人文魅力和“共情”心理学在材料力学教学中的结合与实践

人文魅力和“共情”心理学在材料力学教学中的结合与实践

高金贺,昌毅,杨凤,程丽红

(东华理工大学,江西 南昌 330013)

摘要：材料力学是工科类专业最为重要的基础课程之一。传统的材料力学教学内容以理论推导为主，缺乏趣味性，更不能体现出材料力学教学过程中的历史和人文魅力。文章从全新角度阐述在材料力学的教学方法和内容方面，赋予其历史魅力和人文情怀，将“共情”教学心理学应用于其教学中，并将材料力学的发展历程、工程应用和理论的讲解达到相互交叉与促进。以期提高工科学生的历史人文情怀，也可增强材料力学教学的趣味性和魅力性。

关键词：材料力学; “共情”心理学；力学史; 人文性魅力

收稿日期：2015-05-30

基金项目：江西省教改课题《“卓越工程师计划”背景下力学课程群新教学体系的重构》(JXJG-12-8-9)；《土木工程专业实验课程教学改革与实践的研究》(JXJG-13-6-19)；《执业资格体系下土木工程专业应用型人才培养模式研究》(JXJG-14-6-7)。

作者简介：高金贺(1981—)，男，辽宁辽阳人，讲师，博士，主要从事力学、钢结构研究。

中图分类号：G642文献标识码：A

高金贺,昌毅,杨凤,等.人文魅力和“共情”心理学在材料力学教学中的结合与实践[J].东华理工大学学报：社会科学版，2015，34(3)：294-297.

Gao Jin-he,Chang Yi,Yang Feng,et al.The integration and practice of humanistic charm and “empathy” psychology in teaching mechanics of materials[J].Journal of East China Institute of Technology(Social Science)，2015，34(3)：294-297.

材料力学是众多工科专业学生的重要的基础课程之一，同时也是最为传统的课程之一。它支撑着土木工程、建筑工程、水利工程、机械工程、船舶工程、航空工程、航天工程、核技术工程、生物医药工程等众多学科[1]。材料力学传统的教学内容以杆件的变形为主线，以严谨的理论推导为表现形式，讲解杆件弹性体在小变形时的弹性特征。因受学时的影响，较少涉及其发展历程及人物的介绍，使本身蕴藏着丰富多彩的历史性和人文性魅力的材料力学，仅仅展现给受众以严谨的数学逻辑性和将工程抽象成的力学模型。根据近年来学生的反馈，认为材料力学在有些章节比较抽象，难以理解。因此如何提高学生对学习材料力学的兴趣是摆在教师面前一个非常重要的教学改革课题[2]。

其实，材料力学是在经典力学基础上形成的较为成熟的一门学科，具有悠久的历史文化底蕴。材料力学发展历程中每一次跳跃式的发展都汇集了众多大师的高深智慧。近年来东华理工大学材料力学教学团队为了突破传统教学中“师严然后道尊，道尊然后民知敬学”的弊端，在教学方法方面引入了“共情”心理学教学思路，以材料力学发展史为基点，以“共情”教育心理学为媒介，提升材料力学的趣味性、人文历史性。

1材料力学的魅力性

1.1　材料力学的历史和人文魅力

材料力学学科的形成，起源于伽利略的《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》一书的发表(1638年)[3]。在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析方法确定构件的尺寸，讨论的问题是直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论。但是“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”，任何一门学科都不可能是个别人在短期内轻而易举地创造出来的，而是在几代人不懈地艰苦探索和创造中而逐渐形成的。在科学巨匠达芬·奇、伽利略、惠更斯、库伦、麦克斯韦、欧拉、柯西、汤姆斯·杨、伯努利、纳维叶、圣维南等人的努力下，形成了一门系统的科学[4]。材料力学的发展历程中，造就了众多有影响力的科学家，他们的事迹和科学精神，可以鼓舞学生在成长的道路中树立正确的人生观、价值观。

1.2　材料力学在古建筑及自然界中魅力性的体现

在我国古代建筑中，尽管还没有严格的科学理论，但人们从长期的生产实践中，对构件的承力情况已有一些较粗浅的定性或定量认识。例如，中国古代土木建筑家，北宋时期的李诫所著的《营造法式》，具有高度的科学价值，在中国古代建筑史上起着承前启后的作用，对后世的建筑技术的发展产生了深远影响。元朝水利工程技术中关于筑城部分的规定，几乎和《营造法式》的规定完全相同。《营造法式》一书中介绍了圆木截方的规定，当高宽比为3∶2时最为经济，这大体符合现代材料力学的基本原理。同时，《营造法式》也给出了拼接柱和木结构柱子的设计，这些也都符合现代材料力学的基本原理。中国的古建筑中，例如浙江宁波保国寺、建于隋代的赵州桥等都是我国古代劳动人民智慧的结晶，其结构本身也反应了众多材料力学原理。大自然本身也蕴藏了大量的材料力学原理。例如竹子，众多对竹子的赞美诗词中，体现了竹子的各种用途。如“郎骑竹马来，绕床弄青梅”、“写取一枝清瘦竹，秋风江上作渔竿”、“常居物外度清时，牛上横将竹笛吹”、“傲吏身闲笑五侯，西江取竹起高楼”等，而其表现出的用途正是源于竹子的结构特点能够保证其力学性能。

1.3　材料力学的工程表观性

材料力学以变形杆件为研究对象，以杆件的拉压、扭转、弯曲、剪切四种基本变形为基础知识点，探讨了强度、刚度和稳定性问题。材料力学知识的正确把握，可造就人类更美好的生活，带给人们为之震撼的各种工程结构，其背后与材料力学的支撑是分不开的。建筑工程艺术是通过各种关系的组合构成来表现美感的，不同建筑材料带来的美感体验也不尽相同。故从该角度考虑，在某种程度上，材料力学具有美丽性、魅力性、趣味性和必要性，这些也是材料力学的工程表观性。因此，在材料力学的教学过程，应注重古、现代工程结合，挖掘工程背后的材料力学原理，在教学引导上提升学生浓厚的学习兴趣和格物致知的精神。

例如，压杆稳定问题的提出是由于一个影响很大的工程事故，加拿大圣劳伦斯河上的魁北克桥。在桥梁设计之初，由于未考虑压杆稳定问题，而导致当时这座钢桁架悬臂桥倒塌，造成了大量的财产损失和人员伤亡，有些学者认为该事故为世界20世纪十大事故之一。从此之后，压杆稳定引起了人们的关注。为了纪念这座桥，加拿大的工程系毕业生每年都会举办铁指环典礼，并佩戴“工程师之戒”。

材料力学本身蕴藏了严谨的力学原理，其原理深深支撑着实际工程。材料力学的工程表观性可提升材料力学的实际应用和分析能力，提升学生在掌握力学原理的同时对实际工程的力学认知。

2“共情”教育心理学在材料力学教学手段中的应用

2.1　“共情”教育心理学

“共情(empathy)”，也称为神入、同理心，“共情”又译作同感、同理心、投情等。 由人本主义创始人罗杰斯所阐述的概念，大多数学者认为，就是站在他人的角度思考和处理问题，这一思想与两千多年前孔子所提出的“己所不欲，勿施于人”相契合。“共情”概念出现至今，在西方已有近百年历史， 哲学、社会学、心理学多个分支学科对其进行了大量研究。但“共情”概念仍是该领域研究者关注的主要问题之一[5]。国外有学者对“共情”的演变、“共情”中的认知和情感成分进行了阐述。T.Lipps认为是因为共情对象富有表现力，从而迫使“共情”者感受到注视共情对象时所发生的体验[5]。从教学角度来分析，笔者认为应立足教师的视野，要求老师换位于学生的立场，“将心比心”，共同感受所授课程的表观认知性。Titchener则认为“共情”是通过内在模拟形成心理意象的过程，由此达到“人同此心，心同此理”的自然效果[5]。对于这一点，笔者认为，教师应富有感染力，正确融入学生的认知过程，提升教学思路的合理性。此外，教师还应富有表现力，使学生也容易通过“共情”达到“举一隅而以三隅反”。无论“共情”的何种表现形式，“共情”作为教育者个人品质的重要能力，它将直接影响到课堂教学的成败，是教师乐教善教、学生乐学好学的关键。

2.2“共情”教育心理学在材料力学教学中的应用

传统的教学方法和思路，教师将自己定义为知识的传授者，以严谨的逻辑思维引导学生走进材料力学的知识体系中。当然这一方法需要始终贯穿于整个教学主线中，但当我们尝试适度地转换角色定位，扮演着与学生“共情”的角色，首先考虑如何针对不同专业背景的学生，材料力学在该专业学科体系中的作用，提升学生对材料力学课程重要性的认知。如孔子提出的“因材施教”，根据学生的具体需求与接受水平，参考孔子“中人以上，可以语上也；中人以下，不可以语上也”的箴言。其次，将前文中描述的材料力学的魅力性，即由我们身边的力学的现象、工程表观性和奠基性的人物认知出发，将我们的“情”感染给学生的“情”，将“共情”合理地应用于教学中，以教师与学生共同感受的力学魅力性为基石，伴随着趣味性，“晓之以理，动之以情”，将学生引入严谨的理论知识体系中。

针对前文中阐述的材料力学的历史性魅力、人文性魅力和工程表观性等方面，本节将简要阐述如何将“共情”的激发点融入到材料力学的教学体系中。

在绪论章节中，总体简要概括材料力学的发展历程。让学生了解今天的材料力学知识体系，是经历了几代人不懈努力的结晶。并在该章节中，发挥科学巨匠的个人魅力和典范作用，培养学生树立严谨的学习态度。

在材料的力学性能试验中，将实际工程中对脆性材料和塑性材料的正确运用产生的人类经典工程如赵州桥、未能正确把握材料力学性能而导致工程事故如阳台坍塌事故等作为教学引导，提升学生对塑性材料、脆性材料的拉压力学性能的认知欲。

我国北宋科学家及政治家沈括被誉为“中国整部科学史中最卓越的人物，其名作《梦溪笔谈》内容丰富，集前代科学成就之大成，在世界文化史上有着重要的地位。其中提到的经典的造弓理论，从材料和工艺方面评价弓的“六善”，对此做出了精辟的论述。在材料的选择上，他认为制弓的材料需要“性体少而劲”，即要求材料质量轻而强度高。实际上在现代材料力学中，这也是一个应当优先考虑的原则。在制作工艺方面，沈括强调角筋、干材的整治。角筋要用胶液多次浸泡，使它“无复伸弛”，不再产生残余变形；干材则需要反复揉制，使其承受反向的作用力。这一过程就是对材料施加预应力，让它们产生抗拉力，这也是符合现代的力学原理的。可以毫不夸张地说，沈括所概括的制弓经验几乎每一条都蕴含着深刻的科学道理，它为后代的兵器制造提供了理论上的依据。

在弯曲变形中，简要介绍科学巨匠在形成完整弯曲变形理论中的贡献，感染学生要具有严谨的研究和学习思维模式。雅克布·伯努利提出了平面假设等，其弟弟约翰·伯努利和侄子丹尼尔·伯努利建立了一系列方程，而欧拉在方程的求解中起到了至关重要的作用，欧拉的一生充满了震撼而传奇色彩，28岁时一眼失明，晚年双目失明，但其在助手协助下依然能够完成学术论文400余篇。这些方面内容的展现，都可把材料力学的历史性魅力发挥得淋漓尽致。

此外，在这一知识单元体系中，为了给学生正确展现材料力学的人文性魅力特点，在教学过程中，应在严谨的理论推导同时，巧妙结合所讲述的知识点，合理地讲解弯曲变形的原理在我们生活中的应用。例如，前面提到的竹子，其截面为空心圆形界面，因此其抗弯能力强。讲授过程中，适度地由竹子的魅力性引入到梁的强度问题、刚度问题以及梁的合理设计单元中，会大大加深学生对相关知识点的印象。

在讲解压杆稳定的概念引入中，将压杆稳定概念引起科学家重视的源头是加拿大魁北克钢桁架悬臂桥的故事作为教学引导，提升学生对压杆稳定概念的理解程度。

在近两年的材料力学教学过程中，作为校级教学团队的建设课程，团队成员已经在逐渐地将“共情”教学心理学引入到教学过程中。录制了校级视频公开课“美丽的力学”，视频在学生中产生了良好的反应。

3结语

基于材料力学教学内容缺乏趣味性，传统教学手段主要以讲授力学原理为主，忽略了隐藏在材料力学学科背后的魅力性等问题，本文从全新角度分析了材料力学学科体系的特点，即具有严谨的理论知识体系以及令人震撼的历史性魅力、人文性魅力和工程表观性。结合其特点，从“共情”教育心理学角度出发，转换角色定位，与学生共同揭示材料力学学科的魅力性，激发学生的学习兴趣，掌握理论知识，并培养工科学生的人文情怀。

[参考文献]

[1] 钱伟长.谈镐生文集(序)[M].北京:科学出版社2006:402-420.

[2] 赵颖涛,马少鹏.兴趣引导型教学模式的改革与实践[J].力学与实践,2011,33(5):74-76.

[3] 季顺迎,武金瑛,马红艳.力学史知识在材料力学教学中的结合与实践[J].高等理科教育， 2012(4)：137-142，164.

[4] 武际可.力学史[M].上海:上海辞书出版社,2010.

[5] 陈晶,史占彪,张建新. 共情概念的演变[J].中国临床心理学杂志,2007,15(6):664-667.

The Integration and Practice of Humanistic Charmand “Empathy” Psychology in Teaching Mechanics of Materials

GAO Jin-he,CHANG Yi,YANG Feng,CHENG Li-hong

(EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China)

Abstract:Mechanics of Materials is one of the most important basic engineering courses. Its traditional teaching mainly depends on theoretical derivation, which lacks fun and can’t reflect the history and humanistic charm. This paper, from a wholly new view, states that the teaching methods and contents of Mechanics of Materials should be endued with historical charm and humanistic feelings, and the “empathy” psychology applied to its teaching so as to achieve mutual integrating on the development, engineering application and theoretical derivation of Mechanics of Materials. Thus, it can not only enhance the students’ humanities mood but also increase the fun and fascination of Mechanics of Materials.

Key Words: mechanics of materials; “empathy” psychology；mechanics history; humanistic charm