以“回歸工程”為導向的機械類專業計算方法課程教學實踐

方明　江本赤　梁利東　鐘相強

摘要：針對《計算方法》課程教學特點，建立以工程問題為導向的教學項目案例庫，完成以項目驅動為導向的教學模式設計，構建以“回歸工程”為導向的課程考核評價體系，實現工程教育“回歸工程”的教學本質。

關鍵詞：回歸工程;計算方法;教學模式;課程評價

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）07-0097-02

隨著“新工科”教育的發展，工程教育已由學科導向轉向產業需求導向，學科交叉與融合成為工程教育改革發展的新態勢[1]。在新一輪科技革命和產業變革進程中，“回歸工程”將成為工程教育改革發展的新趨勢[2]。

《計算方法》課程是一門針對科學與工程計算過程中必不可少的環節-數值計算過程而設立，是數學原理與實際問題和計算機的有機結合，具有廣泛的實際應用價值，同時也是科學問題“回歸工程”的基礎工具，是機械類專業本科生的一門重要基礎課，是學生今后專業課學習、科學研究和工程設計的數學基礎[3]。

然而，在《計算方法》課程教學中，學生只將其作為一門純數學理論課來學，缺乏工程應用意識，課程的學習只是單純的以考試為目的，多為被動式學習，導致課程的學習過程枯燥以及學習興趣與動力丟失[4]。本文針對《計算方法》上述教學問題，結合課程團隊多年的教學經驗，從教學內容設計、教學模式改革以及課程考核評價等方面提出改革措施，實現“回歸工程”的教學本質。

1 以工程問題為導向的教學內容設計

目前，本科生《計算方法》的學習內容主要包括：非線性方程的求解、線性方程組的求解、插值與擬合、數值微積分和常微分方程的數值解法等。學習內容比較枯燥，學生對所學內容只是被動接受，導致對所學知識印象不深，容易遺忘，難以學以致用。因此，以學生之前專業課學習中的工程問題為導向，建立工程問題模型案例庫，以工程案例庫中項目為驅動，讓學生明白課程學習內容的實用性，激發學生的課程學習興趣，調動課程學習的積極性和主動性。

在數值微積分計算方法教學內容設計中，以實際問題為導向，例如：建筑上用的一種鋁制波紋瓦是用一種機器將一塊平整的鋁板壓制而成，如果要求波紋瓦長2m，每個波紋的高度（從中心線）為3cm，且每個波紋以近似18cm為一個周期，求制做一塊波紋瓦所需鋁板的長度L。

這個實際問題就是要求由函數[f（x）=sinx]給定的曲線，從x=0到x=2m間的弧長L。

針對上述實際問題，學生們的第一種求解方法就是運用高等數學中所學的弧長公式進行求解，所求的弧長可表示為：

上述積分為第二類橢圓積分，被積函數的原函數很復雜，導致難以求解。學生們在求解遇到挫折后，對數值積分求解算法的學習積極性將會受到激發，同時也將讓學生們明白，本部分內容的學習比之前的數學理論學習實用性更強，從而進一步調動大家的學習熱情。

2 以項目驅動為導向的教學模式設計

1） 傳統課堂教學模式的不足

傳統的課堂教學模式，學生和老師可有面對面進行直接交流，具有學生可以通過老師的表情、眼神、語氣等方式，來找到問題的解決方向。但課堂教學時間的限制，使得課程的教學僅僅局限在課程內容層面，難以抽出時間去解決課程內容的工程應用問題，從而導致學生對課程內容學習的理解，僅僅是為了順利通過考試。

2） 翻轉課堂教學模式的現狀

翻轉課堂教學模式的出現將可以克服傳統課堂教學模式的不足。當前，所謂的翻轉課堂是將傳統課堂的“先教后學”的教學模式變為“先學后教”的模式。然而，這種教學模式在實施過程中存在學生學習驅動力不足的現狀。為了克服翻轉課堂教學的不足，結合信息化教學方法的發展，面向“回歸工程”的教學目標，提出一種項目驅動為導向翻轉課堂教學的新模式。

3） 項目驅動翻轉課堂教學模式的設計

項目驅動為導向的翻轉課堂教學模式是以項目完成情況作為學生本部分知識點掌握情況的評價指標，具體操作過程為：

（1）授課教師發布學習內容相關的項目案例以及學習資料;

（2）學生通過老師提供的資料自行完成課程相應知識點的學習;

（3）老師提供課外互動交流的平臺和方式，及時解決學生自學存在的問題;

（4）課堂教學主要是學生自學成果和方法分享交流，以便了解學生對所學知識點的掌握情況;

（5）最后課堂點評和評價學生工程項目完成情況。

這一教學模式的改進可以一定程度的緩解學生課堂學習時間緊的壓力，也可以提高學生的自學能力。最后課堂點評和評價環節可以讓學生進一步了解工程項目的解決路徑，提升學生的工程化應用能力。

3 以“回歸工程”為導向的課程考核評價方法

3.1 基于項目完成情況評價方法的過程考核體系的建立

以課程章節內容為基礎，完成項目案例庫的建設，并以章節內容中重要知識點為評價關鍵點，建立項目完成度評價體系，具體單個評價關鍵點評價標準如表1所示。

項目完成度評價內容包括關鍵點目標完成度評價和項目關鍵點完成情況分析，具體計算方法如下。

其中，項目關鍵點得分80為完成基本分，60-79分段則關鍵點完成度小于1，少于60分則關鍵點未完成，多于80分則關鍵點完成度大于1。

3.2 以學生為中心的課程考核體系的建立

為了扭轉學生對課程的學習只是為了取得期末考試高分的學習現狀，加大過程考核權重，建立以課程過程考核為主，期末考核為輔的課程評價體系。期末考核內容以工程應用內容為主，融入工程應用的思考與見解，以便提升學生終身學習的意識。具體課程考核評價標準如表2所示。

4 結束語

結合新工科教育發展趨勢，思考將“回歸工程”的教育理念融入《計算方法》課程教學中來，改變傳統課程教育枯燥、學習驅動力不足、評價過程不完善的教學現狀。以工程問題為導向的教學內容設計，讓學生明白課程學習內容的實用性，激發學生的課程學習興趣，調動課程學習的積極性和主動性;以項目驅動為導向的教學模式設計，可以一定程度的緩解學生課堂學習時間緊的壓力，也可以提高學生的自學能力;以“回歸工程”為導向的課程考核評價方法，提升過程考核的權重，讓學生平時學習動力更足，進一步激發學生的學習積極性。

參考文獻：

[1] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 陸國棟，李拓宇.新工科建設與發展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[3] 劉華鎣.計算方法及程序實現[M].北京：科學出版社，2015.

[4] 王金柱.《計算方法》課程教學改革的探索與實踐[J].陜西教育學院學報，2011，27（1）：81-83.

【通聯編輯：李雅琪】