面向應(yīng)用型本科的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)方法探索

潘耀芳　吳懋亮　王化更

摘 要 以工科專業(yè)基礎(chǔ)課——材料力學(xué)作為一個(gè)實(shí)例，分析應(yīng)用型本科的教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段和效果評(píng)價(jià)，以適應(yīng)現(xiàn)代大學(xué)應(yīng)用型教學(xué)的要求。探索教學(xué)內(nèi)容的合理分配、多媒體課件及分析軟件的運(yùn)用、參與式教學(xué)方法以及合理的考核方法，避免學(xué)生重理論輕實(shí)踐的弊端，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型本科 專業(yè)基礎(chǔ)課程 教學(xué)體系

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.04.060

Abstract The paper analyzes teaching systems， teaching methods， teaching means and effective evaluation with an specialty example course materials mechanics to adapt to modern application undergraduate education. The paper explores reasonable distribution of teaching contents， application of multimedia and analysis software， participation teaching method and examination types to avoid students pay more attention on theoretical knowledge and less attention on application， and enhance knowledge apprehension through example analysis.

Key words Application Undergraduate； basis specialty course； teaching system

隨著高等教育的普及化和大眾化，高等院校辦學(xué)功能呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)。應(yīng)用型本科教學(xué)注重應(yīng)用性人才培養(yǎng)，將應(yīng)用性人才培養(yǎng)的理論研究和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，通過調(diào)整學(xué)科專業(yè)的培養(yǎng)方案和培養(yǎng)模式，探究高校應(yīng)用性人才培養(yǎng)的可行性道路，應(yīng)用型人才培養(yǎng)是眾多地方高校結(jié)合自身的條件和定位，深入思考和探索的一個(gè)新課題。①

本文以應(yīng)用型本科教學(xué)為目標(biāo)，以工科類專業(yè)中最基礎(chǔ)的專業(yè)基礎(chǔ)課——材料力學(xué)為研究對(duì)象，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程理念和創(chuàng)想思維進(jìn)行探索，結(jié)合材料力學(xué)課程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中將基本理論和工程實(shí)踐相結(jié)合，突破應(yīng)試教育的慣性思維，在課程教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段和學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)等方面，開展探索性地研究和實(shí)踐，培養(yǎng)既掌握理論知識(shí)又具備實(shí)踐技能和綜合應(yīng)用等多方面能力的應(yīng)用型人才。

1 應(yīng)用型本科的課程教學(xué)體系要求

目前高等學(xué)校的教育模式大多以培養(yǎng)學(xué)術(shù)型、研究型人才為主，以系統(tǒng)性、完整性為特征的課程體系與以工作中解決實(shí)際問題的能力為主應(yīng)用型本科培養(yǎng)的課程教學(xué)要求存在一定的距離。②因此教學(xué)過程中，不僅需要設(shè)置具有一定順序和前后銜接的教學(xué)內(nèi)容，更要根據(jù)解決實(shí)際問題的需要，進(jìn)行知識(shí)的模塊化處理，相對(duì)獨(dú)立又有內(nèi)在聯(lián)系的安排教學(xué)過程。材料力學(xué)課程教學(xué)中，從知識(shí)體系上可以分為基本變形與組合變形，從研究對(duì)象可以分為桿件和具有一定形狀的構(gòu)件，因此教學(xué)過程針對(duì)工程實(shí)踐中的處理方法，首先進(jìn)行外力分析模塊的教學(xué)，通過分析確定構(gòu)件變形的類型，然后講解內(nèi)力部分，通過變形特點(diǎn)的分析，進(jìn)一步計(jì)算桿件橫截面間的內(nèi)力，最后講解應(yīng)力和變形的計(jì)算方法，根據(jù)截面的應(yīng)力類型，選擇強(qiáng)度條件，計(jì)算正應(yīng)力、切應(yīng)力以及危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力等。針對(duì)與工程實(shí)際聯(lián)系更為緊密的壓桿穩(wěn)定、動(dòng)載荷、超靜定等問題，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例和材料力學(xué)的基本理論作為專題講解，使學(xué)生了解此類實(shí)際問題的計(jì)算和解決辦法。

因此，在材料力學(xué)這類專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)過程中，教師結(jié)合應(yīng)用型本科的教學(xué)要求，建立模塊化教學(xué)理念，從一條主線（外力-內(nèi)力-應(yīng)力與變形）出發(fā)，將各模塊的知識(shí)有機(jī)連接，幫助學(xué)生不僅掌握理論知識(shí)，而且通過專題學(xué)習(xí)了解工程應(yīng)用，這樣，有助于使學(xué)生加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程理論知識(shí)的理解，達(dá)到對(duì)基本知識(shí)舉一反三、靈活運(yùn)用的目的。

2 多媒體課件和分析軟件在應(yīng)用型教學(xué)中的應(yīng)用

鑒于應(yīng)用型本科教學(xué)的課程特點(diǎn)和教學(xué)要求，實(shí)現(xiàn)教學(xué)形式的多樣化，以直觀、形象的方式表達(dá)抽象的概念和變換過程，通過增強(qiáng)教學(xué)的交互性，來吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。③多媒體技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的缺點(diǎn)，提高教學(xué)效果。專業(yè)基礎(chǔ)課程課件應(yīng)用CAD繪圖或工程圖片等方式設(shè)計(jì)出與教學(xué)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的圖片，在課程學(xué)習(xí)過程中，通過動(dòng)畫變化形象地表現(xiàn)抽象概念，如材料力學(xué)中的構(gòu)件形形式，首先CAD軟件構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，然后利用3DMAX、flash等場(chǎng)景渲染和動(dòng)畫處理軟件設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)變形的三維場(chǎng)景，從而直觀形象地展示了結(jié)構(gòu)的變形過程，既加深學(xué)生的理解，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

另外，許多有限元分析軟件（如ANSYS）在工程實(shí)踐中應(yīng)用越來越廣，對(duì)解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算問題提供了有效的解決工具。在材料力學(xué)等課程的教學(xué)過程中引入力學(xué)計(jì)算工具，將ANSYS數(shù)值計(jì)算過程和結(jié)果與理論計(jì)算相對(duì)比，使教學(xué)中的概念更具體化和形象化。④如彎曲正應(yīng)力不易理解，可以用有限元方法可做出應(yīng)力云圖，利用有限元分析結(jié)果展示矩形截面梁的純彎曲變形，云圖可以清晰顯示截面的應(yīng)力狀態(tài)。同時(shí)對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，對(duì)比有限元軟件分析結(jié)果和力學(xué)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，使學(xué)生了解基本力學(xué)方法的計(jì)算能力和使用范圍，使學(xué)生了解近似計(jì)算的局限性。

3 參與式教學(xué)方法的應(yīng)用探索

本科教學(xué)中，參與式教學(xué)法是以學(xué)生為中心，教學(xué)過程中設(shè)定明確的教學(xué)目標(biāo)，在民主、寬容的課堂環(huán)境中采用合作式或協(xié)作式的方法進(jìn)行教學(xué)，這樣使得學(xué)生可以積極主動(dòng)地、具有創(chuàng)造性地介入教學(xué)活動(dòng)，加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的信息交流和反饋，使教師可以因材施教，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)方式，同時(shí)可以使學(xué)生在溝通和交流過程中，領(lǐng)會(huì)和掌握所學(xué)的知識(shí)，并在討論中將理論和實(shí)踐結(jié)合起來。⑤為了使學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中，一方面在課堂教學(xué)上，通過具體實(shí)例使學(xué)生深入了解知識(shí)的應(yīng)用，另一方面，通過讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。參與式教學(xué)強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，團(tuán)隊(duì)成員之間既有分工，又要相互合作、互相監(jiān)督，因此課堂上學(xué)生可以在輕松的氣氛中學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。⑥

參與式教學(xué)法的載體為研究項(xiàng)目，學(xué)生以學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)為基本單位，相互分工合作，每個(gè)同學(xué)以不同的角度參與項(xiàng)目研討。根據(jù)材料力學(xué)課程的特點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)使學(xué)生利用材料力學(xué)基礎(chǔ)理論解決實(shí)際設(shè)計(jì)中的問題，如對(duì)設(shè)計(jì)的減速器中的關(guān)鍵部分進(jìn)行簡(jiǎn)化，分解為一個(gè)個(gè)單獨(dú)的力學(xué)問題。⑦其中軸的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行彎扭合成的強(qiáng)度計(jì)算，鍵的設(shè)計(jì)可以近似為剪切變形問題，螺栓的選擇可以簡(jiǎn)化為拉伸與壓縮變形問題等，通過不同零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，加深學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐和材料力學(xué)問題之間聯(lián)系的理解，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。計(jì)算完成后，需要進(jìn)一步進(jìn)行討論和點(diǎn)評(píng)。課堂討論和設(shè)計(jì)質(zhì)疑是參與式教學(xué)的重要形式，質(zhì)疑過程使學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和反思理論知識(shí)，從不同的角度理解和分析基礎(chǔ)理論問題。通過討論可以梳理設(shè)計(jì)過程和理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，同時(shí)自由討論和質(zhì)疑要求學(xué)生全面和深刻地理解課堂理論和設(shè)計(jì)的全部過程，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了督促作用。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，采用開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)之前，通知學(xué)生實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容，并通過參觀實(shí)驗(yàn)設(shè)備讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，然后讓學(xué)生根據(jù)對(duì)課本內(nèi)容的理解，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。如進(jìn)行材料的拉伸試驗(yàn)，可以為學(xué)生提供不同材料的樣件，讓學(xué)生獨(dú)立包括進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析等，在這一過程中，不僅能夠使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的過程，而且能夠了解儀器的操作規(guī)范，并通過不同組之間的數(shù)據(jù)對(duì)比，了解材料、尺寸等因素對(duì)零件拉伸變形的影響。

4 合理的作業(yè)和考核

材料力學(xué)理論多，適量的作業(yè)和點(diǎn)評(píng)是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)水平和改正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的必要手段。由于材料力學(xué)是一門比較成熟的理論課，多數(shù)作業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得答案，作業(yè)的抄襲現(xiàn)象比較嚴(yán)重，學(xué)生不能獨(dú)立、按時(shí)完成作業(yè)現(xiàn)象比較普遍。因此在材料力學(xué)的作業(yè)布置方面，一是體現(xiàn)作業(yè)內(nèi)容和數(shù)量多樣化，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的掌握程度安排一些思考題和討論題，這樣，既能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，同時(shí)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和要求，確定不同的作業(yè)難度和作業(yè)數(shù)量，多層次化作業(yè)要求既可以讓基礎(chǔ)較差的學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)，逐步掌握材料力學(xué)的基本知識(shí)，也可以進(jìn)一步激發(fā)水平較好學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。⑧

目前常用的“平時(shí)成績(jī)+期末考試”的考核形式，重視理論知識(shí)的記憶、輕視實(shí)踐能力的考核，這種考核形式忽視學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)，無法適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。⑨材料力學(xué)的考核盡量減少記憶性內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的分析、理解、判斷、表達(dá)等的考核；同時(shí)將課堂評(píng)價(jià)與考試相結(jié)合，注重對(duì)學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督與引導(dǎo)，改革現(xiàn)有課程考試的做法，學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的考核可以采用作業(yè)、課堂提問、出勤、實(shí)驗(yàn)等方式，通過運(yùn)用多種考評(píng)方式可以較全面地了解被考評(píng)者應(yīng)具備的知識(shí)、技能、素質(zhì)，能更好地發(fā)揮考試的作用。

5 結(jié)語

材料力學(xué)作為工科專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，根據(jù)課程特點(diǎn)和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，設(shè)計(jì)材料力學(xué)的教學(xué)方法，具有重要的意義。

在教學(xué)體系上由基礎(chǔ)的桿類零件的拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)變形出發(fā)，逐漸建立強(qiáng)度理論的應(yīng)用和復(fù)雜情況下材料力學(xué)的分析方法等基本理論。多媒體課件作為一種有效的教學(xué)輔助手段，通過文字、圖片、動(dòng)畫多種元素的綜合應(yīng)用，避免了枯燥的理論講解。教學(xué)過程中適當(dāng)介紹Ansys等軟件在力學(xué)分析方面的應(yīng)用，不僅使得教學(xué)概念更具體化和形象化，而且可以拓展學(xué)生的眼界。參與式教學(xué)方式促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，合理的作業(yè)和考核方法有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性的提高，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

注釋

① 管天球.地方高校本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J].中國(guó)高等教育，2008（15/16）：69-70

② 汪祿應(yīng).應(yīng)用型本科教育人才培養(yǎng)目標(biāo)與課程體系建設(shè)[J].大學(xué)教育科學(xué).2005（2）：42-44.

③ 徐春.多媒體在工程應(yīng)用型教學(xué)中的利弊透視[J].黑龍江高教研究，2007（5）：152-153.

④ 葉勇.談ANSYS與《材料力學(xué)》課程教學(xué)的有機(jī)結(jié)合[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005.15（20）：216-218.

⑤ 婁祖安.參與式教學(xué)法的涵義及特征[J].科技信息，2009（25）：405，423.

⑥ 姬紅旭.應(yīng)用型本科基于學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目參與式教學(xué)研究[J].職業(yè)技術(shù)，2014（10）：76.

⑦⑧林朝斌.項(xiàng)目教學(xué)法在材料力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2014（2）：75-76.

⑨ 李念良，李望國(guó).基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的高校課程考核改革探究[J].科教導(dǎo)刊，2013（25）：14-15.