工科工程力学系列课程教改实践与探索的论文
[摘要] 笔者在《工程力学》精品课程建立中,将传统教学办法与现代教育思想和手腕有机交融,在课程内容体系、办法和手腕以及双语教学和实验等变革措施方面停止了积极的探究和尝试。
[关键词] 工程力学 教学变革 理论
《工程力学》课是工科学生的重要根底课,也是工科专业学生较难控制的几门重要课程之一。随着高校的连续扩招带来的生源构造变化,如何在课时大量紧缩的状况下,保证教学质量,同时满足石油工业对外向型及创新型人才的需求、赋予古老传统力学课以新意,成为教学变革面临的重要课题。中国石油大学(北京)力学课程建立小组,从十几年前就开端了有益的尝试,并获得了令人称心的效果。
一、课程体系及内容变革
1.精心组织内容构造,赋予传统教学时期气息
工程力学虽然是较为传统的学科,但在一日千里的新时期,它仍然是处理各类工程技术难点问题的关键,教学过程必需让学生控制其根本要义和精华。我们在课程内容组织时,精选经典内容,大刀阔斧地删去原来工程力学与大学物理学的堆叠局部,并适时引入反映课程应用的现代设计实例,引见教员的科研新内容和新成果,为学生掀开科研的神秘面纱。
在体系方面,以办法代之于对象作为章节的划分。这样即进步教学效率,让学生学会如何寻觅事物的内在联络,控制课程的精髓,又将理论与应用有机分离,使学生树立起工程认识,未来工作起点高、上手快。例如,笔者承当的国度“863”以及国度严重专项等科研项目中,都会触及用工程力学的学问处理如深海石油工程、海底管道及储运工程等方面的问题。学生听讲时,个个专心致志,兴致盎然。同时,教员也留意提示现有课程学问所不能处理的问题,为今后的进一步深化学习力学设下伏笔,学生学习的积极性与主动性得以进步。
2.突出思绪与办法,促进学生主动思想
工程力学课在大二时开设,固然曾经有了一年的大学学习生活,但是长期以来,在应试教育的影响下,相当学生在中小学时养成的“依赖”性的学习习气尚未完整改动。求解问题不考虑如何剖析,总是想着先看答案,并由此去猜过程。不会站在更高的层面看问题,想着如何用普遍规律去处理详细问题,而只喜欢“文山题海”式的战术,从大量练习中被动地渐渐领会内涵,也就是只会从众多个例来树立普遍规律。
学生的计算才能普遍较高,在给定参数,应用公式计算方面根本没有问题。但是,定性剖析问题的才能远远不够,而这恰恰是展开科学研讨、处理工程问题的根本要素。因而,我们在课堂讲述中,淡化繁琐的数学推导,摒弃嗦的数字计算,强化定性剖析,突出思绪与办法。在促进学生主动思想方面,谢绝满堂灌与一言堂,适时展开课堂讨论,让学生在讨论中本人得出结论,在讨论完毕前再提出问题,留出让学生考虑的空间,让他们学会探求式的学习办法。
例如,资料力学的学习中,几大根本假定可能是学生遇到的首个真正意义上的数学建模问题。讲授时不只引见其内容,还要阐明各假定所具有的数学意义,对问题求解所起到的作用等。在拉-压、改变应力的推导时,引导学生留意静力均衡条件、几何关系、物理关系的共同运用,在弯曲应力的推导时,自然会想到这几个方程。这样,不只使此处停顿顺利,还为未来的弹塑性剖析作了铺垫。在得到弯曲正应力计算公式σx=MyzIz时,讨论弯矩My、截面惯性矩Iz及点到中性轴间隔|z|对横截面上一点正应力的影响,并以T形截面、非对称放置的铸铁外伸梁为例,让学生讨论如何布置梁能更好的到达运用目的。
此时学生常常留意到了截面关于中性轴的不对称及资料拉压强度的不等,依照弯矩图的正负对截面正立或倒立作调整,当均不能到达平安运用请求时,就可能放弃。这时教员要讯问,这样的调整在公式中表现了那些项的变化?能否还有别的方法?可能就有同窗突破定势思想,发现弯矩其实是能够经过支座的调理而发作变化的。而关于调理到何处最好,则作为课后练习,让学生本人去求解。至于处理办法,又可展开讨论。将支座位置――相当于载荷作用位置作为未知量带入弯矩表达式,并应用高等数学极值学问停止最小值求解。并通知学生,这就是优化设计,而优化目的就是弯矩最小(应力最小、承载才能最高)。这样解说,学生觉得将前后学问连接与交融起来了,视野更开阔,收获更大,对将来的学习自信心更丰满。
二、用现代教育思想和手腕促进教学程度不时进步
1.从简单原理动身,激起学生学习兴味
教与学是教学活动的两个根本方面,由教员和学生共同完成。它的.生动展开必需坚持以人为本的准绳,既要注重发挥教员的主导作用,又必需尊重学生的主体位置。本着“兴味是最好的教师”的理念,在教的过程中,积极引导和激起学生学习的积极性和主动性。例如,在讲摩擦时,引见同窗们酷爱的F1赛车上应用摩擦原理停止的设计,螺纹拧紧自锁的原理;在学习运动学时,应用行星轮上一点的轨迹,阐明钻方孔的原理(此时他们常常很诧异);在剖析截面惯性矩对弯曲应力的影响时,随手拿起手边的钢板尺演示当沿横截面两不同主轴弯曲时,为何在一个方向易弯,而在另一个方向则很难?以弯曲的书中间鼓起局部压下时页面间的相对滑移错动,解释梁弯曲时,构件层间的剪切作用;并以此阐明,若在倾斜地层中肯定井位,在油气产出后地层发作沉降时,油井套管易于受地层剪切而毁坏的道理。某些看似不易完成的工艺――钻方孔,难于解释的成因――套管损坏,所运用的原理其实并不复杂,作为大二学生是完整能够了解的,这极大地激起了学生的学习兴味。这兴味将引领他们开启探究与发现的美好之旅。
2.注重启示教学,培育学生的发明性思想
大科学家爱因斯坦在《物理学的进化》中说:“提出一个问题常常比处理一个问题更为重要,由于处理一个问题或许是一个数学上或实验上的技巧问题。而提出新的问题、新的可能性,重新的角度看旧问题,却需求发明性的想像力,而且标志着科学的真正进步。”雕塑家罗丹说:“美不在于存在,而在于发现。”科学与艺术,两个间隔多么悠远的范畴,最终却统一于相同的哲学理念。社会的进步在于发明,发明的源泉在于发现。但是,长期的应试教育在很大水平上约束了学生的发明性。他们不擅长发问,面对权威时不敢发问,日积月累,最终招致只会惯性式的承受而难于发现问题。解放人的个性,培育人的独立肉体与发明性,让年轻人以文化人的猎奇心去承受学问,学会与别人协作沟通,是大学教育的基本与义务。为了培育学生发明性的思想习气,在工程力学课的某些教学中,依据课程内容,我们采用问题教学形式。
一方面,在提出新理论与新办法时论述发现问题的缘由,例如,在讲力线平移定理时,先问学生:假如仅依托平行四边形规律、经过两两力线交点作平行四边形求力系的合力,会有什么问题?力系简单时、在一张足够大的纸上画图还比拟好办,力系复杂时、特别是遇到两力线不相交时怎样办?能否应用汇交力系、力偶系的简化结果、同时不用画图的解析办法停止简化?
另一方面,由初期的教员问学生答的方式逐渐向学生问教员或其他学生答过渡,鼓舞学生大胆发问。依据问题的难易水平,能够选择教员当堂答、或组织学生讨论,也能够留作课后答,或学生和教师课后查完材料再回到课堂讨论。作为教员,关于学生独立思想的发明性和勇于应战权威和课本的批判性要承受并加以维护。这样的教学方式不只活泼了课堂氛围,教学效果好,也让学生学会表达本人的思想,明白讨论与争鸣是沟通与协作的一种正常方式。
3.发挥多媒体优势,补偿传统教学手腕的缺乏工程力学课的特性之一是内容丰厚。反映在教学上就是板书多,需求画的图多,所用公式也多。要在课时减少状况下,按时完成教学任务,并将单调的内容变得生动生动,必需借助计算机辅助教学手腕,充沛发挥其在视觉与听觉上的优势。经过文字、图形的动静配合、颜色的调和搭配,吸收学生的留意力,进而激起学生的学习兴味。我们一切课程内容都采用Powerpoint制成电子教案。
为表现启示式教学过程,电子教案内容及公式依照逻辑关系编辑并逐条显现在投影屏幕上。内容中应重点突出,文字数量尽量要少,以利学生课堂上边听、边看、并恰当记载。关于遇到的复杂构造,还能够经过flash动画加以演示。这样,虽然课程信息量大,由于图形形象生动、画面心旷神怡,学生不疲倦,仍能保证教学效果良好。为便于学生课下学习,我们积极应用现代化网络优势,最大限度享用公共资源,树立了站。学生可在网上下载一切电子教案,在网上预定开放式实验课,网上还树立了质疑和解答区。
4.展开自主创新设计实验,进步学生入手才能
为了给学生发挥创新才能提供空间,力学实验室是开放式的。学生能够预定实验及时间。除展开拉、压、弯、扭、冲击及疲倦等常规实验外,还增加了自主创新设计实验。学生能够自主选择感兴味的问题停止实验。从实验内容、材料查阅、仪器设备选择,到实验计划与施行,一切的环节均由学生本人肯定和完成。教员担任把关。如:学生选择用悬臂梁实验来考证梁横截面上正应力散布特性和资料的泊桑比。他在查阅相关材料后,经过必要的计算和剖析,给出应变片布置计划、载荷范围、应变仪衔接方式等。在计划经指导教师校核经过后,学生本人打磨试件、粘贴应变片、衔接应变仪、装置试件、停止实验。实验终了,写出报告并总结心得。自主设计实验锻炼了学生的入手和发明才能,学生学习的积极性也得到进步。能够说,工程力学课做到了“教、学、练”一体化。
此外,我们鼓舞和扶持学生积极参与各种相关学问技艺大赛,将所学的力学学问用于处理实践工程问题。如:经过指导学生参与构造大赛,学生的构造剖析才能得到极大锻炼。
5.展开双语教学,为国际协作型人才培育奠定根底
为顺应石化行业的开展越来越国际化、外向化、对复合型人才的需求量日益增大的特性,同时也为学生学习英语提供运用环境,工程力学课从1990年代中期就尝试全面运用双语教学。不只特别编辑了合适于本校学生运用的英文教材,还有与之配套的英文电子教案,学生作业与考试也全部采用英文。这些年的理论使教员在双语教学上积聚了丰厚的经历,学生在双语教学环境的熏陶下,专业英语程度和英语写作程度均有大幅进步。学生的综合素质与工作竞争力得到提升。在石化行业国际协作型人才的选拔中,我校的毕业生颇受喜爱。
三、完毕语
中国石油大学(北京)力学课程组一向注重课程建立与变革,使工程力学课做到了新内容、新体系、新办法、新手腕的有机分离,保证了优秀的教学效果。课程组的教员不只做教学的主干,更做科研的中坚,同时不时将科研成果转化为优质的教学资源,有力地促进了产学研一体化。这也是工程力学课不断坚持为学校的传统优质课的重要缘由。经过课程组全体教员的不懈努力,课程建立与变革获得丰厚成果,先后取得多项教学奖励。它们是:中油集团公司优秀教学成果三等奖1项;校优秀教学成果一、二、三等奖6项;校重点课程建立2项;IET教育基金青年教员奖1项;北京市高等学校优秀青年主干教员1项;中国石油大学(北京)品牌课教员1项等。
参考文献:
[1][美]A爱因斯坦,L英菲尔德.周道巍译.物理学的进化(Evolution of Physics).上海科技出版社,1999.
[2]方华灿.论高等学校的课堂教学.石油工业出版社,2003.
[3]张森,宗绪锋.多媒体CAI课件根本原理与制造技术.北京航空航天大学出版社,2000.
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