《工程力學》課堂教學采用合作教學法的探索和實踐

李穎 郭書祥 姚宏 趙雪

摘 要：該文對在《工程力學》課堂教學中采用一種能更好地體現“學為主體，教為主導”教學理念的合作教學法進行了初步探索和實踐。文中介紹了合作教學法的概念、起源、實施模式和意義，并結合《工程力學》課堂教學進行實踐，闡述了合作教學法在這門課中的具體實施方法，對適合該方法的部分課程內容進行試點，并以一個具體的教學示例來詳細說明如何把這種方法有效地貫穿到教學中去。教學實踐證明，合作教學法是培養學員自主、合作、探究的有效課堂教學模式之一。

關鍵詞：工程力學 課堂教學 合作教學法 實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（b）-0117-03

傳統的教學方法是以教員為中心的講授法，教員生怕在課堂上講的不夠多、不夠深，卻往往忽略了學員的主體性和自主性。即使教員講得再好，那也僅僅是你個人的精彩。更新課程的教學理念，“把教的創造性留給教員，把學的主動權還給學員”，開展以學員為中心、以問題引導為主線的研究性教學，培養學員的自主學習能力，是一項迫切而且艱巨的長期性任務，任重道遠。同時對教員提出了更高的要求：注重自身的知識更新，能把學員學習的主動性調動起來，能教會學員自學。經過查閱大量資料，并根據自己多年的教學積淀，從2013年上半年開始我們在《工程力學》課堂教學中嘗試引進了“合作教學法”，并對這種不同于以往傳統教學方法的全新教學理念進行探索和實踐，取得了較好的效果，并積累了一定的經驗。下面就來介紹這種更能體現“學為主體、教為主導”的新教學模式的理論以及如何將這種方法有效地貫穿到教學實踐中的具體做法。

1 合作教學法的概念和起源

所謂合作教學法是指以合作小組為基本形式，系統利用教學中動態因素之間的互動，促進學員的學習，共同達成教學目標的教學活動。合作學習是目前在世界范圍內被廣泛使用的課堂教學組織形式，作為一種古老的教育觀念和實踐，其源頭可以追溯到人類紀元初期。早在2千多年前，我國古典的教育名著《學記》中就有“獨學而無友，則孤陋而寡聞”的記載，強調學習者在學習過程中的合作；在西方，早在公元一世紀，古羅馬昆體良學派就指出，學生們可以從互教中受益。1806年合作學習小組的觀念從英國傳入美國，受到美國教育家帕克、杜威等人的推崇并被廣為應用，最終于20世紀70年代初在美國興起了現代的合作學習理論[1]。而這種合作學習的教學理念以前在我們國家的大學教育中卻少見沿用，但近幾年來，隨著教學改革的深入發展，教學理念的推陳出新，一部分學校也逐步開始對這種合作學習的教學模式進行探索研究。

2 合作教學的實施模式和意義

2.1 合作學習的實施模式

合作小組是合作學習模式的最基本組成部分，也是最重要的因素。對小組的劃分要做到均衡平等，要考慮到各種因素，如學習者的學習成績、興趣愛好、個性特征等，一般要采用互補的分組形式，即采用“組內異質、組間同質”的原則（即強中弱分組搭配），每組4～6人為宜，小組成員之間的合理分配有利于提高學習的效率。為保障每個小組都能參與，盡量采取小班上課的方式，一般一個班不超過30～40人。每個小組選出一名責任心強的組長，負責召集、組織小組討論等工作，各個小組的討論地點應該彼此分開。課堂上采用同組前后位坐法，分組合作討論學習。各小組在討論時，每個成員都可以發表自己的意見。學員按照教員布置的任務、提出的問題自主探究、合作學習。對于問題，課堂分組交流，相互補充。

在合作學習中，教員是活動的組織者、引導者、合作者。合作學習對教員提出了比傳統教學更高的要求，要求教員具有現代的教育思想和教育理念，由傳統的以“教”為中心轉到以“學”為中心，還要實現二者的有機結合。組織學員小組合作學習時，教員應考慮學習的內容，考慮學習的內容的合作目的和合作價值。小組合作學習應該用到重點上、難點上，用在培養學員創新的精神和應用能力上，合作學習數量也不易過多，時間也不易過長，可以采取課前、課中、課后合作的形式，可以用在50%～60%的課堂教學中。

2.2 合作學習的實施意義

小組合作活動將教學變成了一種教員與學員、學員與學員之間的多向型互動，這種互動能夠有效調動所有參與者的積極投入，充分發揮每個人的聰明才智，激發高度的求異思維。學員們在這種多邊互動與合作的群體活動中，在交流信息、探討問題的過程中，增長知識、發展能力，有利于互相交流，取長補短，有利于拓展思維，有利于培養學員自主學習、自主分析和解決問題的能力，培養學員的團隊合作精神，鍛煉學員的交際能力和口頭表達能力。

3 合作教學法在《工程力學》課堂教學中的具體實施方法和教學實踐

3.1 具體實施方法

在日常課堂教學中，教員可根據課程標準、課程內容的特點，提前布置閱讀任務，圍繞教學重點、難點提出一些有價值、有討論空間的理論問題或者習題等作為討論題，提前打印出來發給每位學員。請每位學員先自學指定內容，思考討論題，然后由各小組合作討論，討論結果要在課堂上展示；也可以當堂布置課堂討論題，現場組織學員合作討論。課堂上可由教員先精講核心內容和典型例題，留出半小時左右甚至45分鐘的時間來組織學員展開討論（這種情況比較適合理論內容少而應用比較多的教學內容），也可按照提前精心做好的課堂教學設計適時恰當地穿插展開討論（這種情況比較適合理論內容多的教學內容）。討論題的回答，可由小組成員進行搶答，由搶答成功小組的組長輪派一名代表到黑板前面講解本小組的觀點，各小組間可以相互質疑，然后由教員進一步更清晰地闡述該小組的思想，并進行現場點評和打分。講述正確率滿分90分，語言表達學員評價滿分5分，教員評價滿分5分，計入平時成績。[2]

3.2 教學實踐示例

在《工程力學》課程教學中，我們根據課程內容的特點以及自己的教學積淀，選定了一部分適于合作教學的內容作為試點，它們分別是靜力學部分的《物體的受力分析和受力圖》《平面任意力系的簡化》《平面桁架和物體系的平衡習題課》，材料力學部分的《彎曲正應力》《彎曲變形》《壓桿穩定》等。按照合作教學法的實施模式和具體方法，重新精心修改了它們的課堂設計，并在課堂上試行實施，取得了較好的課堂教學效果。

下面我們就以《壓桿穩定》一課為示例，來闡述如何實施合作教學法進行教學。

首先，大約提前一周左右時間布置閱讀任務，發給每個小組合作討論題目：閱讀《材料力學》教材上冊第9章壓桿穩定9.1～9.4節的內容，小組合作討論如下問題：

（1）通過查閱資料，在軍事上、尤其是在和我們相關的飛機上，你能夠找到哪些部位可能存在著壓桿穩定性問題？制作成PPT講解。

（2）推導細長壓桿臨界壓力計算公式的幾個關鍵點在哪里？要注意什么問題？

（3）采用變形比較法給出其它桿端約束細長壓桿的臨界壓力計算公式，這種方法的關鍵點在哪里？

請每個人先自學，然后由各小組合作討論，討論結果在課堂上展示，小組間可以相互質疑，討論情況要進行互評打分，計入平時成績。

由于這次課的特點是理論內容比較多，因此我們采用了穿插進行小組合作討論的策略。我們首先從一起魁北克大橋坍塌的工程事故引出失穩問題，給出部分日常生活中常見的有可能存在失穩問題的構件，然后引導各小組來展示第一個合作討論題的討論結果。由于每個小組的學員事先都積極查閱資料，通過合作學習，提前制作好PPT，在課堂上各小組積極搶答，相互補充。找出了導彈發射車中的液壓缸活塞桿、雷達桁架結構中的壓桿、飛機四沖程活塞式發動機中的連桿、飛機起落架的減震支柱以及斜撐桿，還有飛機機翼中的腹板和支柱，火箭發射架桁架結構中的壓桿，火箭箱間段中桁架結構中的壓桿等存在著壓桿穩定性問題的軍事實例。對有的小組提出的飛機機翼中的腹板實例，其他小組還進行了質疑，指出從嚴格意義上來講，它不屬于壓桿的穩定性問題，而是屬于薄板條受壓側向失穩的問題。之所以設置這個帶有探究性任務的合作討論題目，目的是想結合我們軍事院校的特點，為了將理論與軍事實際緊密聯系，開拓視野。通過這個探究性的任務，培養學員查閱資料的能力以及探究性學習能力、團隊合作能力。在查閱資料的同時，他們也了解了很多關于飛機方面的知識，同時也激發了學員學好這門課程的使命感與責任感。

圍繞教學難點歐拉公式的推導，布置了第二和第三個研究性合作討論任務，研究清楚了這些問題，就等于破解了難點，掌握了一種方法。由于各小組已經提前自學了教材內容，通過小組合作討論，各小組根據自己的理解和思考歸納總結了各自的答案，所以講到臨界壓力的確定時，先由教員引導各小組來展示第二個合作討論題的討論結果，各小組在教員的組織引導下，可以相互補充、相互提問。最終由教員點評并總結指出各小組的觀點：關鍵點在于，第一，正確寫出壓桿任意截面上的彎矩方程，從而正確寫出撓曲線近似微分方程；第二，正確寫出邊界條件，從而確定通解中的積分常數。要注意的問題是用壓桿變形以后的位置來計算彎矩，不再使用原始尺寸原理；壓桿失穩后撓曲線向空間任意方向凹凸，彎矩和撓度之間始終要相差一個負號。關于這部分推導內容，課堂上可以快速再現，關鍵點和注意點在推導快速再現的過程中再一次強調，以加深印象。而對于第三個合作討論題，請搶答成功的小組派一名代表上講臺講解，指出關鍵點在于尋找撓曲線上的拐點，是拐點就意味著在該點處相當于有一個鉸支，并結合教員PPT上的圖向大家講述幾種常見理想桿端約束細長壓桿的臨界壓力計算公式是如何得來的。通過這兩個研究性合作討論任務，鍛煉了學員自學能力、自我分析能力、歸納總結能力以及口頭表達能力，實現了先學后教，自主探究。圍繞教學重點歐拉公式及臨界應力總圖我們又設置了當堂合作討論題：起重臂角鋼如何放置這樣具有開放性的問題，誤用臨界應力公式會帶來什么結果這樣具有探究性的問題等等。小組成員相互討論，爭先搶答，小組間相互質疑補充，課堂氣氛十分熱烈。最后，由教員講評，小組間相互評價打分，計入平時成績。整個課堂氣氛生動活躍，完全體現了學員的主體性，受到了學員的好評。

4 結語

近三年的教學實踐證明，“合作教學法”是培養學員自主、合作、探究的有效課堂教學模式之一。這種方法可操作性強，通過精心的課堂設計來實現先學后教，真正體現教員的主導性和學員的主體性。這種方法活躍了學員的思維，受到了學員的認可，是一種真正意義上的互動，可以結合它來真正實現沒有網絡環境的“翻轉課堂”。當然目前所做的工作還是一些初步的研究，還需要在今后的時間里去不斷地深入探索和研究。

參考文獻

[1] 余文森，林高明.經典教學法50例[M].福州：福建教育出版社，2010.

[2] 宋少云.在理論力學教學中采用協作學習的改革實踐研究[J].力學與實踐，2013，35（3）：85-86.

[3] 劉鴻文.材料力學[M].5版.北京：高等教育出版社，2011.