谈工程力学精品课程建设

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  一 引言
  
  精品课程是高校课程中的精华,是高等学校教学质量工程的一项重要内容。教育部在精品课程建设的文件中强调要重点切实加强教师队伍建设,重视教学内容和课程体系的改革,注重使用先进的教学方法和手段,重视教材建设,理论教学与实践教学并重,建立切实有效的激励和评价机制,实现优质教学资源共享,提高高等学校教学质量和人才培养水平。
  我院机电专业工程力学是介于基础科学与工程科学之间的技术基础课,既有较强的理论,又与工程和生产实践密切联系。该课程旨在培养机电专业学生具有扎实的力学基础知识、实际动手能力,根据实际工程问题能够建立力学模型的能力。培养学生综合分析问题和解决问题的能力以及创新精神,为学生进一步学习和工作打下坚实基础。通过近几年来不懈探索与创新、实践与总结,工程力学在课程建设上取得了显著成绩,已经建立起理论与实践相结合的教学全新模式,在课程体系、教学内容、教学手段和评价方案等方面已形成独创的特色鲜明的一门课程,该课程于2009年被评为院级精品课程。
  
  二 整合课程内容和结构体系是创建精品课程的核心
  
  在教学内容要增加、教学时数要减少的条件下,坚持理论教学和实验教学并重。理论教学使学生具有扎实的基础知识和分析问题的能力;实验教学培养学生的动手能力和创新能力。要及时将学科的最新发展及教改教研的新成果引入到教学中去。
  教学内容改革主要体现在删除陈旧内容、增加新内容及对教学内容重新编排与组合等方面。高职教育培养的是应用型人才,所以工程力学教学内容的改革应突出“应用型”这一特点,要从教学需要、专业特点、工程实际应用和知识结构整体优化等角度出发,合理确定删减内容和新增加内容。重点应放在基本定理的理解与应用上,淡化理论与推导,加强工程力学与后续课程的联系及在工程实际中的应用。
  
  (一)教学内容的删减与重组
  工程力学教材内容应围绕以掌握概念为基础,以强化应用为重点,以计算分析为手段的中心内容而展开。教学时,应在对现有教学内容进行合理取舍的基础上,引入联系工程实际和有特色的例题、习题和思考题,适当增加力学电算程序,并给学生安排一定的上机时间,增加实验教学课时和力学大作业,强化技能训练,提高动手能力,培养“应用性人才”。为实现这一高等职业教育培养目标,我们打破了工程力学由理论力学和材料力学两部分简单组合的原课程体系,将教材的整体框架按静力学、构件承载能力分析和运动力学的次序重组,即将材料力学精编为一篇并置于静力学后,将外力分析与内力、应力、强度分析有机结合起来。而将运动学与动力学有机地融为一体,改称为运动力学,这样可做到静中有动、动中有力,有力就有变形,使运动与力,外力与内力、应力紧密结合,从而加强知识的联系性和科学性,使学生提高理论联系实际的能力。教师可用较少学时讲授较多内容,实现压缩学时之目的。
  
  (二)根据学科发展增加教学内容
  增加的内容应能反映科学技术的发展,且应该是比较成熟的理论。当今新型材料大量涌现,并广泛用于行业,工程力学仅局限于金属材料的研究显然不能反映现代材料力学的特点。材料力学的研究对象也应从各向同性(单一的金属材料)拓宽到复合材料上。在强度理论方面可以加入断裂破坏准则。
  
  (三)用计算机解决工程力学问题
  随着计算机的普及与发展,对各类人才的计算机水平也有了较高的要求。而且计算机处理工程问题可使问题简化且直观。所以,如何提高计算机在专业技术基础课中的应用水平,把学生培养成适应21世纪发展需要的懂计算机的专业人才,也应该是工程力学教学改革的一项重要内容。例如拉、压、弯、扭及其组合变形是材料力学的基本内容,掌握这部分内容的关键就是准确进行各种变形的外力、内力、应力和变形的计算与分析,寻找危险点的极值应力。如果利用计算机模拟试件的受力,并计算试件的内力与变形,绘制内力图、应力图及变形曲线,就可直观地找出任一截面上的内力及变形数值,确定危险点及极值大小,计算过程准确而简单。对计算机水平较高的同学,还可指导他们编程,对试件受力过程进行动态数值模拟。把计算机应用到工程力学的学习中,培养学生灵活应用计算机解决工程力学问题的能力,不但可以提高学生的学习积极性,还可以提高教学质量。
  
  三 采用先进教学方法和评价方案是创建精品课程的关键
  
  改革教学内容的同时,也要重视教学方法的改革。教学方法和手段是教学理念在教学活动中的表现方式,只有树立正确的教学理念,才能在教学过程中主动采用科学有效的教学方法,并不断积累和提高。
  
  (一)改革教学方法及手段,调动学生学习能动性
  1 突出学生主体地位,培养学生的学习与应用能力。教学过程是教与学,教师是主导,学生是主体。教师不可能传授给学生足够终生享受的知识和技能,但却可以通过对学生能力的培养,传授给他们学习与应用的能力。进行启发式教学、讨论式教学,从“授之以鱼”转变为“授之以渔”。在基本理论和基本概念讲解中采用启发式教学,提出问题、揭示矛盾,从而引导学生思考、分析,得出结论。例如在基本强度理论讲解中,从低碳钢和灰铸铁扭转实验现象,到纯剪切应力状态分析,得出适用的强度理论。问题的提出可以采用从简单问题引出复杂问题,从实验现象引出重要概念,从工程背景引出理论问题,从力学史引出问题等方式,帮助学生掌握重点内容,培养主动分析问题的能力。采用讨论式教学可以给学生留出充分的思维空间,提出问题让学生主动去思考研究。改变教师“一言堂”,展开课堂讨论,活跃学术气氛。例如,讲完四种基本变形的内力、应力分析内容后,可以要求同学自己总结四种基本变形杆件的受力、内力和应力分布规律之间的区别和联系,充分讨论形成结论。
  为了培养学生的学习能力,每章内容讲授前,首先要让学生预习,通过预习提出每章内容的重点、难点,并引导他们自己查资料解决问题,不仅培养学生的学习能力,还要培养学生的自学能力,突出学生学习的主体地位,充分调动学生学习的主动性、积极性。为了培养学生的应用能力,即分析解决问题的能力,工程力学教学除了按教材教学外,还应注意将国内外新材料、新工艺、新技术等方面的知识渗透到教学中,扩大学生知识面,强化学生分析问题、解决问题的能力,使他们在走向工作岗位后对所学知识有较强的应用能力。
  2 充分发挥多媒体教学的优势。利用挂图、模型、多媒体教室等手段,增强直观教学效果,培养学生学习兴趣。在不能实现现场讲课的情况下,我们利用电教片将工程结构、机构及有关机器设备展现在学生面前,增加感性认识,使学生将课程与工程背景联系起来,从而能更好地培养学生解决工程实际问题的能力。而将可交互式的CM多媒体教学软件及自作课件运用于课堂教学,可极大减少繁琐计算的时间,使学生将主 要精力用于理解、应用上,教师也有更多的时间实施启发、诱导。总之,直观教学能使许多力学疑难问题迎刃而解,对于扩大课堂信息量,增进工程实践意识,开展师生交互式教学,加强学生对重点、难点的理解和记记,具有明显的效果。
  3 对力学中一些定理、公式尽量用生活实例加以解释,使理论学习深入浅出。在力学教学中,可结合实际,把一些枯燥的定理、公式用形象生动的生活实例来阐明,如讲到摩擦时,用汽车轮子为什么有花纹来说明。轮胎上的花纹并不是为了漂亮,而是为了防止车轮在平滑的路面上滚动时打滑。当讲到圆轴合理截面空心轴比实心轴合理时,用人的四肢的骨骼及稻麦茎的截面也是空心圆截面加以说明。通过举例,使同学们觉得力学并不深奥,而是与生活实际密切联系,使他们产生学习兴趣,并化为一种学习动力。
  4 自学配合精讲,倡导对话式教学。由于本课程内容多,知识面广,我们采用了课堂讲授法、问题教学法、自学讨论法和引导归纳法相结合的多种形式的教学模式,发挥学生内在潜力,培养其综合能力。
  自学是保证课堂精讲及提高教学效果的前提之一。教师首先要编好自学指导书,要求学生开课前自学、开课后预习,并做好读书笔记。课堂上教师可随机安排学生对自学内容进行概括、总结,并根据课堂讨论情况及时纠正,解答学生自学中发生的错误概念和疑难问题,然后对重点、难点内容详细讲授。此外,还可结合典型例题及工程实例边讲边讨论,活跃课堂气氛,引导学生发散思维,激发其学习主动性,教会学生会学和节省学时。
  “对话式教学”能促进学生思考,形成师生间互动关系,有利于学生理解、深化、拓宽所学内容。其目的是一方面提高学生在公开场合的应对能力,提高学生心理素质,另一方面有利于培养学生组织“讲稿”的能力。通过参与,使学生从知识的接受者变为学习的研究者。
  5 分层次教学,激发学生的创新意识。为培养学生思维能力,激发其创新、竞争意识,教师应区别对待不同层次的学生,因材施教。为此,可将工程力学课程划分为3个模块组成,即基础型模块、应用型模块和扩展型模块。基础型课程内容以专业课“必需、够用”为原则,面向全体学生,为必修课,应用型课程内容为工程力学的有关理论在生活及工程实际中的应用,面向70%学生,注重培养其动手能力。扩展型课程内容面向20%学生,分析研究工程力学理论及应用,培养学生的创造能力。
  6 加强实验教学,提高学生操作技能。实验教学的目的,除配合理论教学外,主要是培养学生动手能力。如材料力学性能测定实验,首先通过计算机模拟有关实验过程,并开放实验室,让学生能利用课外时间熟悉仪器设备及实验程序,再上机操作。这样既可缓解设备不足的矛盾,也可减少试验材料的消耗。运用拉伸机的自动描绘仪,把材料的σ-ε曲线描绘出来了,学生在得到了第一手感性材料后,再经教师启发和讲授,学习积极性和效果会明显提高。
  加强实践性教学环节,培养学生理论联系实际的能力。工程力学教学中有许多工程实例,而学生在学习之前又缺乏专业知识,这时可以带学生参观工厂、建筑工地,进行认识实习,增强感性认识,克服实际经验和认识上的不足。教学实施中,应联系实际多举例子,使学生体会到本课程与后续课程的密切联系,增强学生学习的积极性与主动性。
  加强实验环节,提高学生实验能力。实验是工程力学教学的一个重要环节,是理论联系实际的重要手段。高职教育强调对学生技能的培养,这种能力的培养主要通过实践性教学环节来实现,实验则是一个重要的实践环节,所以改革实验教学也是高职工程力学改革的一项重要内容。目前的实验指导书并没有对实验的全过程进行系统阐述,实验报告多是填空式,对学生认知能力及动手能力的培养极为不利。为此,实验前可以指导学生进行认真的准备,自己动手设计实验方案;实验过程中,让学生认真观察实验现象,分析总结实验结果,重点培养学生科学的工作方法、严谨的工作态度及踏实的工作作风;实验完成后,由学生通过思考,按实验规范自行设计、完成一份科学合理的实验报告。通过实验全过程的实施,让学生清楚地知道实验是科学研究的重要手段,使学生对工程力学知识有更加深入地了解。由此可见,实验课可起到理论课起不到的作用,对于提高学生的综合素质有很重要的意义。
  
  (二)完善课程考核方法
  考核应遵循以下原则:全过程考核的原则,即从开始到结束,从课内到课外均考核;公开考核的原则,提前让学生知道如何正确对待本课程考试;不为考试而考试的原则,即制定考试方法必须是为实现教学目的服务,而不是为了考试而考试;重能力、重素质的原则,即将学生能力的表现和素质的体现作为较大的权重系数在考核时加以考虑。具体如下:
  1 乎时成绩占20%,具体分配是:平时作业占10%。出勤率占10%,迟到或早退一次减0.5个百分点,无故旷课一次减2个百分点,并不得评定优秀成绩,旷课次数累计达学校规定而不能参加考试的,按学校规定执行。履行了请假手续的病事假不减分,但累计达3次以上的不得评定优秀成绩。课堂讨论占10%。
  2 实验考核占20%,其中实验态度占6%,实验操作占8%,实验报告占6%。平时课堂考核或实验教学考核不及格者,不准参加期末考试。
  3 期末开卷考试占50%,期末笔试不及格者准予补考。考试内容应包括概念、原理、思考题、实验内容和计算题。考试题量要大,覆盖面要广,尽可能做到理论联系实际,且有20%难题,以消除学生自满心理,激发其进取意识。
  4 口试占10%,口试内容主要针对概念,通过口试考查学生对工程力学基本理论概念的理解程度,锻炼学生应变能力。
  
  四 建立切实有效的激励机制是创建和实施精品课程的动力
  
  保证课程建设质量要使课程达到“精品”的标准,就要鼓励高水平教师积极投身教学工作,鼓励教学管理人员和学生积极参与创建精品课程。精品课程的建设、实施和维护,需要投入很大的时间和精力,这就要建立切实有效的激励机制,要使建设和实施精品课程所付出的努力和精力得到鼓励和肯定,以提高教师推广精品课程的积极性。
  激励机制的建立着重考虑以下几个方面:(1)精品课的建设要充分体现教师的个人成长。高校要制定与精品课相关联的教师职业生涯规划。(2)精品课的建设要作为教师教学质量评价的重要参考,使精品课的建设融入教师的日常授课中,“天天精品”要成为教师授课的常态。(3)精品课的建设要有充足的资金支持。精品课的建设不仅是集众智的过程,更是建设优质教材,建设先进的实验、实习、实训基地的过程,没有充足的资金支持,很难获得这些物质性的优质教育资源。因此,充足的资金支持是精品课程建设中“精品”含金量的保证。
  
  五 提高教学质量是创建精品课程的根本目标
  
  工程力学课程的教学建设取得了很好的效果。在校内所有课程中,本课程教学效果一直名列前茅,课程满意度达95%以上,得到教师和学生的肯定和好评。本课程建设起点高,教育思想、教育理念先进,教学方法新颖先进,教学效果好,符合现代教育思想,成效显著,有很高的示范性与推广价值,我校将以建设省级、国家级工程力学精品课程为重点建设工程,再加大本课程建设的力度,从整体上提升课程建设的质量,努力把本课程的教学质量推向更新的高度。
  
  六 结束语
  
  高校专科工程力学的课程改革,是一项长期而又艰巨的任务。改革既要符合高校专业的培养目标,保证学生具有宽厚、扎实的基础和基本的职业技能,又要积极稳妥,循序渐进。由于力学课程教学涉及面广,各专业对力学课程教学的要求又不尽相同,所以改革应该分层次、分阶段、有针对性地进行,要在探索中不断总结经验,逐步完善。所有的改革都应以发展学生智能、提高学生素质、培养高质量的应用型技术人才为出发点。
  经过近三年的精品课程建设,课程建设水平逐步提高,人才培养的能力与竞争力逐步加强。但如何从全校的角度出发,规范和提高精品课程建设水平和能力,还需进行不断探索。
  
  参考文献
  [1]丁建波,高职力学课程改革研究[J],湖南工业职业技术学院学报,2003,3(3):85
  [2]孔令地,工程力学教学改革的思考与实践[J],职教论坛2003,(4)
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