工科工程力學系列課程教改實踐與探索的論文
[摘要] 筆者在《工程力學》精品課程建立中,將傳統教學辦法與現代教育思想和手腕有機交融,在課程內容體系、辦法和手腕以及雙語教學和實驗等變革措施方面停止了積極的探究和嘗試。
[關鍵詞] 工程力學 教學變革 理論
《工程力學》課是工科學生的重要根底課,也是工科專業學生較難控制的幾門重要課程之一。隨著高校的連續擴招帶來的生源構造變化,如何在課時大量緊縮的狀況下,保證教學質量,同時滿足石油工業對外向型及創新型人才的需求、賦予古老傳統力學課以新意,成為教學變革面臨的重要課題。中國石油大學(北京)力學課程建立小組,從十幾年前就開端了有益的嘗試,并獲得了令人稱心的效果。
一、課程體系及內容變革
1.精心組織內容構造,賦予傳統教學時期氣息
工程力學雖然是較為傳統的學科,但在一日千里的新時期,它仍然是處理各類工程技術難點問題的關鍵,教學過程必需讓學生控制其根本要義和精華。我們在課程內容組織時,精選經典內容,大刀闊斧地刪去原來工程力學與大學物理學的堆疊局部,并適時引入反映課程應用的現代設計實例,引見教員的科研新內容和新成果,為學生掀開科研的神秘面紗。
在體系方面,以辦法代之于對象作為章節的劃分。這樣即進步教學效率,讓學生學會如何尋覓事物的內在聯絡,控制課程的精髓,又將理論與應用有機分離,使學生樹立起工程認識,未來工作起點高、上手快。例如,筆者承當的國度“863”以及國度嚴重專項等科研項目中,都會觸及用工程力學的學問處理如深海石油工程、海底管道及儲運工程等方面的問題。學生聽講時,個個專心致志,興致盎然。同時,教員也留意提示現有課程學問所不能處理的問題,為今后的進一步深化學習力學設下伏筆,學生學習的積極性與主動性得以進步。
2.突出思緒與辦法,促進學生主動思想
工程力學課在大二時開設,固然曾經有了一年的大學學習生活,但是長期以來,在應試教育的影響下,相當學生在中小學時養成的“依賴”性的學習習氣尚未完整改動。求解問題不考慮如何剖析,總是想著先看答案,并由此去猜過程。不會站在更高的層面看問題,想著如何用普遍規律去處理詳細問題,而只喜歡“文山題海”式的戰術,從大量練習中被動地漸漸領會內涵,也就是只會從眾多個例來樹立普遍規律。
學生的計算才能普遍較高,在給定參數,應用公式計算方面根本沒有問題。但是,定性剖析問題的才能遠遠不夠,而這恰恰是展開科學研討、處理工程問題的根本要素。因而,我們在課堂講述中,淡化繁瑣的數學推導,摒棄嗦的數字計算,強化定性剖析,突出思緒與辦法。在促進學生主動思想方面,謝絕滿堂灌與一言堂,適時展開課堂討論,讓學生在討論中本人得出結論,在討論完畢前再提出問題,留出讓學生考慮的空間,讓他們學會探求式的學習辦法。
例如,資料力學的學習中,幾大根本假定可能是學生遇到的首個真正意義上的數學建模問題。講授時不只引見其內容,還要闡明各假定所具有的數學意義,對問題求解所起到的作用等。在拉-壓、改變應力的推導時,引導學生留意靜力均衡條件、幾何關系、物理關系的共同運用,在彎曲應力的推導時,自然會想到這幾個方程。這樣,不只使此處停頓順利,還為未來的彈塑性剖析作了鋪墊。在得到彎曲正應力計算公式σx=MyzIz時,討論彎矩My、截面慣性矩Iz及點到中性軸間隔|z|對橫截面上一點正應力的影響,并以T形截面、非對稱放置的鑄鐵外伸梁為例,讓學生討論如何布置梁能更好的到達運用目的。
此時學生常常留意到了截面關于中性軸的不對稱及資料拉壓強度的不等,依照彎矩圖的正負對截面正立或倒立作調整,當均不能到達平安運用請求時,就可能放棄。這時教員要訊問,這樣的調整在公式中表現了那些項的變化?能否還有別的方法?可能就有同窗突破定勢思想,發現彎矩其實是能夠經過支座的調理而發作變化的。而關于調理到何處最好,則作為課后練習,讓學生本人去求解。至于處理辦法,又可展開討論。將支座位置――相當于載荷作用位置作為未知量帶入彎矩表達式,并應用高等數學極值學問停止最小值求解。并通知學生,這就是優化設計,而優化目的就是彎矩最小(應力最小、承載才能最高)。這樣解說,學生覺得將前后學問連接與交融起來了,視野更開闊,收獲更大,對將來的學習自信心更豐滿。
二、用現代教育思想和手腕促進教學程度不時進步
1.從簡單原理動身,激起學生學習興味
教與學是教學活動的兩個根本方面,由教員和學生共同完成。它的.生動展開必需堅持以人為本的準繩,既要注重發揮教員的主導作用,又必需尊重學生的主體位置。本著“興味是最好的教師”的理念,在教的過程中,積極引導和激起學生學習的積極性和主動性。例如,在講摩擦時,引見同窗們酷愛的F1賽車上應用摩擦原理停止的設計,螺紋擰緊自鎖的原理;在學習運動學時,應用行星輪上一點的軌跡,闡明鉆方孔的原理(此時他們常常很詫異);在剖析截面慣性矩對彎曲應力的影響時,隨手拿起手邊的鋼板尺演示當沿橫截面兩不同主軸彎曲時,為何在一個方向易彎,而在另一個方向則很難?以彎曲的書中間鼓起局部壓下時頁面間的相對滑移錯動,解釋梁彎曲時,構件層間的剪切作用;并以此闡明,若在傾斜地層中肯定井位,在油氣產出后地層發作沉降時,油井套管易于受地層剪切而毀壞的道理。某些看似不易完成的工藝――鉆方孔,難于解釋的成因――套管損壞,所運用的原理其實并不復雜,作為大二學生是完整能夠了解的,這極大地激起了學生的學習興味。這興味將引領他們開啟探究與發現的美好之旅。
2.注重啟示教學,培育學生的發明性思想
大科學家愛因斯坦在《物理學的進化》中說:“提出一個問題常常比處理一個問題更為重要,由于處理一個問題或許是一個數學上或實驗上的技巧問題。而提出新的問題、新的可能性,重新的角度看舊問題,卻需求發明性的想像力,而且標志著科學的真正進步。”雕塑家羅丹說:“美不在于存在,而在于發現。”科學與藝術,兩個間隔多么悠遠的范疇,最終卻統一于相同的哲學理念。社會的進步在于發明,發明的源泉在于發現。但是,長期的應試教育在很大水平上約束了學生的發明性。他們不擅長發問,面對權威時不敢發問,日積月累,最終招致只會慣性式的承受而難于發現問題。解放人的個性,培育人的獨立肉體與發明性,讓年輕人以文化人的獵奇心去承受學問,學會與別人協作溝通,是大學教育的基本與義務。為了培育學生發明性的思想習氣,在工程力學課的某些教學中,依據課程內容,我們采用問題教學形式。
一方面,在提出新理論與新辦法時論述發現問題的緣由,例如,在講力線平移定理時,先問學生:假如僅依托平行四邊形規律、經過兩兩力線交點作平行四邊形求力系的合力,會有什么問題?力系簡單時、在一張足夠大的紙上畫圖還比擬好辦,力系復雜時、特別是遇到兩力線不相交時怎樣辦?能否應用匯交力系、力偶系的簡化結果、同時不用畫圖的解析辦法停止簡化?
另一方面,由初期的教員問學生答的方式逐漸向學生問教員或其他學生答過渡,鼓舞學生大膽發問。依據問題的難易水平,能夠選擇教員當堂答、或組織學生討論,也能夠留作課后答,或學生和教師課后查完材料再回到課堂討論。作為教員,關于學生獨立思想的發明性和勇于應戰權威和課本的批判性要承受并加以維護。這樣的教學方式不只活潑了課堂氛圍,教學效果好,也讓學生學會表達本人的思想,明白討論與爭鳴是溝通與協作的一種正常方式。
3.發揮多媒體優勢,補償傳統教學手腕的缺乏工程力學課的特性之一是內容豐厚。反映在教學上就是板書多,需求畫的圖多,所用公式也多。要在課時減少狀況下,按時完成教學任務,并將單調的內容變得生動生動,必需借助計算機輔助教學手腕,充沛發揮其在視覺與聽覺上的優勢。經過文字、圖形的動靜配合、顏色的調和搭配,吸收學生的留意力,進而激起學生的學習興味。我們一切課程內容都采用Powerpoint制成電子教案。
為表現啟示式教學過程,電子教案內容及公式依照邏輯關系編輯并逐條顯現在投影屏幕上。內容中應重點突出,文字數量盡量要少,以利學生課堂上邊聽、邊看、并恰當記載。關于遇到的復雜構造,還能夠經過flash動畫加以演示。這樣,雖然課程信息量大,由于圖形形象生動、畫面心曠神怡,學生不疲倦,仍能保證教學效果良好。為便于學生課下學習,我們積極應用現代化網絡優勢,最大限度享用公共資源,樹立了站。學生可在網上下載一切電子教案,在網上預定開放式實驗課,網上還樹立了質疑和解答區。
4.展開自主創新設計實驗,進步學生入手才能
為了給學生發揮創新才能提供空間,力學實驗室是開放式的。學生能夠預定實驗及時間。除展開拉、壓、彎、扭、沖擊及疲倦等常規實驗外,還增加了自主創新設計實驗。學生能夠自主選擇感興味的問題停止實驗。從實驗內容、材料查閱、儀器設備選擇,到實驗計劃與施行,一切的環節均由學生本人肯定和完成。教員擔任把關。如:學生選擇用懸臂梁實驗來考證梁橫截面上正應力散布特性和資料的泊桑比。他在查閱相關材料后,經過必要的計算和剖析,給出應變片布置計劃、載荷范圍、應變儀銜接方式等。在計劃經指導教師校核經過后,學生本人打磨試件、粘貼應變片、銜接應變儀、裝置試件、停止實驗。實驗終了,寫出報告并總結心得。自主設計實驗鍛煉了學生的入手和發明才能,學生學習的積極性也得到進步。能夠說,工程力學課做到了“教、學、練”一體化。
此外,我們鼓舞和扶持學生積極參與各種相關學問技藝大賽,將所學的力學學問用于處理實踐工程問題。如:經過指導學生參與構造大賽,學生的構造剖析才能得到極大鍛煉。
5.展開雙語教學,為國際協作型人才培育奠定根底
為順應石化行業的開展越來越國際化、外向化、對復合型人才的需求量日益增大的特性,同時也為學生學習英語提供運用環境,工程力學課從1990年代中期就嘗試全面運用雙語教學。不只特別編輯了合適于本校學生運用的英文教材,還有與之配套的英文電子教案,學生作業與考試也全部采用英文。這些年的理論使教員在雙語教學上積聚了豐厚的經歷,學生在雙語教學環境的熏陶下,專業英語程度和英語寫作程度均有大幅進步。學生的綜合素質與工作競爭力得到提升。在石化行業國際協作型人才的選拔中,我校的畢業生頗受喜愛。
三、完畢語
中國石油大學(北京)力學課程組一向注重課程建立與變革,使工程力學課做到了新內容、新體系、新辦法、新手腕的有機分離,保證了優秀的教學效果。課程組的教員不只做教學的主干,更做科研的中堅,同時不時將科研成果轉化為優質的教學資源,有力地促進了產學研一體化。這也是工程力學課不斷堅持為學校的傳統優質課的重要緣由。經過課程組全體教員的不懈努力,課程建立與變革獲得豐厚成果,先后取得多項教學獎勵。它們是:中油集團公司優秀教學成果三等獎1項;校優秀教學成果一、二、三等獎6項;校重點課程建立2項;IET教育基金青年教員獎1項;北京市高等學校優秀青年主干教員1項;中國石油大學(北京)品牌課教員1項等。
參考文獻:
[1][美]A愛因斯坦,L英菲爾德.周道巍譯.物理學的進化(Evolution of Physics).上海科技出版社,1999.
[2]方華燦.論高等學校的課堂教學.石油工業出版社,2003.
[3]張森,宗緒鋒.多媒體CAI課件根本原理與制造技術.北京航空航天大學出版社,2000.
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