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摘要：結(jié)構(gòu)力學是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有知識點多、實踐性強、方法靈活、哲理豐富和趣味性濃等特點，如何快速有效地讓學生掌握相應的知識點和提高其力學分析問題的能力是課程教學的重點和難點。文章將學科思維導圖應用于結(jié)構(gòu)力學課程教學的課前導學、課堂講授與課后復習環(huán)節(jié)中，探索與研究在結(jié)構(gòu)力學教學中運用學科思維導圖，提高課堂教學的效果，推動結(jié)構(gòu)力學的教學改革，適應新時代工程教育認證對工科學生提出的具備解決復雜工程問題的能力要求。

關(guān)鍵詞：學科思維導圖；結(jié)構(gòu)力學；教學研究；復雜工程問題

結(jié)構(gòu)力學是土木工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學除土木工程專業(yè)外，其他開設(shè)結(jié)構(gòu)力學的專業(yè)有道路橋梁與渡河工程、農(nóng)業(yè)水利工程、水利水電工程、給排水科學與工程、木材科學與工程等。與其他工科學校相類似，結(jié)構(gòu)力學是繼理論力學、材料力學后非常重要的一門力學課程，它為后續(xù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁工程等相關(guān)專業(yè)課程的學習提供必要的力學基礎(chǔ)，同時課程中的基本概念、基本原理和方法對以后指導工程設(shè)計非常重要，要求同學們重點掌握。但是，由于結(jié)構(gòu)力學知識點多，部分內(nèi)容理解上比較抽象，再加上學時有限，教師不能將每個知識點講得非常透徹，所以大部分同學反映該課程比較難學，因此，如何讓同學們準確把握知識點的內(nèi)涵與相互關(guān)系，學會力學分析問題的方法和提高其學習的能力，是所有結(jié)構(gòu)力學授課教師必須面對與思考的問題。思維導圖是表達發(fā)散性思維的有效圖形思維工具，改變了傳統(tǒng)的線性思維模式，將形象思維與抽象思維進行了很好地結(jié)合，幫助人們用聯(lián)想思維進行思考問題，改善記憶和想象力，充分地開發(fā)左右腦的無限潛能[1]。思維導圖是發(fā)散性的，有助于培養(yǎng)一個人的全面性思維與邏輯性；思維導圖是記憶性的，有助于人們學習和記憶各類知識，更高效地完成工作。筆者嘗試將思維導圖作為一種工具引入到結(jié)構(gòu)力學教學中，給同學們提供一種學習方法，打通知識點掌握到能力提高的壁壘，調(diào)動同學們學習結(jié)構(gòu)力學的興趣，推動結(jié)構(gòu)力學的教學改革，更好地適應新時代工程教育認證對工科學生提出的具備解決復雜工程問題的能力要求。

一、結(jié)構(gòu)力學課程教學的特點

結(jié)構(gòu)力學是研究結(jié)構(gòu)的合理形式以及結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)下內(nèi)力、變形、動力反應和穩(wěn)定性等方面的規(guī)律性學科[2]。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學課程具有以下特點：

1.知識點多，前后內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣。既有平面幾何組成規(guī)律的內(nèi)容，也有靜力荷載作用下五種基本類型結(jié)構(gòu)（梁、拱、桁架、剛架和組合結(jié)構(gòu)）的內(nèi)力與位移計算問題，還有影響線問題，結(jié)構(gòu)的動力計算、彈性穩(wěn)定、塑性分析與極限荷載等內(nèi)容。平面幾何組成分析的學習有助于了解結(jié)構(gòu)中桿件組成的相互關(guān)系，便于選擇對應的計算方法；靜定結(jié)構(gòu)中平衡方程與截面法是內(nèi)力計算的基礎(chǔ)，其掌握的程度直接影響后續(xù)靜定結(jié)構(gòu)的位移計算；而靜定結(jié)構(gòu)的位移計算又是超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的基礎(chǔ)；靜力荷載下的內(nèi)力與位移計算是動力荷載結(jié)構(gòu)響應分析的基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)的彈性設(shè)計又是結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計與極限荷載計算的基礎(chǔ)。這就要求教師不僅重視知識的傳授，而且要引導學生歸納知識點，掌握課程的學習方法，避免填鴨式的灌輸知識，沒有調(diào)動學生學習的主觀能動性與探索精神。

2.實踐性強，與工程實際聯(lián)系緊密。結(jié)構(gòu)力學中很多計算都是以計算簡圖作為分析的對象，計算簡圖的簡化是聯(lián)系實際與計算模型的橋梁，計算簡圖的合理選擇是結(jié)構(gòu)分析的一個重要環(huán)節(jié)，也是必須解決的首要問題。計算簡圖的簡化要把握“存本去末”與“計算簡化”兩個基本原則，其簡化要點有結(jié)構(gòu)體系的簡化、桿件的簡化、結(jié)點的簡化、支座的簡化、荷載的簡化和材料性質(zhì)的簡化。這就要求教師要重點講解計算簡圖知識點，選取不同的工程實例進行講解，以五種基本結(jié)構(gòu)為原型，不僅講清楚題目的工程背景，而且要指出哪些是主要因素必須考慮，哪些是次要因素可以忽略。這樣可以充分調(diào)動學生學習的積極性，避免為了解題而解題。

3.方法靈活，概念與原理的掌握成為根本。結(jié)構(gòu)力學中幾何組成分析中三個規(guī)則的靈活應用，靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算截面法的選取，超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算不同方法的優(yōu)化選擇，影響線的快速繪制等問題，針對這些不同的問題，有著不一樣的解法，這就要求教師重點介紹每一種方法的基本原理，挖掘概念、原理及方法的本質(zhì)，通過講解典型例題，讓學生體會每一種方法的具體應用，不斷地變換約束前提條件，分析計算結(jié)果的異同，讓學生印象更加深刻，避免單純地做題而缺乏對題目的深刻分析與延伸。

4.哲理豐富，唯物辯證法的主要觀點應用成為教學的方法論[3]。唯物辯證法是我們認識世界，改造世界的思想武器，是馬克思哲學的核心組成部分，把唯物辯證法運用于結(jié)構(gòu)力學教學中，不僅有助于提高教學效率和質(zhì)量，而且可以提高學生正確觀察、分析、認識事物和解決問題的能力，使學生逐步形成辯證唯物主義世界觀。靜定結(jié)構(gòu)位移的計算既要用唯物辯證法中聯(lián)系的觀點闡明其與材料力學中結(jié)構(gòu)位移計算的關(guān)系，又要用發(fā)展的觀點闡明圖乘法計算結(jié)構(gòu)位移的優(yōu)勢所在；超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算有力法與位移法兩種基本方法，教師要用唯物辯證法中對立統(tǒng)一規(guī)律進行分析，既要看到二者方法在典型方程形式上的統(tǒng)一方面，也要看到二者在計算系數(shù)與自由項涵義上的不同。在教學中應提醒學生注意掌握研究問題的方法，抓住事物主要矛盾，提高分析問題能力，養(yǎng)成良好的思維習慣。

5.趣味性濃，趣味的挖掘成為教學相長的動力。結(jié)構(gòu)力學的趣味性來自于其研究對象的多樣性、研究內(nèi)容的系統(tǒng)性、研究方法的邏輯性、解題思路的靈活性和貼近工程的實踐性。學好這門課程，既能積累必要的知識，又能啟發(fā)心智、鍛煉思維、開拓視野、提高能力，從而為今后工作打下良好的基礎(chǔ)。東南大學的單建教授為此專門出版《趣味結(jié)構(gòu)力學》著作[4]，闡述結(jié)構(gòu)力學課程教學中的趣味性。我國2017版《工程教育認證標準》對畢業(yè)生要求提出12條標準[5]，其中有8條標準提到“復雜工程問題”，對于復雜工程問題的解決要求強化結(jié)構(gòu)力學基本概念的綜合應用和概念設(shè)計的理念，還要適應計算機科學的發(fā)展而形成的與之適應的結(jié)構(gòu)分析理論與方法。新工科教育也迫切需要在課程教學上進行改革與完善，這就決定了結(jié)構(gòu)力學的課程教學需要以力學基本概念及其科學運用為主線；以客觀世界的認知規(guī)律為出發(fā)點；以工程實踐為背景；以素質(zhì)和能力的提高為根本目標。這就要求教師要不斷改進教學方法，將對學生的知識傳授與注重能力提高并重，為能培養(yǎng)適應新工科的人才需求而做貢獻。

二、思維導圖的教學應用

思維導圖由英國學者東尼•博贊（TonyBuzan）于20世紀70年代初期所創(chuàng)。其英文為“MindMap”或“MindMap－ping”，前者強調(diào)構(gòu)圖結(jié)果，后者強調(diào)構(gòu)圖過程。它是圖像式思維的一種工具，也是有效地表達發(fā)散性思維的工具，國內(nèi)有時譯為“心智圖”、“心智繪圖”或“思維腦圖”等[6]。思維導圖的應用始于商業(yè)，現(xiàn)已逐漸擴展到教育領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域的應用更多的集中在教育技術(shù)學、數(shù)學和化學學科[7]，且主要集中在中小學教育中，在大學的教育中，較多地集中在計算機、英語、生物等學科，其在本科力學相關(guān)學科的教學應用很少，梁穎晶等人[8]研究了思維導圖在建筑力學的課堂教學與課后復習中的應用，其他未曾見過報道。學科思維導圖是由劉濯源首先提出，它是以思維導圖技術(shù)為表現(xiàn)形式，融入邏輯思維的內(nèi)涵，結(jié)合具體教學學科，思維規(guī)律、學科規(guī)律、考試規(guī)律，以實現(xiàn)提升教師教學效能，提高學生學習能力的高效學習工具[9]。學科思維導圖相比思維導圖更加強調(diào)結(jié)構(gòu)化思維、重視概念之間的邏輯關(guān)系。這使得學科思維導圖比思維導圖更適合應用到實際的教學中。李淑鳳等人[10]將學科思維導圖應用于大學物理課程、汪子君[11]將學科思維導圖應用于模擬電路基礎(chǔ)課程，二者的研究均表明學科思維導圖可以幫助學生構(gòu)建知識網(wǎng)絡，激發(fā)學生的學習熱情，提高學習效率，起到良好的教學效果。本文在課前導學、課堂教學與課后復習三個環(huán)節(jié)中恰當?shù)貞脤W科思維導圖輔助開展教學，收到了積極的教學效果。

三、學科思維導圖在結(jié)構(gòu)力學課程教學中的應用分析

（一）課前導學中的應用在每學期開始第一次上結(jié)構(gòu)力學課程時，教師應該建立圖示1所示的結(jié)構(gòu)力學課程學科思維導圖，通過介紹該學科思維導圖，讓同學們從宏觀的角度明白結(jié)構(gòu)力學課程包括的全部內(nèi)容，并且明確哪些內(nèi)容是重點學習的內(nèi)容，哪些內(nèi)容是自學的內(nèi)容，各知識單位內(nèi)容之間的層次關(guān)系如何，通過學科思維導圖將本門課程的主要內(nèi)容展現(xiàn)的非常清晰。

（二）課堂教學中的應用在每節(jié)課講之前或者每章內(nèi)容開始講授時，均可以繪制相應章節(jié)或者知識單元的學科思維導圖，如圖2所示，以結(jié)構(gòu)力學中第2章的平面幾何組成分析為例進行說明。本章共包括七節(jié)的內(nèi)容，每節(jié)內(nèi)容涉及的重要知識點均進行羅列，提綱挈領(lǐng)，思路清晰，這樣同學們學習時就不會盲目，也不會把握不住重點。

（三）課后復習中的應用在結(jié)構(gòu)力學每章內(nèi)容結(jié)束，教師都應要求學生繪制本章的學科思維導圖，以檢驗學生的學習效果，同時，學生通過自己繪制學科思維導圖，加深了對知識點的理解，逐漸地形成總結(jié)的良好習慣，對于其成績的提高非常有幫助。教師在每章內(nèi)容結(jié)束后，應該總結(jié)本章的知識點，自己繪制學科思維導圖，在課堂上呈現(xiàn)給學生，學生也可以將自己繪制的學科思維導圖與老師繪制的學科思維導圖進行比較，查找知識點的疏漏，提高自己的學習能力。圖3為筆者針對結(jié)構(gòu)力學中平面體系的幾何組成分析這一章內(nèi)容講完后繪制的學科思維導圖。

四、結(jié)束語

本文首先總結(jié)了結(jié)構(gòu)力學課程的教學特點，接著分析了目前思維導圖在教學中的應用現(xiàn)狀，最后將學科思維導圖應用于課前導學、課堂教學以及課后復習三個教學環(huán)節(jié)中，多年的教學實踐表明，學科思維導圖的恰當應用不僅可以調(diào)動同學們學習結(jié)構(gòu)力學的興趣，幫助他們梳理前后知識要點的相互關(guān)系，提高學業(yè)成績，而且培養(yǎng)了他們的邏輯思維能力，對于其更好地將力學應用于工程起到很好的促進作用，更好地適應新時代工程教育認證對工科學生提出的具備解決復雜工程問題的能力要求。

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[11]汪子君，任玉琢，梁偉.學科思維導圖在模擬電路基礎(chǔ)中的應用[J].實驗科學與技術(shù)，2018，16（1）：51-52.

作者：周海龍 安珍 李平 李昊 單位：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學