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)作為一個實例，分析應(yīng)用型本科的教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段和效果評價，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)生重理論輕實踐的弊端，增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解。

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：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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。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)為研究對象，對培養(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，在教學(xué)過程中將基本理論和工程實踐相結(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)效果評價指標(biāo)等方面，開展探索性地研究和實踐，培養(yǎng)既掌握理論知識又具備實踐技能和綜合應(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)解決實際問題的需要，進(jìn)行知識的模塊化處理，相對獨立又有內(nèi)在聯(lián)系的安排教學(xué)過程。材料力學(xué)課程教學(xué)中，從知識體系上可以分為基本變形與組合變形，從研究對象可以分為桿件和具有一定形狀的構(gòu)件，因此教學(xué)過程針對工程實踐中的處理方法，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，通過變形特點的分析，進(jìn)一步計算桿件橫截面間的內(nèi)力，最后講解應(yīng)力和變形的計算方法，根據(jù)截面的應(yīng)力類型，選擇強(qiáng)度條件，計算正應(yīng)力、切應(yīng)力以及危險點的主應(yīng)力等。針對與工程實際聯(lián)系更為緊密的壓桿穩(wěn)定、動載荷、超靜定等問題，結(jié)合實際工程實例和材料力學(xué)的基本理論作為專題講解，使學(xué)生了解此類實際問題的計算和解決辦法。

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)，將各模塊的知識有機(jī)連接，幫助學(xué)生不僅掌握理論知識，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)生加深對專業(yè)基礎(chǔ)課程理論知識的理解，達(dá)到對基本知識舉一反三、靈活運用的目的。

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)的課程特點和教學(xué)要求，實現(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，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)計出與教學(xué)內(nèi)容相對應(yīng)的圖片，在課程學(xué)習(xí)過程中，通過動畫變化形象地表現(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等場景渲染和動畫處理軟件設(shè)計出結(jié)構(gòu)變形的三維場景，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）在工程實踐中應(yīng)用越來越廣，對解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)計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)計算工具，將ANSYS數(shù)值計算過程和結(jié)果與理論計算相對比，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)。同時對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，對比有限元軟件分析結(jié)果和力學(xué)數(shù)值計算結(jié)果，使學(xué)生了解基本力學(xué)方法的計算能力和使用范圍，使學(xué)生了解近似計算的局限性。

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)生可以積極主動地、具有創(chuàng)造性地介入教學(xué)活動，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)情況實時調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)方式，同時可以使學(xué)生在溝通和交流過程中，領(lǐng)會和掌握所學(xué)的知識，并在討論中將理論和實踐結(jié)合起來。⑤為了使學(xué)生參與到教學(xué)活動中，一方面在課堂教學(xué)上，通過具體實例使學(xué)生深入了解知識的應(yīng)用，另一方面，通過讓學(xué)生自主設(shè)計實驗的方法，提高學(xué)生的實踐能力。參與式教學(xué)強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作，團(tuán)隊成員之間既有分工，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。⑥

參與式教學(xué)法的載體為研究項目，學(xué)生以學(xué)習(xí)團(tuán)隊為基本單位，相互分工合作，每個同學(xué)以不同的角度參與項目研討。根據(jù)材料力學(xué)課程的特點，構(gòu)建一個使學(xué)生利用材料力學(xué)基礎(chǔ)理論解決實際設(shè)計中的問題，如對設(shè)計的減速器中的關(guān)鍵部分進(jìn)行簡化，分解為一個個單獨的力學(xué)問題。⑦其中軸的設(shè)計可以進(jìn)行彎扭合成的強(qiáng)度計算，鍵的設(shè)計可以近似為剪切變形問題，螺栓的選擇可以簡化為拉伸與壓縮變形問題等，通過不同零部件的設(shè)計計算，加深學(xué)生對工程實踐和材料力學(xué)問題之間聯(lián)系的理解，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。計算完成后，需要進(jìn)一步進(jìn)行討論和點評。課堂討論和設(shè)計質(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)行獨立思考和反思理論知識，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)計過程和理論在實踐中的應(yīng)用，同時自由討論和質(zhì)疑要求學(xué)生全面和深刻地理解課堂理論和設(shè)計的全部過程，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了督促作用。

在實驗教學(xué)過程中，采用開放式的實驗教學(xué)模式，實驗之前，通知學(xué)生實驗的目的和內(nèi)容，并通過參觀實驗設(shè)備讓學(xué)生了解實驗室現(xiàn)有的條件，然后讓學(xué)生根據(jù)對課本內(nèi)容的理解，分組進(jìn)行實驗設(shè)計。如進(jìn)行材料的拉伸試驗，可以為學(xué)生提供不同材料的樣件，讓學(xué)生獨立包括進(jìn)行實驗儀器的選擇、實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析等，在這一過程中，不僅能夠使學(xué)生了解實驗的過程，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)對比，了解材料、尺寸等因素對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)和點評是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)水平和改正學(xué)生的錯誤認(rèn)識的必要手段。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)生不能獨立、按時完成作業(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)積極性和主動性，同時根據(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)生獨立完成作業(yè)，逐步掌握材料力學(xué)的基本知識，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“平時成績+期末考試”的考核形式，重視理論知識的記憶、輕視實踐能力的考核，這種考核形式忽視學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力的培養(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)對學(xué)生的分析、理解、判斷、表達(dá)等的考核；同時將課堂評價與考試相結(jié)合，注重對學(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)生平時學(xué)習(xí)的考核可以采用作業(yè)、課堂提問、出勤、實驗等方式，通過運用多種考評方式可以較全面地了解被考評者應(yīng)具備的知識、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)課程特點和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，設(shè)計材料力學(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)生對知識的理解和應(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)模式研究與實踐[J].中國高等教育，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)隊的項目參與式教學(xué)研究[J].職業(yè)技術(shù)，2014（10）：76.

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

⑨ 李念良，李望國.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.