工程力學(xué)教學(xué)心得論文
本文以國(guó)內(nèi)、國(guó)外教授聯(lián)合講授三門力學(xué)課程為背景，指出了外教講授力學(xué)課程的特點(diǎn)， 對(duì)比了國(guó)內(nèi)、國(guó)外教授在相應(yīng)力學(xué)課程講授過(guò)程中的異同點(diǎn)，分析了不同授課模式下人才培養(yǎng)目標(biāo)的差異，為實(shí)現(xiàn)力學(xué)課程的工程教育教學(xué)改革提供參考。
一、引言
隨著我國(guó)高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的教育理念和教學(xué)模式正在發(fā)生根本變化。我國(guó)高等教育培養(yǎng)出的人才規(guī)模大、人數(shù)多，但工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力遠(yuǎn)不如科技發(fā)達(dá)國(guó)家，工程類人才的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力普遍較低，主要原因是長(zhǎng)期沿用傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用單一的課堂灌輸式教學(xué)方法，教學(xué)重點(diǎn)仍偏于理論學(xué)習(xí)、科學(xué)工程分析，而面向工程的實(shí)踐訓(xùn)練少，教學(xué)還停留于知識(shí)傳授階段。對(duì)照ABET《工程標(biāo)準(zhǔn)2000》中工科畢業(yè)生應(yīng)具備的十一種能力要求[1]，我國(guó)的高等教育只突出了一點(diǎn)：即應(yīng)用數(shù)學(xué)、理科知識(shí)和工科知識(shí)的能力培養(yǎng)。其他十條能力的培養(yǎng)在我國(guó)教育中普遍受到忽視，特別是在課堂教學(xué)中極少體現(xiàn)。從最基本的課堂教學(xué)入手，探索先進(jìn)、合理的教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)教學(xué)理念和教學(xué)方法，是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)[2]。
學(xué)生在大學(xué)期間主要的時(shí)間和精力集中在各門課程的學(xué)習(xí)上，所謂學(xué)生各種能力的培養(yǎng)離不開(kāi)日常課程的教學(xué)訓(xùn)練和教學(xué)方法的影響。為了從根本上實(shí)現(xiàn)高等教育的變革，國(guó)內(nèi)很多高校已采取積極辦法，開(kāi)設(shè)融合中西方教育優(yōu)勢(shì)的課程，實(shí)現(xiàn)國(guó)際化辦學(xué)，鼓勵(lì)教師到國(guó)外學(xué)習(xí)，同時(shí)也大力提倡國(guó)內(nèi)外教師聯(lián)合為本科生授課，從最基本的日常教學(xué)中，影響和改變默守陳規(guī)的傳統(tǒng)教育。力學(xué)課程一直以來(lái)都是學(xué)生花費(fèi)時(shí)間多，學(xué)習(xí)壓力大的課程，在該類課程中實(shí)施國(guó)際化的合作教學(xué)，引入新的教學(xué)思想和模式，對(duì)傳統(tǒng)力學(xué)課程教學(xué)的改變，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代人才培養(yǎng)目標(biāo)具有重要意義。
二、國(guó)外教授授課特點(diǎn)
為了改革傳統(tǒng)力學(xué)課程的教學(xué)理念和教學(xué)模式，促進(jìn)高等教育的國(guó)際化發(fā)展，在學(xué)校的大力支持下，我們?cè)诠こ塘W(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)中，采用了中外教師合作授課的模式，在合作交流中取長(zhǎng)補(bǔ)短，深化力學(xué)課程的教學(xué)改革。總結(jié)外教授課的特點(diǎn)具體如下：
1.英國(guó)杜倫大學(xué)教授講授了32學(xué)時(shí)的“工程力學(xué)”課程。在第一輪的授課過(guò)程中，該教授主要以課堂講授為主，授課內(nèi)容為靜力學(xué)及材料力學(xué)部分內(nèi)容。授課主要特點(diǎn)在于：介紹課程基本內(nèi)容，例題較少，將力學(xué)基本問(wèn)題程序化，讓學(xué)生大量使用Matlab和Excel軟件編程求解復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題;此外，還讓學(xué)生登陸國(guó)外學(xué)校的教學(xué)管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)中分配給每位同學(xué)不同作業(yè)，學(xué)生網(wǎng)上提交作業(yè)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄學(xué)生提交的次數(shù)以及正確率。為了給學(xué)生創(chuàng)造與教授面對(duì)面的交流機(jī)會(huì)，在第二輪和第三輪的授課中增加了實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過(guò)課堂學(xué)到的知識(shí)，利用老師給定的材料(膠管、牙線、膠槍等)，按照指定題目設(shè)計(jì)受拉、受壓、受彎等結(jié)構(gòu)，并在課堂上對(duì)各小組設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)加以評(píng)定。
2.美國(guó)新澤西州立大學(xué)教授，為國(guó)內(nèi)學(xué)生講授6學(xué)時(shí)“壓桿穩(wěn)定”內(nèi)容。上課特點(diǎn)：以英文教材內(nèi)容為主，將教材中的主要內(nèi)容轉(zhuǎn)成圖片，上課時(shí)用PPT演示給學(xué)生并與學(xué)生討論教課書(shū)中內(nèi)容，對(duì)教材中給出的計(jì)算公式的正確性提出質(zhì)疑，以引發(fā)學(xué)生討論及思考。授課內(nèi)容不局限于課本，課堂上提出相關(guān)科研成果并與學(xué)生討論。
3.西澳大利亞大學(xué)教授為國(guó)內(nèi)學(xué)生講授16學(xué)時(shí)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程。授課形式為課堂講授，講解過(guò)程采用在計(jì)算機(jī)屏幕上書(shū)寫，下課后形成PDF教案的形式。授課內(nèi)容為靜定或超靜定多跨梁的位移、內(nèi)力計(jì)算。授課特點(diǎn)是：強(qiáng)調(diào)靜定和超靜定問(wèn)題的通用算法的講解，舉例說(shuō)明此類問(wèn)題的統(tǒng)一求解模式，演示根據(jù)基本理論編寫計(jì)算程序的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)用Matlab、Excel及結(jié)構(gòu)力學(xué)求解軟件編程求解各類問(wèn)題。
三、國(guó)內(nèi)外教學(xué)模式對(duì)比討論
在與國(guó)外教授合作教學(xué)過(guò)程，通過(guò)對(duì)比同類課程、相同授課時(shí)間內(nèi)同類教學(xué)內(nèi)容的不同教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)存在如下差異：
1.同一門課程，教學(xué)內(nèi)容相同，對(duì)學(xué)生的要求不同。以工程力學(xué)課程為例，國(guó)內(nèi)教學(xué)中通常詳細(xì)講述每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)講授例題，同時(shí)讓學(xué)生做一定量的習(xí)題，希望學(xué)生完全掌握所有知識(shí)點(diǎn)，課程信息量大，學(xué)生要做大量習(xí)題才能完全掌握全部課程內(nèi)容。在例題和習(xí)題的選擇上，通常采用理論較深，計(jì)算簡(jiǎn)單的問(wèn)題，訓(xùn)練學(xué)生理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。國(guó)外教授課堂上強(qiáng)調(diào)的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)少，很多內(nèi)容一帶而過(guò)，通常采用比較簡(jiǎn)單的例題和習(xí)題來(lái)消化理論知識(shí)，課程內(nèi)容相對(duì)容易掌握。復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題采用通用算法，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)編程計(jì)算。超靜定桿件的內(nèi)力和應(yīng)力求解問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)生大量練習(xí)的是均勻荷載作用或溫度均勻變化問(wèn)題，對(duì)于荷載和溫度任意變化問(wèn)題，優(yōu)秀的學(xué)生能夠利用積分計(jì)算桿件的變形，再根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件求解。國(guó)外教授上課時(shí)給學(xué)生介紹此類問(wèn)題的解題的方法是采用麥考利函數(shù)(Macaulay Bracket) 表示分布荷載，用狄拉克δ函數(shù)(Dirac Delta Function)表示集中荷載，寫出力學(xué)和幾何方程，加上邊界條件，利用Matlab編寫程序，用計(jì)算機(jī)求解。不同問(wèn)題，只要修改程序中的荷載表達(dá)式和邊界條件，求解方法都相同。
2.相同理論，講解目的和實(shí)現(xiàn)方法不同。以結(jié)構(gòu)力學(xué)授課內(nèi)容為例，國(guó)內(nèi)該門課程的主要研究對(duì)象是由梁、柱構(gòu)成的剛架，以剛架為主要研究對(duì)象講授靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算方法。外教則采用框架結(jié)構(gòu)中的單桿，分別取立柱和橫梁，再分別講授只有軸力作用或只有彎矩作用時(shí)，軸力與軸向位移之間的.關(guān)系，或彎矩與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。在介紹力法和位移法的理論中，強(qiáng)調(diào)剛度陣和柔度陣的建立，然后采用數(shù)學(xué)軟件計(jì)算矩陣，求解力或位移。同樣介紹力法和位移法解超靜定結(jié)構(gòu)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)教授授課時(shí)會(huì)讓學(xué)生在課堂和課后做大量習(xí)題，題目主要通過(guò)手算完成，且計(jì)算量較大，有些題目需要使用解題技巧才能完成，因此，學(xué)生通常在力學(xué)課程的學(xué)習(xí)中花費(fèi)較多時(shí)間。國(guó)外教授講課過(guò)程中選用的例題和習(xí)題比較簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，解題過(guò)程程序化，不強(qiáng)調(diào)特殊性和技巧性，強(qiáng)調(diào)對(duì)一般問(wèn)題編程求解或使用計(jì)算機(jī)軟件完成數(shù)學(xué)運(yùn)算。
3.實(shí)踐教學(xué)法在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。國(guó)外教授在講授基礎(chǔ)力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析課程時(shí)，均設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。例如在研究材料力學(xué)性能時(shí)，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽采用的材料，讓學(xué)生測(cè)試?yán)K子和紙條的抗拉強(qiáng)度和剛度，指導(dǎo)學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中正確使用材料。講到受壓和受彎構(gòu)件時(shí)，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)柱和梁通過(guò)實(shí)際加載讓學(xué)生體會(huì)梁的合理設(shè)計(jì)方法，加深對(duì)立柱穩(wěn)定性的理解。國(guó)內(nèi)力學(xué)課程授課過(guò)程中，除了傳統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)外，通常不設(shè)置其他實(shí)踐環(huán)節(jié)。普遍反映的問(wèn)題是目前課程學(xué)時(shí)太少，需要講授的課程內(nèi)容太多，沒(méi)有足夠課時(shí)開(kāi)展此類活動(dòng)。
四、不同教學(xué)理念和模式帶來(lái)的啟示
表面上看，國(guó)內(nèi)教授與國(guó)外教授在同一門課程中對(duì)理論知識(shí)的講解方法，例題的選用，解題工具的使用，以及授課模式都存在一定差異。然而，產(chǎn)生這種差異的根源實(shí)際上可以歸結(jié)為一點(diǎn)：即人才培養(yǎng)目標(biāo)的不同。
國(guó)內(nèi)在人才培養(yǎng)方面，長(zhǎng)期致力于研究型人才的培養(yǎng)，授課教師通常希望學(xué)生能夠深入、熟練地掌握本門課程的主要內(nèi)容，能夠牢記各種定理和公式，并能夠熟練運(yùn)用力學(xué)知識(shí)求解各種類型題，包括難題、技巧性較強(qiáng)的題。而能夠達(dá)到這種要求的學(xué)生通常不足30%，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為力學(xué)課程太難，內(nèi)容太多。國(guó)外教授授課意圖很明顯，不做難題、技巧性強(qiáng)的題，強(qiáng)調(diào)采用常規(guī)算法建立通用表達(dá)形式，由于簡(jiǎn)化了授課內(nèi)容，節(jié)省了大量做題時(shí)間，使得授課氛圍寬松，有時(shí)間穿插介紹各種工程軟件在力學(xué)分析中的應(yīng)用，并可以在授課過(guò)程中增加實(shí)踐及討論環(huán)節(jié)。由于對(duì)學(xué)生解題難度要求降低，故大多數(shù)學(xué)生反映課程不難，及格率也相對(duì)較高。這種教學(xué)方法更有利于大多數(shù)學(xué)生的工程技術(shù)能力訓(xùn)練，適于工程技術(shù)人才的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)的是多方面綜合能力的培養(yǎng)。
我國(guó)高等教育目前正處于轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，研究型、應(yīng)用型和應(yīng)用技術(shù)型教育并存，培養(yǎng)高層次、卓越的工程技術(shù)人才，是當(dāng)前高等教育人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)之一。工程教育模式越來(lái)越受到廣泛關(guān)注，國(guó)外教授的不同授課模式給我們當(dāng)前的教育教學(xué)改革帶來(lái)了一定的啟示。
在與國(guó)外教授聯(lián)合為本科生講授力學(xué)課程過(guò)程中，通過(guò)研究國(guó)外教授的教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)比國(guó)內(nèi)外力學(xué)課程不同的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，在以工程教育人才培養(yǎng)為目標(biāo)的力學(xué)教學(xué)模式改革方面深受啟發(fā)。為培養(yǎng)高素質(zhì)的技術(shù)型人才，改革傳統(tǒng)力學(xué)課程教學(xué)方法提供有益參考。
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