(huà)圖環(huán)節(jié)，提高畫(huà)圖速度的目的。

2.3 在突破難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，解決重點(diǎn)問(wèn)題

依據(jù)表2所展示的知識(shí)結(jié)構(gòu)，剖析各個(gè)變形強(qiáng)度計(jì)算公式的物理內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深，在掌握拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，解決重點(diǎn)——梁的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題，從而促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立，思維能力的發(fā)展。

3 構(gòu)建基于力學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

力學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)際結(jié)合十分緊密，是復(fù)習(xí)鞏固工程力學(xué)理論知識(shí)和培養(yǎng)高職學(xué)生必備動(dòng)手能力的不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為此，運(yùn)用知識(shí)結(jié)構(gòu)理論，探討力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，以提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.1 引導(dǎo)學(xué)生做試驗(yàn)，畫(huà)出關(guān)系圖

以測(cè)試低碳鋼的力學(xué)性能為例，引導(dǎo)學(xué)生做拉伸試驗(yàn)，畫(huà)出結(jié)果圖。其低碳鋼通過(guò)拉伸試驗(yàn)得到的P—L曲線(xiàn)圖及消除橫截面、標(biāo)距影響的 — 曲線(xiàn)圖，如圖1和圖2所示。

3.2 引導(dǎo)學(xué)生討論試驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)

以通過(guò)拉伸試驗(yàn)的低碳鋼的應(yīng)力與變形關(guān)系為主線(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展深入討論并填寫(xiě)相關(guān)指標(biāo)的表格，構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，如表5所示。

注釋

① 杜強(qiáng).注重構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化復(fù)習(xí)課效率[J].四川教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2000.3.

② 知識(shí)結(jié)構(gòu)及其在科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)校外教育（理論），2007.4.

③ 盧永全.淺議以實(shí)踐為載體的工程力學(xué)課程教學(xué)改革[J].科技信息，2009.15.

④ 申田.基于建構(gòu)主義的高職院校大學(xué)語(yǔ)文教學(xué)模式探究[J].課程教育研究，2012.2.

⑤ 朱建華.知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)在復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用[J].中專(zhuān)物理教育，2000.3.