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1、建构主义下的构造力学教学设计实践摘要针对构造力学教学中存在重理论、轻实践，重老师讲解、轻学生协作等问题，基于建构主义学习理论的分析，情境创设缺失，协作、会话环节被弱化是上述问题出现的主要原因。基于建构主义学习理论指导下的教学设计原则对课程进行了宏观、中观、微观的教学设计。宏观上注重教学模块的划分，中观上突出以能力培养为导向，微观上强调工程情境的创设。实践表明：改良后的教学设计能够以学生为中心，激发学生的学习热情，有助于学生综合能力的培养。关键词建构主义；情境创设；协作；教学设计构造力学是土木工程专业课程体系中非常重要的一门专业基础必修课，主要研究杆系构造的组成规律、合理形式、内力和变形的计算方
2、法及动力荷载作用下构造的反响1。该课程是联络基础力学课程与工程设计课程的纽带，是使学生从力学基本原理过渡到工程实际应用的重要桥梁2，是诸多院校招收土木工程专业研究生的必考课程。目前，该课程的教学普遍遵循“教材内容课件制作课堂讲授作业解题的标准经过，在以老师为中心的传统教育观念下课程教学出现了重理论、轻实践；重定量计算、轻定性分析；重课上老师讲授，轻课下学生协作2-6等问题，直接影响到学生工程意识的建立及实践能力、分析能力、创新能力的培养。笔者基于建构主义学习理论对上述问题进行了分析，并对该课程进行了宏观、中观、微观的教学设计与实践。一、基于建构主义学习理论的分析建构主义学习理论以为7：知识不是
3、通过老师教授得到的，而是学习者在一定的情境下，借助于别人包括老师和学习伙伴的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。情境是学习环境中的首要因素，协作伴随学习经过的始终，会话是到达意义建构的重要手段，意义建构是整个学习的最终目的。由此可知：1.教学中实践环节缺乏，相当于学习环境中工程情境创设缺失，这会使理论与实践相结合的环节被割裂或被限定；2.学生定性分析能力缺乏，相当于学习环境中构造设计情境创设缺失，这会使通过构造设计来培养学生定性分析能力的环节被忽视；3.课后学生协作环节缺乏，相当于学习经过中协作、会话环节被弱化，这会使通过协作、会话来培养团队合作能力、沟通能力的环节被忽视。可见
4、，以上问题的出现与建构主义学习理论中“情境创设缺失、“协作“会话机制不完善、“意义建构不充分严密相关。二、基于建构主义学习理论的教学设计原则8教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定适宜的教学方案的设想和计划。传统的教学设计已较完善，具有较完好、较严密的理论方法体系和可操作性，但其以老师为中心，只强调老师的“教而忽视学生的“学。建构主义学习理论下的教学设计原则为：强调以学生为中心；强调“情境对意义建构的重要作用；强调“协作学习对意义建构的关键作用；强调学习经过的最终目的是意义建构。三、课程教学设计基于建构主义学习理论及北京师范大学何克抗教授提出的教学设计原则，笔
5、者以我校构造力学为例，进行了宏观上教学模块的划分，中观上以能力培养为导向的教学单元设计，微观上以工程情境创设为特色的教学小节设计。一教学目的分析本课程整体教学目的是：培养学生力学计算、力学分析的能力，让学生初步具备将工程实践中的实际问题抽象为相应力学模型并进行力学计算、力学分析的能力。基于整体教学目的的要求，笔者结合教学内容，对其进行宏观教学设计。笔者将教学内容分为三个教学模块：将绪论、构造几何组成分析章节定为力学概念能力培养模块，教学中强化构造整体系、分体系的概念，加强力学计算简图简化、分析能力的培养；将静定构造受力分析、影响线、虚功原理和位移计算章节定为力学基础能力培养模块，在教学中强化方
6、案比选、软件建模能力的培养，通过协作学习加强力学基本功的训练；将力法、位移法、渐进法定为计算分析能力培养模块，在教学中强化工程问题力学分析能力的培养，加强构造计算能力的培养训练。以构造力学第3章静定构造受力分析为例，结合教学内容，突出能力培养导向，从多方案施行角度进行中观单元教学设计，详细如图1所示。二情境创设构造大师林同炎在其经典著作（构造概念和体系）中曾指出9，“工程师教育的专门化形式导致人们经常由细节开场，而对总体方案缺乏足够的关心，“必须找到一种教育方法，使建筑和构造专业的学生学会在总体设计内容中将技术知识概念化，这种教育方法就是总体教育方法。基于教学目的的要求，结合总体教育方法，以理
7、论教学注重工程应用、实践训练注重定性分析为原则，分别介绍理论教学、实践教学中的情境创设。理论教学作为构造力学的教学主体，其教学效果对课程教学目的的实现具有决定性的影响。以构造力学第3章静定构造受力分析第4小节静定桁架为例，介绍微观小节教学设计如图2所示。实践教学作为稳固、加深理论教学所学内容的有效途径，是理论联络实际、培养学生动手能力、创新意识的重要平台。构造力学与工程联络严密，除具有力学课程理论性强的特点外，实践性是其另一显著特征。以我校构造力学实践教学环节“基于构造力学求解器的一榀框架构造内力计算为例，介绍实践教学环节中基于构造设计流程的情境创设。本实践环节的任务是根据给定的多层混凝土框架
8、构造设计资料建筑施工图、工程大概情况、建筑做法、可变荷载取值、地质条件，进行上部构造布置、竖向荷载计算、风荷载计算及基于构造力学求解器的一榀横向框架内力计算弯矩图、剪力图及轴力图的绘制。根据构造体系选择构造布置荷载计算计算简图建立作用效应计算等构造设计流程，依次创设框架构造整体模型构造分体系模型及构件尺寸拟定与定位作用方向分类及荷载导算分体系计算简图内力、内力图及包络图等构造设计情境，旨在通过此实践环节，培养学生的方案比选能力、概念设计能力、规范应用能力、软件应用能力及定性分析能力等。通过情境创设，有助于学生建立工程意识，使课程的学习不再是纯理论学习，而是与工程严密结合的有实际意义的学习，这有
9、助于学生对所学内容的理解与内化，能实现理论与实践相结合的教学理念。三信息资源设计建构主义学习环境下学生能够利用各种工具和信息资源如文字材料、书籍、音像资料、CAI与多媒体课件以及Internet上的信息等来到达本人的学习目的。基于学堂在线、爱课程、超星学术视频等在线网络课程，发挥MOOC优势，为学生提供课前预习、课后温习、拓宽视野等信息资源；充分利用学校网络课程平台，老师将相关的资源信息上传到课程资源版块，学生能够根据本人的实际情况进行选择性学习，这有力地支持了学生的自主学习和协作式探索。四自主学习设计自主学习设计要发挥学生的首创精神，将知识“外化、实现自我反应。以支架式教学方法为例，介绍构造
10、力学第3章静定构造受力分析第1节静定梁中静定多跨梁几何组成的自主学习设计。在遵循维果斯基“最邻近发展区理论的前提下，笔者首先回首静定单跨梁的基本类型，结合公路桥梁、屋架檩条等工程图片，引入静定多跨梁工程情境，让学生借助于几何组成分析的基本规则在静定单跨梁的基础上创设出静定多跨梁，然后结合静定多跨梁的定义、上述工程图片相对应的计算简图及工程案例，让学生进行小组协商、讨论，进一步明确静定多跨梁的几何组成；最后老师进行总结，学生进行相关评价。五协作学习环境设计协作学习或曰合作学习，是一种通过小组或团队的形式组织学生进行学习的一种策略。协作学习是在一定的环境中进行的，协作学习环境主要包括组织环境、空间
11、环境、硬件环境和资源环境10。下面以协作学习环境中的组织环境的创设为例进行讲明。构造力学理论性较强，对于力学基础不好的学生而言，由于课堂上听课吃力、课后缺少帮扶协作，其会逐步陷入听不懂不听课不及格的恶性循环之中。为此，在力学基础能力培养模块尤其是静定构造受力分析教学单元教学中，笔者采用课后小组合作学习的形式，全力帮扶学习困难学生。合作学习小组根据“组内异质、组间同质的原则组建，通过组长遴选组员报名小组组建小组活动小组评价等环节的施行，为合作学习搭建平台，这既培养了学生的合作能力、沟通能力和管理能力，又加强了学生学习兴趣和学习效果。六学习效果评价设计传统的构造力学考核方案主要通过考试考察学生的动
12、手计算能力，但对于构造设计、构造分析、软件应用、团队协作等能力的考察很难做到。因而，基于综合能力培养的角度，笔者进行了构造力学考核方案的设计。该考核方案成绩由理论教学考核模块、实践教学考核模块、学习态度考核模块三部分构成，各模块分值比例依次为60%、20%、20%。理论教学模块主要考察学生的构造计算能力和构造分析能力，理论教学考核模块60%=期中考试20%+期末考试40%；实践教学考核模块主要考察学生的构造设计能力和软件应用能力，实践教学考核模块20%=模型制作10%+软件操作10%；学习态度考核模块主要考察学生的自我管理能力和团队协作能力，学习态度考核模块20%=个人表现10%+组内表现10
13、%。七强化练习设计构造力学教学内容涉及梁、刚架、桁架、组合构造等杆系构造内力、位移的计算等内容，在学时逐步减少而教学内容不减的情况下，适量的强化练习有助于学生及时把握所学内容。以静定梁弯矩图绘制为例，从弯矩图绘制基本步骤、弯矩图绘制技巧、概念法绘制弯矩图、弯矩图正误断定等角度进行强化练习，以便及时纠正原有的错误理解或片面认识，最终到达符合要求的意义建构。四、实践结果反应上述教学设计在我校土木2014-2016级课程教学中得到探索应用，从课程考试成绩期末考试平均成绩提高近15分，不及格人数明显降低、课程设计、毕业设计中采用电算的比例比例提高了近25%、省构造设计大赛所获奖项2016-2018年连
14、续三年获省级一等奖，位于省属高校前列、大学生创新创业项目获批2018年土木工程专业获批5项，其中国家级3项，省、校级各1项等情况来看，基于建构主义学习理论的教学设计及基于综合能力培养的考核方案设计较好地实现了课程教学目的，改革效果显著，有利于创新型高素质应用型人才的培养。五、结语1.基于课程教学目的，结合总体教育方法，以理论教学注重工程应用、实践训练注重定性分析为原则进行情境创设，能够加强学生理论联络实际的能力，激发学生的学习热情。2.课程学习阶段实行小组合作学习，强化了协作、会话环节，能够培养学生的团队合作能力，全力帮扶基础薄弱的学生，从整体上保证教学质量。3.基于建构主义学习理论的教学设计
15、符合以学生为中心的教学理念，能够提高学生综合解决问题的能力，较好地实现课程教学目的。参考文献1包世华，辛克贵.构造力学M.第4版.武汉：武汉理工大学出版社，2012.2周臻，尹凌峰，缪志伟.基于首要教学原理的构造力学教学经过重构J.高等建筑教育，20115：59-64.3郭翠芳，蔡可键，马永政.“卓越计划引领下构造力学课程教学改革与实践J.宁波工程学院学报，20144：75-78.4陈再现，王焕定.实验构造力学教学改革初探J.力学与实践，20155：647-649.5张学元，吕春，张道明，等.构造力学教学中构造设计的情景创设J.力学与实践，20174：392-395.6韩衍群.土木工程专业（构造力学）教学改革讨论J.长沙铁道学院学报社会科学版，20144：147-148.7刘爱书，李英，赵君英.学校心理学教程高等学校部分M.哈尔滨：东北林业大学出版社，2004.8何克抗.建构主义的教学形式、教学方法与教学设计J.北京师范大学学报社会科学版，19975：74-81.9林同炎，SD斯多台斯伯利.构造概念和体系M.第2版.北京：中国建筑工业出版社，1999.10甘泉.基于任务的自主协作学习在（信息技术）教学中的应用研究D.武汉：华中师范大学，2008.