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應用型本科院?;A力學課程的教學改革與實踐

2023-11-14 12:35:28南陽理工學院土木工程學院
內(nèi)江科技 2023年10期
關鍵詞:力學應用型基礎

◇南陽理工學院土木工程學院 張 揚

基礎力學課程是應用型本科院校工科學生必修的技術基礎課程。為了提高應用型本科院?;A力學課程的教學效率與教學質量和滿足21世紀對高素質創(chuàng)新人才的需求,針對基礎力學課程的教學現(xiàn)狀,依據(jù)應用型本科院校的辦學定位和培養(yǎng)目標,分別從教學內(nèi)容、教學方法、實驗與實踐環(huán)節(jié)和考核方式等方面,對基礎力學課程的教學改革與實踐進行了研究和探討。

應用型本科院校以應用型為辦學定位,旨在培養(yǎng)具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才,同時對推進中國高等教育大眾化進程起到了積極的促進作用?;A力學課程是應用型本科院校工科學生必修的技術基礎課程,在整個課程體系設置中有著極其重要的地位。通過基礎力學課程的學習,要求學生掌握力學的基本知識和理論,培養(yǎng)學生的抽象思維能力和邏輯思維能力,具備分析問題和解決問題的基本技能,為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下扎實的理論基礎。

現(xiàn)在,我國應用型本科院校的基礎力學課程教學普遍存在以下問題:①教學內(nèi)容陳舊,多年不變的教學內(nèi)容與科技發(fā)展脫鉤。在教學過程中,不重視對當代科學前沿理論、新結構、新材料和新技術的介紹。②教學方法單一。很多的應用型本科院校仍以傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”填鴨式灌輸教學為主,不注重比較法、歸納法、啟發(fā)式教學等多種教學方法和手段的綜合運用。③實驗、實踐環(huán)節(jié)薄弱。由于應用型本科院校的基礎力學課程具有學時少、涵蓋內(nèi)容多的特點,在制定課程教學大綱時,往往出現(xiàn)重理論、輕實驗和實踐的情況,較多的學時被分配給理論課,而實驗、實踐學時被壓縮,這是與應用型本科院校的辦學定位相矛盾的。④計算機技術在基礎力學課程的教學中應用較少。一方面,多媒體教學沒有得到廣泛的應用;另一方面,學生還是采用“紙+筆”的方式求解力學問題,沒有對學生利用計算機軟件解決力學問題的能力進行有目的地訓練。⑤考核方式單一?;A力學課程的考核大多采用的是傳統(tǒng)的閉卷筆試,“一錘定音”,對學生解決工程實際問題能力的考核明顯不足,考核體系亟待進一步完善。

基于基礎力學課程的教學現(xiàn)狀,按照應用型本科院校的辦學宗旨,我們必須對基礎力學課程的教學進行相應的調整和改革,以迎合社會發(fā)展的需要和滿足21世紀對“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”創(chuàng)新人才的需求。

一、教學內(nèi)容的改革[1-2]

應用型本科院校基礎力學課程的教學應根據(jù)各專業(yè)的特點,科學合理地確定教學內(nèi)容和教學重點,做到與專業(yè)一致。例如,在土木工程結構中常見的是受壓和受彎構件,受扭構件則較少用到,所以對于土木專業(yè)來說,材料力學的構件基本變形部分應以軸向拉(壓)和彎曲變形為教學重點。而在機械工程中受扭構件(如傳動軸)也被大量應用,所以對于機械專業(yè)來說,軸向拉(壓)、彎曲和扭轉變形都要作為教學重點。

為了突出應用型本科院校的辦學定位,基礎力學課程的教學內(nèi)容中要注重刪去學術性的的東西,增加綜合性、實用性和先進性的知識和內(nèi)容。在基礎力學課程的教學中要注意弱化力學公式的推導和證明演繹,合理分配課堂時間,把教學重點放在力學公式的應用和學生解決工程實際問題能力的培養(yǎng)上面。同時,在教學過程中還要注意對當代科學前沿理論、新結構、新材料和新技術進行介紹,這樣不僅能夠使學生了解到專業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢,同時能夠吸引學生,激發(fā)學生的學習興趣,調動學生的主觀能動性。

在基礎力學課程的教學中,還要注意知識的相互滲透和銜接以及力學體系的整體與綜合性,合理取舍,減少不必要的內(nèi)容重復。例如,能量法中的虛功原理與單位力法因屬結構力學中重點講解內(nèi)容,因此材料力學中相關內(nèi)容就不必多講。此外還要注意基礎力學課程與其它專業(yè)課程的銜接,保持連貫統(tǒng)一,為后續(xù)專業(yè)課程的學習作好準備。例如,材料力學中的彎矩圖畫法規(guī)定和結構力學中的彎矩圖畫法規(guī)定不盡相同,所以對于土木專業(yè)來說,為了能夠盡早按照專業(yè)要求對學生進行技能訓練,在材料力學課程的教學中,可以提早引入結構力學的彎矩圖畫法規(guī)定,為后續(xù)結構力學課程的學習打下基礎。

二、教學方法的改革[1,3]

為了調動學生的主觀能動性,培養(yǎng)學生積極主動思考的習慣和解決工程實際問題的能力,應用型本科院?;A力學課程的教學應摒棄傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”填鴨式灌輸教學方式,綜合運用比較法、歸納法、圖表法、啟發(fā)式教學等多種教學方法和多媒體教學手段[4-6]。

眾所周知,基礎力學課程的內(nèi)容繁雜、公式繁多,學生能否準確記憶力學公式是決定基礎力學課程教學效果的一大關鍵。在教學過程中,要注意運用比較法,對相似公式進行比較,找出其中的規(guī)律,從而能夠把不同的內(nèi)容聯(lián)系在一起,便于學生記憶。例如,對軸向拉(壓)、扭轉、彎曲變形時橫截面的應力公式進行比較,可以得到如下規(guī)律:

又如,從平面問題的平衡微分方程,可以很容易地將其推廣到三維的情況,得到空間問題的平衡微分方程,見圖1,同時為了便于學生記憶,可以引入Einstein求和約定,將平衡微分方程統(tǒng)一寫為:

圖1 平衡微分方程

在基礎力學課程的教學過程中,在章節(jié)結束處要注意及時運用歸納法對章節(jié)內(nèi)容進行總結,將概念和知識點串成一個整體,使學生能夠從整體上把握章節(jié)內(nèi)容,同時在教學中還要特別注意對解題思路和解題方法等內(nèi)容進行歸納總結,最好能以口決形式給出,便于學生記憶。例如,剪力圖的畫法可歸納總結為:從左向右畫,按力的走向直接畫(即力向上則向上畫,力向下則向下畫),沒有力的區(qū)段為平直線,有均布荷載的區(qū)段為斜直線,斜向按的走向畫(即向上則向上斜,向下則向下斜)。

為了引導學生在學習的過程中積極思考,充分調動學生的學習積極性和主動性,活躍課堂氣氛,在基礎力學課程的教學過程中要注意運用啟發(fā)式教學,根據(jù)具體問題有針對性地分層次設問,循循善誘,引導學生獨立思考,培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。同時在教學中,要充分利用多媒體技術和CAI課件,將多媒體教學作為基礎力學課程的一種輔助教學手段,綜合運用傳統(tǒng)教學模式和多媒體教學,各取所長,以達到良好的教學效果。

三、實驗與實踐環(huán)節(jié)的改革

為了迎合社會對創(chuàng)新性、應用性人才的需求,應用型本科院?;A力學課程的教學要注重加強實驗與實踐環(huán)節(jié),合理安排理論學時與實驗學時,盡可能多的開展實驗項目,特別是要增加綜合性、創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容,培養(yǎng)學生動手能力與創(chuàng)新能力,同時要讓學生掌握運用計算機進行力學分析的技能與方法。為了方便學生進行基礎力學課程的實驗和提高實驗室的利用率,應制定完善的日常實驗室開放制度,讓學生可以利用課外時間熟悉實驗儀器設備及其操作方法,同時可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術建立網(wǎng)上實驗室系統(tǒng),學生做實驗前登錄網(wǎng)上實驗室系統(tǒng)就能提前對實驗項目和儀器設備進行了解,并可以根據(jù)自己的時間自行確定實驗日期,只需提前在網(wǎng)上實驗室系統(tǒng)進行預約即可。

隨著計算機技術的發(fā)展,基礎力學實驗還可以借助現(xiàn)代數(shù)值模擬技術,虛擬模擬力學實驗。利用數(shù)值仿真軟件,如ANSYS、ABAQUS等,可以模擬一些實際實驗室環(huán)境難以實現(xiàn)的力學實驗,彌補常規(guī)實驗條件的不足。另外,要注重培養(yǎng)學生運用計算機求解力學問題的能力。要求學生使用數(shù)學軟件,如MATLAB、MATHEMATICA等,求解部分課后習題,這樣不僅有助于學生對基礎力學理論知識的理解,更重要的是對培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力有著積極意義。

四、考核方式的改革

應用型本科院?;A力學課程的考核要摒棄傳統(tǒng)的一次性閉卷考試的做法,走出“上課記筆記、考試背筆記、考完忘筆記”的怪圈,采用多層次、多渠道的考核方式。為了督促學生學習,監(jiān)控學生的課程學習情況,亦讓教師對教學情況進行反思,及時調整教學過程和教學方法,可以在學期中間增加一次考試,同時為了不帶給學生額外的學業(yè)負擔和心理壓力,采用開卷和限制性開卷等形式進行。應用型本科院?;A力學課程的最終成績要由三部分構成:①平時成績(包括作業(yè)完成情況、到課情況和課堂提問討論情況);②筆試成績(包括期中考試成績和期末考試成績);③實驗成績。為了實現(xiàn)對學生知識掌握情況和能力的有效考核,要注意合理分配三部分所占的比例,具體見表1。

表1 基礎力學課程的成績構成

應用型本科院校基礎力學課程的試題設計要分層次,一方面要對學生掌握課程概念性和基礎性內(nèi)容的情況進行考查,另一方面要對學生的知識應用、解決工程實際問題的能力進行考查。應用型本科院校的目標是培養(yǎng)合格的工程技術人才,所以試題設計一定要側重于對學生分析、解決實際問題能力的考查,嚴格控制“三基”內(nèi)容所占比例,避免學生出現(xiàn)高分低能的情況。在試卷評分規(guī)則的制定中,要合理分配分值,重視學生對題目的理解和分析,以及將工程實際問題轉換成力學模型的能力,弱化對計算錯誤的扣分。

在重視能力培養(yǎng)和強調素質教育的今天,應用型本科院校基礎力學課程的考核一定要加入對實驗及動手能力的考查。實驗考核要求學生能夠按照給定的實驗目的和要求,利用現(xiàn)有的實驗設備和實驗條件,自行設計出實驗方案,并能獨立動手完成具體的實驗操作。實驗成績是根據(jù)學生提交的實驗設計方案、實驗報告以及學生實驗操作情況來綜合評定的,側重于對實驗設計方案的評價。實驗設計方案的優(yōu)劣在于方案的合理性、可操作性,以及選用的實驗儀器和設備是否合適等。

五、結束語

應用型本科院校基礎力學課程的改革既要有創(chuàng)新意識,同時又要符合學校的實際情況和辦學定位,積極穩(wěn)妥地推進,同時基礎力學課程的改革應該與相應的專業(yè)課程的改革和建設緊密結合,在教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面進行不斷的探索和實踐。

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