建筑學專業力學教學難點應對策略探索

譚文娟 （山東工藝美術學院，山東 濟南 250300）

建筑力學是在建筑學專業中開設的一門專業基礎課，融合了理論力學、材料力學和結構力學的基本內容，且以結構力學為主要學習對象。把三門力學精簡到建筑力學一門課程來授課，避免了各門課程相互獨立，有利于建筑學專業的學生建立起相對整體的力學思維，當然，這也給建筑力學的教和學帶來的困難和挑戰。要求授課教師能夠對浩繁的力學內容有一個精準而又全面的精簡和概括；同時要求學生要具備良好的理科素養和邏輯思維能力，能夠在老師的引導下，循序漸進地高效率掌握力學的本質內核。筆者在十幾年的力學教學中，就如何較好地完成建筑力學教學任務，有以下幾點教學思考和感受。

1 以探究式教學充分調動學生的積極性和主觀能動性

探究性教學是指在教學過程中，教師指導學生，通過以“自主、探究、合作”為特征的學習方式，對有關教學內容中的主要知識點進行自主學習、深入探究并進行小組合作和交流，從而較好地達到課程教學目標中關于情感目標與認知目標的一種教學模式。

建筑力學作為一門專業基礎理論課程，其中的力學理論雖是對自然界當中力學現象的一個高度概括和總結，有著嚴謹的抽象的邏輯性和很強的學科特點。對沒有任何工程背景的建筑學專業學生來講，學起來的難度是比較大的。對于抽象的力學概念，對具體怎么發現力學作用環境或重構力學作用模型存在學習困難。比如力學中一個常見的力學概念——力偶，在教材和授課中，都有相關案例的分析解釋，但是在列力系平衡方程的時候，卻總是有一定比例的學生會出錯，或是在力矩方程中漏掉了力偶對矩心的力矩，這是一個出現頻率較高的常見錯誤。究其原因，還是學生沒有真正主動地把力學和生產、生活實例緊密連接起來。教材都列舉了案例，課堂上老師講得清楚，學生聽得明白，但過后很容易忘記和混淆，這說明當堂的理解和明白只是一個即時的理論認識，沒有真正從教學模型構建中理解概念，對應實質和實際，這與遺忘理論中的提取失敗理論（theory of extraction failure）有些類似。如果能引導學生自己去挖掘與其相關的生活常識，讓他們自己去體驗和應用，勢必會加強對一個抽象概念的認識和理解。在筆者后期的教學里，就讓同學們主動參與到對力偶的發現、認識總結當中來，隨機布置的一道力偶趣味作業，最終呈現出來的作業結果非常令人驚喜，有圖文并茂的總結，有活潑有趣的小視頻，雖是一道選做題，但是同學們的積極性遠遠超出了預期，對生產、生活場景中的力偶進行了全面的撒網式的總結，從轉動汽車方向盤、打開水龍頭、擰動鑰匙到平常的轉筆小游戲等等，結合的案例很多，也很貼切。這個作業最大的收獲就是在最后的考試中，因力偶出現錯誤而導致靜力平衡方程出錯的比例大大降低，只有個別同學出現了錯誤，不及格率也是大大降低。

2 掌握必要的計算方法，是建立整體力學思維必不可缺少的手段和方法

在數量眾多的建筑力學課程教學改革的論文中，幾乎都在關注一個焦點問題，那就是對建筑學專業學生來講，是否有必要進行相關的力學計算能力訓練和儲備。大多數人認為建筑學專業的學生只要能夠建立起力學思維即可，而計算能力和訓練不是必要的。

不過筆者在教學實踐中會發現，一些抽象的概念，比喻剪力、彎矩和扭矩等等，在非常抽象的語境下，如果不加以必要的內力計算，學生很難真正地去理解和掌握內力的相關概念，更別說在工程中能夠靈活地運用力學原理了。

建構主義的認識發展心理學認為，在初步了解和理解新知識之后，學習者還需要經歷知識建構（即新知識與原有知識經驗相互作用）及知識運用（即新知識與真實情景相互作用）的過程，才能真正掌握知識。由此可見，在建筑力學的學習中，對于力學問題的計算方法、計算原理、計算技巧，是知識建構的一個過程，這個過程是必不可少的一個重要環節，如果直接就躍層到知識運用，是一種空想和對計算困難的一種逃避，不能從根本上解決問題。與此同時，掌握必要的計算方法和計算技巧，也是應對目前注冊建筑師考試的一種高效的學習策略。目前的注冊建筑師考試中的六門客觀考試科目中，不及格率最高的是建筑結構，建筑結構包含了建筑力學和建筑結構兩大部分內容，涉及計算比較多的就是建筑力學，而結構也是以力學為基礎的，所以建筑結構這門考試是否能順利通過，關鍵就是看考生對力學部分是否熟練掌握。

建筑結構的考試大綱：對結構力學基本了解……能定性識別桿系結構在不同荷載下的內力圖、變形形式及簡單計算。通過對近幾年考試真題的分析，定性識別的難度要比定值求出一個截面的內力或定值求出一構件的內力圖難多了。沒有扎實的指定截面的內力計算功底，要定性識別構件的內力圖的困難很大，定性一定是在大量定量的實踐基礎上才能達到的一個綜合能力的體現。

建筑構思是一個嚴密的邏輯性過程，大多數建筑師在設計過程中呈現出清晰的系統性和邏輯性。如弗蘭克.勞埃德.萊特在約翰遜制蠟公司辦公大樓的設計中所設計的蘑菇樹柱，萊特在沒有計算的情況下繪出柱子的尺寸，經結構工程師的驗算完全符合受力要求，甚至在施工時受到了威斯康星建筑署的嚴重質疑，但是經過現場澆筑樹柱模型試驗測試，其承載能力遠遠超出了設計要求，其獨特的造型和合理的力學原理得益于其曾經的結構專業的學習，對結構的精確把握，讓其獨一無二的設計成為可能。因此掌握一定的計算技巧、提高計算能力對建筑學專業學生來講，也是提高其嚴謹的邏輯思維能力的一個途徑，培養學生細心全面處理問題的有效方法。

3 加強課程教學活動之間相關學科的交叉融合貫通

藝術院校的授課形式多采用集中單元式上課。對力學這樣的理論課程，集中上課的方式會使學習效率大打折扣，降低學生的學習積極性，對這門課程失去興趣。連續幾周的集中學習，大部分同學能通過考試，看起來是直接的教學目的達到了，但是學生們后續在設計課程或是建筑結構課程中對力學理論的實際應用，往往卻是不甚如人意。課程間缺少有效的銜接和溝通，學生很難能夠自主地把老師所授知識融入到自己的知識體系當中。力學課程結束之后的一個學期甚至兩個學期之后的建筑結構和結構選型課，結構老師往往需要重新講解相關的力學知識，使得本來就緊張的課時因為重復講解而更加緊張，教學效果和教學目的在一定程度上很難保障。

究其原因我們不難發現，無論是建筑力學還是建筑結構，其實都是為建筑設計打基礎的。而上述集中上課的方式，把各門課程的教學完全割裂開來，使課程之間的鏈接大大削弱，力學和結構的相關知識，在設計中不能夠得到很好的運用。學生在設計中幾乎不會考慮結構的問題，等建筑結構開課之后，再分析之前的建筑設計方案，會發現結構上不合理或相矛盾的問題很多：梁放在了窗戶上；柱子設在房間中央；承重墻沒有支撐等等。學生在方案設計時，建筑和結構之間的矛盾沒有得到及時的解決和處理。這種課程之間的互動滯后甚至是沒有互動，使教學效果大打折扣，也是課程改革中亟需解決的一個問題。

筆者認為，解決此問題的最好方法就是把力學和結構等相關的專業基礎技術課程貫穿到具體的設計課程當中去，在設計實踐中去引導學生發現力學和結構問題，并在力學和結構老師的引導下，去解決問題。即以設計課為主線，將力學和建筑結構等專業基礎課程和技術課程貫穿其中，形成“以綜合設計為主線,橫向聯合,縱向滲透,多學科交叉”的整合而開放的課程體系,來自多個相關學科的教師協同授課，從而加強教學資源整合。

總之，建筑力學的教學，既要培養學生養成自然的科學觀，提高學生的邏輯思維能力；更要為學生的建筑設計服務為宗旨，提高教學的趣味性、務實性和實踐綜合性，真正地做到教學相長，學以致用。