以“回歸工程”為導(dǎo)向的機(jī)械類專業(yè)計(jì)算方法課程教學(xué)實(shí)踐

方明　江本赤　梁利東　鐘相強(qiáng)

摘要：針對(duì)《計(jì)算方法》課程教學(xué)特點(diǎn)，建立以工程問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)項(xiàng)目案例庫(kù)，完成以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式設(shè)計(jì)，構(gòu)建以“回歸工程”為導(dǎo)向的課程考核評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)工程教育“回歸工程”的教學(xué)本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：回歸工程;計(jì)算方法;教學(xué)模式;課程評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）07-0097-02

隨著“新工科”教育的發(fā)展，工程教育已由學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，學(xué)科交叉與融合成為工程教育改革發(fā)展的新態(tài)勢(shì)[1]。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革進(jìn)程中，“回歸工程”將成為工程教育改革發(fā)展的新趨勢(shì)[2]。

《計(jì)算方法》課程是一門(mén)針對(duì)科學(xué)與工程計(jì)算過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)-數(shù)值計(jì)算過(guò)程而設(shè)立，是數(shù)學(xué)原理與實(shí)際問(wèn)題和計(jì)算機(jī)的有機(jī)結(jié)合，具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也是科學(xué)問(wèn)題“回歸工程”的基礎(chǔ)工具，是機(jī)械類專業(yè)本科生的一門(mén)重要基礎(chǔ)課，是學(xué)生今后專業(yè)課學(xué)習(xí)、科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[3]。

然而，在《計(jì)算方法》課程教學(xué)中，學(xué)生只將其作為一門(mén)純數(shù)學(xué)理論課來(lái)學(xué)，缺乏工程應(yīng)用意識(shí)，課程的學(xué)習(xí)只是單純的以考試為目的，多為被動(dòng)式學(xué)習(xí)，導(dǎo)致課程的學(xué)習(xí)過(guò)程枯燥以及學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力丟失[4]。本文針對(duì)《計(jì)算方法》上述教學(xué)問(wèn)題，結(jié)合課程團(tuán)隊(duì)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)模式改革以及課程考核評(píng)價(jià)等方面提出改革措施，實(shí)現(xiàn)“回歸工程”的教學(xué)本質(zhì)。

1 以工程問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

目前，本科生《計(jì)算方法》的學(xué)習(xí)內(nèi)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(shù)值微積分和常微分方程的數(shù)值解法等。學(xué)習(xí)內(nèi)容比較枯燥，學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容只是被動(dòng)接受，導(dǎo)致對(duì)所學(xué)知識(shí)印象不深，容易遺忘，難以學(xué)以致用。因此，以學(xué)生之前專業(yè)課學(xué)習(xí)中的工程問(wèn)題為導(dǎo)向，建立工程問(wèn)題模型案例庫(kù)，以工程案例庫(kù)中項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生明白課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)課程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

在數(shù)值微積分計(jì)算方法教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中，以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，例如：建筑上用的一種鋁制波紋瓦是用一種機(jī)器將一塊平整的鋁板壓制而成，如果要求波紋瓦長(zhǎng)2m，每個(gè)波紋的高度（從中心線）為3cm，且每個(gè)波紋以近似18cm為一個(gè)周期，求制做一塊波紋瓦所需鋁板的長(zhǎng)度L。

這個(gè)實(shí)際問(wèn)題就是要求由函數(shù)[f（x）=sinx]給定的曲線，從x=0到x=2m間的弧長(zhǎng)L。

針對(duì)上述實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生們的第一種求解方法就是運(yùn)用高等數(shù)學(xué)中所學(xué)的弧長(zhǎng)公式進(jìn)行求解，所求的弧長(zhǎng)可表示為：

上述積分為第二類橢圓積分，被積函數(shù)的原函數(shù)很復(fù)雜，導(dǎo)致難以求解。學(xué)生們?cè)谇蠼庥龅酱煺酆?，?duì)數(shù)值積分求解算法的學(xué)習(xí)積極性將會(huì)受到激發(fā)，同時(shí)也將讓學(xué)生們明白，本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)比之前的數(shù)學(xué)理論學(xué)習(xí)實(shí)用性更強(qiáng)，從而進(jìn)一步調(diào)動(dòng)大家的學(xué)習(xí)熱情。

2 以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式設(shè)計(jì)

1） 傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的不足

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，學(xué)生和老師可有面對(duì)面進(jìn)行直接交流，具有學(xué)生可以通過(guò)老師的表情、眼神、語(yǔ)氣等方式，來(lái)找到問(wèn)題的解決方向。但課堂教學(xué)時(shí)間的限制，使得課程的教學(xué)僅僅局限在課程內(nèi)容層面，難以抽出時(shí)間去解決課程內(nèi)容的工程應(yīng)用問(wèn)題，從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的理解，僅僅是為了順利通過(guò)考試。

2） 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的現(xiàn)狀

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的出現(xiàn)將可以克服傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的不足。當(dāng)前，所謂的翻轉(zhuǎn)課堂是將傳統(tǒng)課堂的“先教后學(xué)”的教學(xué)模式變?yōu)椤跋葘W(xué)后教”的模式。然而，這種教學(xué)模式在實(shí)施過(guò)程中存在學(xué)生學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力不足的現(xiàn)狀。為了克服翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的不足，結(jié)合信息化教學(xué)方法的發(fā)展，面向“回歸工程”的教學(xué)目標(biāo)，提出一種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的新模式。

3） 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是以項(xiàng)目完成情況作為學(xué)生本部分知識(shí)點(diǎn)掌握情況的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體操作過(guò)程為：

（1）授課教師發(fā)布學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的項(xiàng)目案例以及學(xué)習(xí)資料;

（2）學(xué)生通過(guò)老師提供的資料自行完成課程相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí);

（3）老師提供課外互動(dòng)交流的平臺(tái)和方式，及時(shí)解決學(xué)生自學(xué)存在的問(wèn)題;

（4）課堂教學(xué)主要是學(xué)生自學(xué)成果和方法分享交流，以便了解學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況;

（5）最后課堂點(diǎn)評(píng)和評(píng)價(jià)學(xué)生工程項(xiàng)目完成情況。

這一教學(xué)模式的改進(jìn)可以一定程度的緩解學(xué)生課堂學(xué)習(xí)時(shí)間緊的壓力，也可以提高學(xué)生的自學(xué)能力。最后課堂點(diǎn)評(píng)和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生進(jìn)一步了解工程項(xiàng)目的解決路徑，提升學(xué)生的工程化應(yīng)用能力。

3 以“回歸工程”為導(dǎo)向的課程考核評(píng)價(jià)方法

3.1 基于項(xiàng)目完成情況評(píng)價(jià)方法的過(guò)程考核體系的建立

以課程章節(jié)內(nèi)容為基礎(chǔ)，完成項(xiàng)目案例庫(kù)的建設(shè)，并以章節(jié)內(nèi)容中重要知識(shí)點(diǎn)為評(píng)價(jià)關(guān)鍵點(diǎn)，建立項(xiàng)目完成度評(píng)價(jià)體系，具體單個(gè)評(píng)價(jià)關(guān)鍵點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

項(xiàng)目完成度評(píng)價(jià)內(nèi)容包括關(guān)鍵點(diǎn)目標(biāo)完成度評(píng)價(jià)和項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)完成情況分析，具體計(jì)算方法如下。

其中，項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)得分80為完成基本分，60-79分段則關(guān)鍵點(diǎn)完成度小于1，少于60分則關(guān)鍵點(diǎn)未完成，多于80分則關(guān)鍵點(diǎn)完成度大于1。

3.2 以學(xué)生為中心的課程考核體系的建立

為了扭轉(zhuǎn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)只是為了取得期末考試高分的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，加大過(guò)程考核權(quán)重，建立以課程過(guò)程考核為主，期末考核為輔的課程評(píng)價(jià)體系。期末考核內(nèi)容以工程應(yīng)用內(nèi)容為主，融入工程應(yīng)用的思考與見(jiàn)解，以便提升學(xué)生終身學(xué)習(xí)的意識(shí)。具體課程考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合新工科教育發(fā)展趨勢(shì)，思考將“回歸工程”的教育理念融入《計(jì)算方法》課程教學(xué)中來(lái)，改變傳統(tǒng)課程教育枯燥、學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力不足、評(píng)價(jià)過(guò)程不完善的教學(xué)現(xiàn)狀。以工程問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，讓學(xué)生明白課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)課程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性;以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式設(shè)計(jì)，可以一定程度的緩解學(xué)生課堂學(xué)習(xí)時(shí)間緊的壓力，也可以提高學(xué)生的自學(xué)能力;以“回歸工程”為導(dǎo)向的課程考核評(píng)價(jià)方法，提升過(guò)程考核的權(quán)重，讓學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)動(dòng)力更足，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】