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新工科背景下力学课程体系教学改革探索

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  摘要:为主动应对世界范围内新一轮科技革命和产业变革,我国抓住机遇,寻找战略,推动工程教育改革创新,达成“新工科”建设,对于高校来说,新工科就是对传统高校工科专业的升级改造。在新工科背景下,以水利水电工程专业为例,对专业核心课力学课程体系进行教学改革探索。从学生和教师两个主体入手,融入新理念,寻找新模式,优化力学课程体系,提升教师的力学功底,保证学生拥有扎实的力学知识,培养出符合“新工科”要求的人才。
  关键词:新工科 力学课程体系 教学改革
  中图分类号:G642  文献标识码:A  文章编号:1009-5349(2020)07-0226-02
  当今世界范围内,以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济呼唤“新工科”建设[1]。“新工科”建设是我国为应对挑战、适应改革提出的重要战略举措,对工程教育和人才的专业性、创新性、综合性等提出了新的要求,注重理论到实践的转化,通过教育和人才,提升国际竞争力。地方性院校应该对传统工科专业进行新的改造,通过教与学的改革,培养应用型和技术技能型人才。
  水利水电工程专业是传统的工科专业,而力学课程体系是它的专业核心课。以铜仁学院为例,该专业开设了理论力学、水力学、土力学、材料力学、结构力学五门力学课程,各力学课程之间相互联系,是学生学好后续专业课的基础,如何使这些力学课程之间配合好,形成完整的知识体系,使学生能够在学好的基础上灵活运用,培养学生的工程思维等,这些都是我们需要围绕“新工科”的任务和要求进行探索的。
  一、学与教两个主体的感受
  1.学生方面
  通过对学生的调查了解,大部分学生对力学课程有畏惧感,没接触之前听名称就觉得难度大,而且也从学长学姐处打探到挂科率高;在接触课程后,发现力学课程和数学有一定联系,如微积分、极限等数学基本知识,很多学生对高数的基础掌握不好,导致对力学课程的畏惧感又加深了一点;在学习的过程中,学生认为课程内容较多,理论推导很难听不懂,结论不会灵活运用;上课比较枯燥,提不起兴趣。
  2.教师方面
  力学课程的内容丰富,知识点特别多,而每门课的课时有限,如何在有限的课时中给学生有效地讲授知识点有一定难度;各力学课程之间知识点互相联系,与高中阶段的力学知识也有一定联系,但部分相同知识点的表述或表达又有区别,学生会有一种似曾相识但又没有掌握的感觉;课程内容有难度、抽象,而且比较枯燥,要求一定的数学和物理基础,经常是教师在讲台上讲的天花乱坠,学生在下面听得一头雾水;作业完成效果不好,教师讲过的相似题型可能会做,但是题型稍微变化,就不会做了,不能灵活运用。
  二、教学改革措施
  1.提升专业教师的力学功底
  在铜仁学院,水利水电工程专业开设了五门力学课程,每门力学课程的任课教师各不相同,而课程之间是有相同或相似知识点的,如受力分析,土力学对土体,水力学对水体,材料力学对固体等;土力学和水力学中都有水的渗透,达西定律的应用;理论力学、材料力学和结构力学都涉及力系平衡、弯矩平衡等知识……
  因此,各位教师要提高自身的力学功底,在精通自己教授课程的同时,要对其他力学课程也做到熟悉,在脑海中构成一个力学课程知识体系。教师可以集体探讨或备课,理清每门课的知识点和重难点,理清力学课程之间的脉络关系[2]。如果某个知识点在一门力学课程中已经讲授过,那么当它出现在其他力学课程中,是该再次重点强调还是简化讲解?如何构建本门力学课程与其他力学课程的联系?这些问题都是教师需要着重把握的。因此,强大的力学功底是教师上好力学课程必不可少的因素。
  2.重视学生工程素养的培养
  立德树人是教育的根本任务和中心环节[3],作为教师,不仅要传授课程知识,还需要把社会主义核心价值观体现到教书育人全过程中,在课堂教学中,融入思政教育。在力学课程中,教师可以引入力学史上有突出贡献的科学家的故事[4],让学生学习他们严谨、持之以恒、勇于探索追求真理的精神。同时,要想成为一名卓越的工程师,必须具备良好的职业道德、正确的价值观,在工程规范的基础上,具有批判精神和全球化思维模式,以适应时代和未来发展的需要。
  3.以学生为主体,以学促教
  以学生为主体,从学生的知识水平和期望他们达到的学习结果出发,进行课程设计和课堂安排。传统的教学思想是教师教什么学生就学什么,然后课后布置作业,学生完成后教师再讲解等,这种方式可能会导致学生的学习兴趣不高、创新能力不强,不利于培养全面发展的工科人才。我们应及时转变教学观念,关注学生的学习结果,引导学生主动探索求知。
  在学生初接触课程的第一节课时,教师应多花点时间讲解绪论[5],让学生明确课程的目标和预期的学习结果,了解整门课程的知识体系,以及该课程与其他力学课程之间的相关性,使学生在课程开始之初就知道自己需要去回顾和补充的知识点,激起对这门课程的好奇心;教师可以提前布置问题和任务,让学生先自学,独立解决问题和完成任务,然后教师根据学生解决问题和完成任务的情况,合理地、有目的地安排新知识的课堂设计。这样学生就能根据自学情况,在课堂上有针对性地听课,学懂的知识得到巩固,不懂的部分着重听教师讲解,从而达到预期的学习结果。学生的创新能力、举一反三的能力、批判思维等都可以在这一过程中得到锻炼。
  4.采取多元化教学手段,增强学生实践能力
  传统的教学方式比较单一,不能满足当前学生的培養需求,应和其他手段相结合,才能培养出理论知识丰富,同时实践能力也强的实用型人才。教师可以充分发挥大数据和网络的优势,开展线上慕课+线下课堂教学。线上教师可以分享学习各大高校优秀的慕课资源、相关辅助学习资料,还可以通过网络监督学生课后是否查看学习;线下课堂上教师再进行知识的巩固和解疑,开展分组讨论,培养学生的团队协作、有效沟通能力。还可以引入翻转课堂,让学生展示分享自己所学,培养学生的表达能力。   力学知识比较抽象,学生理解起来有一定难度,如需要空间想象能力,涉及三个坐标的力系分析等,教师可以采取在PPT中加入动画,在课堂教学中带入实体模型、引入工程案例等方法,结合动画或动图,给学生一个直观的印象。如水力学中的底流、挑流、面流消能或虹吸管原理,可以直接把高年级学生学完课程后动手做的模型,展示给低年级学生,这样一来,高年级学生实现了从理论到实践的运用,其制作的模型成果帮助低年级学生理解抽象的知识。在课堂中引入工程案例,让学生运用所学知识分析、解决工程问题,可以使抽象的知识具体化。通过这些方式,学生可以牢记知识点,学会如何运用,培养了实践能力。
  5.改革考核方式,突出过程化考核
  传统的考核方式中期末考试成绩所占比例较大,很多学生于是认为,平时可以不学习,不参与课堂教学,在期末考试之前根据教师划的重点,认真学几天,就可以通过考核。但实际上力学课程如果没有平时的积累,临时抱佛脚是很难通过考核的,因此,应改革考核方式,减少期末考试所占的比例,提高平时成绩的比例,平时成绩比例可占到总成绩比例的50%甚至更多,突出过程化考核[6],让学生重视教学过程。可以增加随堂测试、每章小测、期中考试等环节,作为平时成绩的一部分;平时成绩还应体现在学生的考勤、作业、讨论、展示、实践能力等方面。平时成绩不像期末考试成绩这么简单,有直接分数,它的组成比较复杂,教师一定要做到有理有据、公平公正公开。
  三、结语
  在新工科建设的背景下,我们要用新理念、新要求培养工程人才。课程的改革只是其中的一小部分。我们要顺应国家新时代发展理念,通过提升教师的力学功底,培养学生的工程素养,采用多元化的教学手段和考核方式,重视学生的实践能力培养,从以“教师”为主转变到以“学生”为主,注重学生的需求和发展,对力学课程体系进行改革探索,努力提升课程的教学质量,为国家培养具有分析和解决问题能力、实践能力、创新能力、自主学习能力的全方面发展的人才。
  参考文献:
  [1]胡瑞年:刘璞.新时期高校“新工科”建设及发展路径研究[J].决策与信息,2019(1):111-122.
  [2]马宏伟.新工科背景下力学课程体系与教学反思[C]//中国力学学会固体力学专业委员会,国家自然科学基金委员会数理科学部.2018年全国固体力学学术会议摘要集(下).中国力学学会固体力学专业委员会,国家自然科学基金委员会数理科学部:中国力学学会,2018:377.
  [3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.
  [4]刘露,王延遐,许英姿.新工科模式下力学课程的教学改革[J].教育教学坛,2019(16):86-87.
  [5]刘铁军.“逆向教学法”在力学类基础课程教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(70):75-76.
  [6]田榮燕,严李强,刘宁波.新工科建设背景下“理论力学”教学普适性探索[J].实验技术与管理,2019,36(8):156-159.
  责任编辑:刘健
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