摘要：文章首先分析了“ 结构力学”课程抽象知识形象化教学的必要性，然后阐述了“ 结构力学”课程抽象知识形象化教学的原则，最后论述了“ 结构力学”课程抽象知识形象化教学方法，包括抽象概念形象化、抽象复杂力学分析过程形象化、学习过程参与化。

　　关键词：“结构力学”课程,抽象知识,形象化教学方法

　　将抽象知识形象化，就是通过运用比较、对比、联想等方法，在授课过程中借助模型、辅具、视频、GIF 动 画等直观的手段帮助学生对抽象知识建立更全面的感性认知，启发学生拓展形象思维，发挥想象力，引导学 生从表象认知提升到抽象认知、从感性认知提升到理 性认知[1] 。对“结构力学”课程进行形象化教学，着重体 现为对结构力学抽象概念形象化、复杂力学分析过程 形象化和学习过程参与化，将课堂与课外、线下与线 上、理论与实践相结合，建立“结构力学”课程的立体式教学方法。

　　一 、“  结构力学 ”课程抽象知识形象化教学的必要性

　　“ 结构力学 ”课程是土木工程专业极其重要的一  门专业基础课，是以土木工程各类建筑结构为背景， 抽取结构中共同的力学特性而形成的一 门力学学科， 既具有力学的抽象性，又具有工程结构的具体性[2]。然  而当前大部分高等院校“ 结构力学”课程教学主要讲  授应用经典力学理论及应用理论进行解题的技巧。理  论讲解固然是一切应用的基础，但也容易导致以下问  题：第一，部分抽象理论比较晦涩难懂，导致学生理解  困难，尤其是数学和力学基础不好的学生；第二，理论  和实践脱节，缺乏动手能力培养，即遇到工程力学问  题时 ， 学生无法联想到相关的结构力学原理进行解  决。在现实应用中，建筑、道路、桥梁或铁路、港口等都  是立体存在，与教材中的二维图纸、平面图片相差甚  远；在教学过程中，对于“力是如何产生作用的？ 力的  作用体现在什么地方？ 物体的空间结构是如何构成  的？”此类问题，教师若仅以板书或 PPT 进行教学，很难让学生理解和掌握。

　　“ 结构力学”课程内容抽象、知识点多、结构复杂且实用性强，是土木工程专业系列课程中公认的教师  难教、学生难学的课程[3] 。这就要求教师采用能使抽  象复杂知识变得通俗易懂的教学方法进行教学，从而  帮助学生更好地理解和掌握“ 结构力学”课程相关知  识[4-5]。传统的“结构力学”课程教学片面强调力学知识  的掌握，忽视了学生工程实践、科学研究与工程设计  方法的基本训练 。为了适应时代需求，“ 结构力学”课  程迫切需要建立起紧跟科学技术发展的教学体系，建  立多方位、多层次的教学内容、方法和手段，更加注重  基本概念的科学运用、联系工程实际，以学生为中心， 强调学生实践和创新能力的培养，为后续专业学习及  培养“ 知识— 能力—素质”三位一体的专业创新人才打下良好基础。

　　二   结构力学”课程抽象知识形象化教学的原则

　　在“结构力学”课程教学过程中，要想使课程的抽象知识形象化，教师就不能仅停留在素材的罗列上，而需要 结合具体内容进行分析，甚至是对同一个教学内容运用 不同的讲授方法，再结合学生的理解和接受程度，对比看哪一种方法更合适[6] 。总体而言，有以下四个原则[7]。

　　第一，熟悉联想原则 。教师应尽可能在教学过程  中采用学生已经掌握的相关联 、相似度高的知识点， 或者学生熟悉的 、直观的形象知识作为导入或基础， 再将新的、难度大的、难以理解的知识点与之链接，引导学生深化对事物和现象的分析和认识，激发学生学  习的兴趣。

　　第二，层次递进原则 。抽象知识形象化并不是所 有的内容都套一个模板，而应“ 因材施教”，即根据不 同内容运用不同方法，并且要注意的是，形象化引导 方法应是由易到难的递进过程，不能一开始就使用复 杂、庞大的教具等让学生误以为形象化理解是非常困难的、成本极大的，而应从简单易得的事物出发，引起学生兴趣，层层递进。

　　第三，理性能动原则 。让学生获得联想思维是形 象化教学的重点之一，教师授课过程中需要注重对学 生的引导和启发，帮助学生建立抽象知识与具象案例 或模型的联系，帮助学生理解抽象、复杂的知识。

　　第四，适可而止原则 。就将抽象知识形象化的 方法而言，在教学过程中不宜由教师 一 个人使用太 多次，能够起到引导和启发学生的目的即可，更重 要的是引导学生建立对抽象知识形象化理解的意 识和思维方式，故教师可将 一 个或几个典型的案例 分析透彻，起到示范作用，再把其他更多的案例留 给学生自行思考和练习，这样能够更好地促进学生 成长，锻炼学生能力。

　　三   结构力学”课程抽象知识形象化教学方法

　　在“ 结构力学”课程教学过程中将抽象知识形象 化，需要结合课程本身的特点进行，一般教师可考虑 以下途径。

　　（一）抽象概念形象化

　　“ 结构力学”课程涉及大量的抽象概念，而抽象概 念又来源于具体的工程载体 。在现有的教材之中，绝 大部分都会使用到结构计算简图 。例如，课程一开始 就介绍的荷载、杆系、支座、约束等知识都采用了被简 化的计算模型，但在教材中没有详细而全面地将模型

　　对应的原型呈现出来，且缺少简化过程的具象化，这给  学生理解抽象概念和复杂知识增加了难度，甚至导致  很大一部分学生不能理解相关内容，只能死记硬背分  析方式。要想让学生更好地理解“结构力学”课程中这  类抽象概念和复杂知识，教师需要把简化后的模型还  原成学生日常看到或接触的物象，以更直观的方式呈  现给学生。模型形象化即采用直观、形象的，且现实生  活中可以看到、接触的实物模型与教材当中涉及的被  简化过的模型相对应，首先帮助学生建立形象认知， 然后进行力学知识的讲授，以便于学生理解掌握[8]。具  体来说，教师可使用生活中常见的物象或使用专业软  件工具制作的仿真模型。

　　例如，在讲授拱结构时，传统教材中一般是直接 呈现拱结构的计算简图，然后分析其受力特点，但抽 象的计算简图往往需要学生花费比较多的时间才能 理解 。如果在讲授拱结构前，教师先引入学生日常生 活中（最好是校园或所在城市）的常见事物和工程案 例中的拱结构，然后采用图片方式详细呈现实际拱 结构变为拱计算简图的简化过程，如图 1 所示，这 样，就以视觉化与形象化的呈现方式搭建了实际工 程案例与结构力学知识体系的沟通桥梁，促进了学 生对拱结构概念的直观感受与深入理解，同时也增 强了学生对土木工程专业的学习兴趣和对新知识的求知欲。

　　（二）抽象复杂力学分析过程形象化

　　“ 结构力学”课程包含较多的力学分析，如静力荷 载、静力响应、动力荷载、动力响应等，进而产生了“ 力 是怎样作用到物体的？物体在力的作用下是如何发生 改变的？ 房屋、桥梁等建筑结构在设计过程中需要进 行哪些力学分析？ 在施工过程中需要注意哪些力学知识？”等问题 。针对上述问题，如果只是单纯地进行讲 述，不仅教师授课觉得枯燥，学生学起来也会压力倍 增 。对此，如果教师能在此类型知识点授课过程中结 合动画、视频等形象化、动态化的资源进行教学，会收 获意想不到的效果 。教学过程中，教师可以参考将抽 象、复杂力学原理和受力过程分析等变为动态形象化、可视化的操作，具体方式如下：一是建立基本结构 传力路径和变形特征的动态示意图，包括常见几何可 变体系动态变形过程，桁架、梁、刚架和拱的传力路径 和变形特征，机动法求解影响时机构变形特征，位移 法中常见基本杆件的变形特征与支座反力情况，等 等，上述基本力学原理的可视化将抽象知识直观呈现 出来，使学生易于理解；二是对结构受力分析过程进 行动态演示，即利用多媒体教学手段或建模软件等工 具模仿板书过程，将详细分析过程逐步呈现，具体包 括桁架结构节点法和截面法求解过程演示、机动法求 影响线时机构变形动态演示、位移法和矩阵位移法中 结构拆分和离散过程演示。

　　例如，在讲授“ 快速法求梁剪力图”时，教师在课件中先呈现所需的分析规则，随后在下方进行分析过  程演示，如图 2（a）所示 。在演示受力分析过程中采用  色块和箭头标注出与之对应的规则，每个分析步骤都  通过色块与箭头“ 出现”和“ 消失”的动画效果进行演  示 ， 整个题目的完整分析过程由这一连串动画组成。 通过分析规则和分析过程的同步呈现，以及动画的逐  个演示 ， 学生就会像看网络游戏和动漫作品一样对  “ 快速法求解梁剪力图”心领神会，如此，学生也会乐  意以浓厚的兴趣和聚精会神的状态投入新知识的学  习。上述方法适用于“结构力学”课程中大多数章节中  结构求解方法的讲授，如图 2（b）所示，教师可对“机动  法求影响线”的分析规则和分析过程进行同步呈现和动画的逐个演示。

　　（三）学习过程参与化

　　“ 金课 ” 的标准要求课堂教学能发挥学生的主动性和创造性 ， 最好还具有活跃和愉悦的课堂氛围，以便激发学生的主动探究能力 、 自主学习能力和创造力。“结构力学”课程的难度和枯燥性是公认的，对于教师而言，要想把这门课上好，让学生学有所获，就有必要增设新的教学环节与学生良性互动，让学生深度参与[9]。

　　参与方式主要是教师使用教具互动和学生参与 教具制作 。在教学过程中，教师要适当使用辅助教具 让学生参与并操作，这样可以很好地激发学生的学习 兴趣 。例如，教师在教学过程中提供简易工具让学生 在课堂体验操作，如利用木条、竹条等简易工具制作 与教材中计算简图对应的结构模型，通过先动手再讲 授理论知识或是讲述理解知识—动手操作—再点评 回顾等方式，将理论知识与实践完美融合，加深学生 印象的同时，也锻炼学生的动手能力 。而对于学有余 力并追求高阶性的学生，教师可布置挑战性作业 。如制作与教材中某个计算简图对应的结构模型，并完成  成果展示，具体包括对计算简图的理论计算、结构模  型的制作、结构加载测试、测结果与计算结果的比较  分析、成果汇报与展示等。如图 3（a）所示，教师在授课  前利用竹条制作自由振动的教具，并在授课中带领学  生直观了解振动原理；如图 3（b）所示，用教具给学生  演示受压杆失稳并让学生分小组进行操作；如图 3（c） 所示 ， 学生在学习小组任务中自行制作教具和模型； 如图 3（d）所示，学生完成挑战性作业，各小组对于“ 结  构力学”课程原理进行可视化实操汇报。

　　四 、   结语

　　“ 结构力学”课程学习是一项系统、复杂的工程， 教师不可能在课堂上将所有内容面面俱到地进行教  授，若如此，非但无功反而有过 。教师教得太多 、太  细，容易让学生产生依赖和偷懒的心理，久而久之就  限制了学生的自主性发挥，与“ 金课”建设和“ 工程认证”要求背道而驰。

　　“ 结构力学 ”课程是土木工程专业的重要基础课 程，其中的许多教学内容都可以直接与后续专业课程 知识连通。对此，要想提升学生的专业认同感、培养学 生的工匠精神，教师在教学过程中必须注重趣味性引 导，引发学生的学习兴趣。教学方法是多样的，而教师 的重点任务是做好引导，激发学生的兴趣，引导学生 自主思考，锻炼学生的思维方式，激励学生创新 。 因 此，在教学过程中，教师要注意“ 留白”，即给学生留出 空间和余地 ， 让学生在掌握大部分知识的前提下，站 在教师和前辈的肩膀上自发成长和追求上进，以达到 培养综合素质过硬、善于解决复杂问题的新型人才的 目的[10]。教师可以鼓励学生多思考，将学生自主搜集到 的复杂知识变为形象化的案例，并将这些案例以学习小组或班级为单位编制成案例库，这样既能锻炼学生 的能力，激发学生的学习热情，也能为课程建设不断 积累素材，形成“教”与“学”的深度互动。

　　参考文献 ：

　　[1] 王艺霖,李秀领,张玉明.基于趣味玩具的结构力学形象化教学法 研究[J].合肥师范学院学报,2021,39(6):115-118.

　　[2] 陈进, 曾祥蓉,王薇,等.土木工程专业形象化教学研究[J].高等建 筑教育,2012,21(6):36-39.

　　[3] 祝捷,周宏伟,左建平,等.面向专业人才培养目标的材料力学一 流课程建设[J].力学与实践,2021,43(3):457-462.

　　[4] 刘京红,刘永华,刘克玲,等.新时代新工科背景下“结构力学”课 程教学改革探索[J].科技风,2023(7):125-127.

　　[5] 毛灵涛,刘庆,刘红彬.形象化教学方法在振动力学课程中的应用 研究[J].河北农业大学学报(农林教育版),2014,16(6):76-79.

　　[6] 孙敬敬 .工程力学形象化教学改革初探[J].课程教育研究,2014 (1):239.

　　[7] 康婷,孙惠香, 白二雷,等.“结构力学”课程教学改革探索与实践[J]. 教育教学论坛,2023(11):81-84.

　　[8] 贾穗子,徐能雄.土木工程专业结构力学教学与工程实际结合的 探讨[J].高等建筑教育,2018,27(4):126-130.

　　[9] 王英,朱志辉,罗建阳,等.运用课堂演示实验,促进学生创新能力 培养[J].力学与实践,2020,42(5):639-641.

　　[10] 蔺新艳,董春敏,孟海平.结构力学教学中学生创新能力培养的 探讨[J].教育教学论坛,2011(31):115-116.