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夜上海论坛 1教学内容的改革
工程夜上海论坛力学课程是一门应用性较强的课程,是土木工程专业的核心基础课程之一,是连接高等数学、大学物理与结构力学、弹性力学、土力学、混凝土结构设计、钢结构设计、砌体结构设计等课程的桥梁,是土木工程专业学生教学由基础教育向工程实践教育的重要转折点,其在实践教学中的作用越来越明显,但是教学内容过分强调力学作为一门独立学科的系统性和完整性,而忽视力学作为应用学科的实用价值。工程力学的任务是学会如何对力学问题建模、如何将模糊的问题和想法用数学来描述,并培养提出、分析、设计以及解决科学和工程问题的能力[6]。为了能够更好的培养学生分析和解决实际问题的能力,拓宽学生运用力学的方法解决实际的工程问题,应从教学内容上加以优化。一是重视基本概念、原理和方法的更新,增加新的教学内容,如工程力学领域的新技术、新进展、新概念、新实验以及国内外土木工程等领域的实际问题。二是为了使学生对力学课程产生兴趣,在绪论课程中应引入经典力学的发展史。目前,在教材编写中,由于“少而精”的要求,绪论中更多的是介绍课程的研究内容、研究任务、研究方法以及研究目的,而弱化了力学发展史的介绍。从古代墨子“力,形之所以奋也”到牛顿力学《自然哲学原理》的编写,再到哈密顿《一个动力学普遍方程》的发表,经典力学的发展经历的漫长的时间,期间出现了很多促使力学发展的科学家,如牛顿、麦克斯韦、达朗伯、拉格朗日、哈密顿等等。这些历史及历史人物的介绍,可以达到唤醒、激励、鼓舞学生的目的。三是强调概念性和实践性内容的重要性,适当减少计算性内容。工程力学具有基础性和应用性的特点,在教学内容安排中,一方面弱化理论推导过程,另一方面应适量增加一些具有实践性或趣味性的教学素材;例题中,应突出对实际问题的力学模型建立过程的描述,在课后习题中引入基于力学分析的工程实践的综合运用实例,以调动学生的学习积极性和培养学生用力学方法分析问题和解决问题的能力。
夜上海论坛 2教学方法的改革
工程力学教学方法的改革,关键在于提高学生的学习兴趣。一方面可以通过制作精美的教学课件增加课堂的趣味性和直观性。现有的课件和通常意义上所说的板书并没有多大区别,只是将原来用在黑板上推导完成的公式,放到了多媒体课件中加以展示。这样的课件在教学过程中,达不到吸引学生的目的,自然无法引起学生的兴趣。考虑到在工程力学课程教学中会用到大量的力学简图和实验结论,如果可以将这些力学简图和试验项目(如在理论力学课程运动学篇中出现的连杆机构,材料力学课程中杆件的各种变形等等)用类似flas的直观方式表现出来,就可以丰富课件的内容,增加学生的兴趣。另一方面是引入课堂试验。力学课程中的基本原理都是建立在实验基础上,但目前力学的教学中,由于条件所限,工程力学课程中的实验部分主要集中在材料力学的一些验证试验中,如金属材料的拉伸压缩试验、梁的弯曲正应力试验、扭转试验等等。这些试验的开设,能在一定程度上提高学生的学习兴趣和动手能力,但要达到力学教学的目的,还有一定的距离。为了改变这一现状,可以借鉴一些国外大学经典力学的教学方法,在这些课程的教学中,教师在每堂课的教学中会会通过随堂实验的方式,验证本堂课所涉及到的相关内容和原理,尽管这些实验的结果大家都是非常熟悉的。此外还可以采用离开教室的现场教学。土木工程专业是应用性较强的一门学科,作为土木工程专业重要的基础课程,应该在在学期中,安排2-4个学时将教学从教室搬到现场,通过利用现场的工程实物,教会学生如何对实际工程问题模型化,并用所学的力学知识进行分析解答。
夜上海论坛 3教学模式的改革
夜上海论坛 传统教学模式是以教师为中心的“填鸭式”教学,教师起主导作用。由于高校教师一职多能的特点,使得教学过程质量控制稍显不足。鉴于这种情况,应对传统教学模式加以改革,形成以学生为中心的教学模式。在这一过程中,应以班级为基础建立4-6人为一组的学习小组进行研讨式教学。研讨课教学是让学生参与教学,教学相长,师生互动,通过专题研讨使学生主动建构和拓展知识,培养学生的发散思维和创新能力。教师可以针对课程重难点问题,设置相关专题讨论课。教师通过引导,教师与学生,学生与学生间通过互动交流,对所学的知识进行拓展。也可以设置一些与学科前沿相关的内容及热点,学生通过课后查阅文献,以小组为单位,通过板书、图片、多媒体、实物模型等灵活的形式展示,并由教师与其他同学进行提问、讨论,最后教师进行总结和点评。此外,在作业形式中也应该改变传统以课后习题为主的作业模式,为了能够更好的培养学生的能力,提高学生的综合素质,可以布置一些研究型的题目,通过查阅文献,以论文的形式的完成。比如通过材料力学课程中梁的合理设计问题,可以提出钢筋混凝土梁的合理设计问题、钢梁的合理设计问题等等,然后将这些题目布置下去,让学生查阅资料,并完成相关论文。总之,要以这种教学形式改变传统的“填鸭式”教学,实现课堂教学从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变。
4结论和总结
夜上海论坛 (一)工程制图课程内容体系
随着信息技术的发展,工程制图课程的教学内容也在发生不断的变革,从最初注重画法几何演变到如今的注重图形信息表达。纵观国内工程制图课程,以及国内现有的教材来看,我们不难看出,该课程主要包含两大模块,分别是:
夜上海论坛 1.投影的基本知识(点、线、面、体、截交线、相贯线及组合体等)。
夜上海论坛 2.工程图的表达方法、画法及读图(剖面、剖视、规范规定的表达方法等、尺寸标注、技术要求等)。其中,相贯线、组合体、剖视、半剖视图等内容是课程的难点和重点,也是考试的重点。从课程和教材来看,课程的讲授顺序均为:投影的基本知识→画法几何→工程图的表达方法→工程图。课程偏重知识的传授,空间想象能力、图形表达能力、形象思维能力的培养,而对产品信息表达、设计构型思路、工程规范概念讲授较少。对于不同专业而言,对课程的要求不同,课程的重点也不同,因此,课程的难点也不尽相同。以统一的教学方式组织教学,没有体现学生的专业特点。学生难于建立知识点间有机的连接关系,因此,难以建立工程信息的概念,缺乏灵活应用课程知识的能力。
(二)工程制图课程安排
工程制图课程授课一般在32-72学时之间,主要是针对非机械类的专业,如水利工程、土木工程、水文与水资源、电气、工程管理等诸多专业,课程覆盖本科专业面极广。但目前的课程体系对各专业几乎不作区别、授课内容完全一致且缺乏实际应用。由于学时少,多数学校在课程体系设置中过分偏重点、线、面的投影以及截交线、相贯线等基础部分,降低了对专业图样的要求(大部分课程体系该部分采用机械类的零件图、装配图进行讲解);整个课程体系不以工程设计为主线,降低了工程制图课程的工程性和设计性。由于过于强调基础部分,不能突出各专业的特点,使学生学习后达不到具备绘制和阅读相关专业工程图样的能力。工程制图的最终目的是通过该课程的学习,使学生具有空间想象能力和分析能力,培养其绘制和阅读工程图样的能力,并在此基础上具有基本的设计思维能力和良好的工程素养。如何在有限的学时内训练培养学生成为具有创新思维和设计能力的未来工程技术人员,最大限度调动学生的学习主动性和热情,是摆在广大工程制图课教师面前一个亟需解决的问题。
二、教学改革的思路
根据21世纪高等教育对人才的培养要求,以创新设计为目标,探索性地建立新的教学体系、教学内容;结合新的教学手段,打破《工程制图》课程长期以来过分偏重画法几何基础知识、对各专业授课不作区别、缺乏工程性和设计性等现状,变为强调面向工程、面向创新设计、面向实际应用的图学课程,成为真正的“工程的制图”;通过对不同专业采用不同教学内容,达到满足各专业特定性的要求,让学习者感受到所学工程制图知识与自身专业密切相关,同时也为计算机绘图打下基础。
(一)课程体系与教学内容改革
以创新设计为目标,在课程开始就引入设计的理念。课程增加国内外先进设计理念,特别是创新设计理念。由于目前主要以计算机绘图为主,对画法几何基础部分要求可适当降低。增加计算机绘图知识,对目前使用的绘图软件,采用普遍介绍与重点使用相结合。普遍介绍目前主要的计算机绘图软件,如AutoCAD、3DMax、CASS、PKPM等,重点使用AutoCAD,通过此部分学习,使学生对计算机绘图有了基本了解,建立了计算机绘图的概念。调整工程图部分内容,加强不同专业图样的知识,强调创新设计。对各专业相关的标准件及常用件进行增减改写,介绍一些适应不同本科专业的典型的专业图例,根据不同专业,使学生能够绘制、简单设计和创新与本专业相关的专业图样。
夜上海论坛 (二)教学手段与实践路线
更新课程网站,利用网络扩充学生知识面,并进行网上答疑。突出多媒体教学,增加三维实体模型的应用。在课堂教学中辅以计算机绘图进行工程实例演示,注重对学生设计和创新能力的培养。按照分析规划→实践探索→分析调整→实践完善的步骤推进。首先与各相关专业工程技术人员接触,了解各专业工程图样的典型结构特征,表示方法,设计过程等内容。分析各专业各年级学生对工程制图课程的评价,并对国内工程制图课程有改革经验的高校进行调研,收集国外工程制图课程的最新教学材料,选择有各专业工程背景的图样表示作为课程新的内容,收集国外标准、图例以及专业词汇的英语表达,融会贯通后写出教案,进行教学实践。结合工程背景,培养创新设计能力,满足不同专业的选课要求。强调工程素质,调动学生的学习积极性,本项研究能够使工程图学的课程体系及内容反映新世纪的教学要求,使课程做到与时俱进,同步发展。
三、结论
1.工程案例的设计
案例的设计是案例教学过程中的核心环节,好的案例应该既能融会相关理论知识,又能充分调动学生学习的积极性。具体来说,桥梁施工方面的工程案例设计应综合考虑以下问题:
(1)要坚持理论联系实际的原则。
夜上海论坛 桥梁工程施工课程的实践性较强,要求每个案例以书中的理论知识为指导,利于思考;要求必须从大量的第一手资料中设计案例,而不能凭空臆造。
(2)考虑现实性和未来性。
夜上海论坛 根据最近发展区的理论,案例的选取要考虑学生已掌握的知识及对学生学习的指导意义。根据专业特点,从搜集到的大量的原始资料中,分门别类地整理出具有代表性的案例,案例的选取应当考虑案例的主要特征是什么、要解决什么问题、如何激发学生的积极性等问题。
夜上海论坛 (3)要有典型性和针对性。
桥梁施工案例选取时要考虑具体解决什么问题,如桥梁基础施工、桥梁墩台施工或是上部结构施工过程中遇到哪些问题?造成这些问题的原因是什么?如何解决?选取的案例要代表这一类问题的解决方案,具有典型性和代表性,利于学生触类旁通,从而激发学生进行深入细致的调查研究和分析评价,更好地提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
(4)案例设计要考虑发展性和简练性。
夜上海论坛 通过案例学习应使学生在专业能力、方法能力和社会能力上有所提高。同时,案例设计要注意语言表述,围绕解决中心问题,提供的细节不要太多,以免混淆了学生的视线和思维。
夜上海论坛 2.工程案例的教学实施
夜上海论坛 通过与现场实践相结合,根据以上原则选定桥梁工程施工方面的具体案例。课堂上将学生平均分成六个小组,每个小组成员分别担任其中的一个角色:施工方(包括项目经理、技术负责、施工员、材料员等),建设方,监理人员。案例的讨论主要从以下几个方面展开:案例中要解决的关键问题是什么?哪些信息至关重要?解决问题的方法有哪些?做出决策的标准是什么?什么样的解决方案是最适宜的?应制定怎样的实施计划?什么时候将计划付诸行动以及如何付诸?如何进行整体评价?案例教学法的实施分成以下几个环节。
夜上海论坛 (1)学生准备。
夜上海论坛 在正式开始集中讨论前一到两周,把案例材料发给学生,让学生阅读案例材料,查阅指定的资料和读物,搜集必要的信息,并积极地思索,初步形成关于案例中问题的原因分析和解决方案。教师可以在这个阶段给学生列出一些思考题,让学生有针对性地开展准备工作。
(2)小组讨论。
由于小组成员不同,且角色多元化,他们在准备和讨论时,不同意见相互交流,加深了学生对案例的理解,同时学生已经查阅和掌握了相关材料,课堂气氛活跃。
夜上海论坛 (3)代表发言。
夜上海论坛 各个小组派出自己的代表,发表本小组对于施工案例的分析和处理意见。发言时间一般应该控制在20分钟以内,发言完毕之后发言人要接受其他小组成员的询问并做出解释,此时本小组的其他成员可以代替发言人回答问题。
夜上海论坛 (4)小组集中讨论。
夜上海论坛 小组集中讨论的这一过程为学生自由发挥的过程,此时教师充当的是组织者和主持人的角色。此时的发言和讨论是用来扩展和深化学生对案例的理解程度。讨论最后,教师提出意见比较集中的问题和处理方式,组织各个小组对这些问题和处理方式进行重点讨论,将学生的注意力引导到方案的合理解决上来。
(5)归纳总结。
在小组集中讨论完成之后,留出一定的时间让学生自己进行思考和总结。一方面总结规律和经验,另一方面获取这种知识和经验的学习策略,最后让各个小组以书面的形式对该门课程的案例教学法做出评价,分析该种教学方式的收获与不足以及需要做哪些改进,并提出他们的个人建议。课堂教学结束后,教师进一步总结,揭示出案例中包含的理论,强化以前讨论的内容,提示后续案例,给参与者以鼓舞。从案例讨论中引申出一定的结论,为后续的课堂教学提供准备。
二、案例教学在土木工程专业中应用成效分析
工程案例教学在土木工程专业专业课教学中实施了三年,取得了明显的教学效果。为进一步了解土木工程专业采用案例教学的效果,课题组成员分别对在校学生、2010届毕业生、2011届毕业生及部分用人单位进行了调查。调查结果从实证角度说明了案例教学在土木工程专业教学中取得了良好效果。
(1)在校生。
大部分学生认为,课堂上实施案例教学使他们提前将课堂上学到的理论知识应用到实际工程中,学会了处理实际工程中的工程事故或施工难题的一些方法,明确了自己的责任与义务,为将来应聘工作提供了帮助。同时从课堂情况来看,学生的出勤率明显上升,学生学习面貌大有改观。
(2)2010届毕业生。
夜上海论坛 该届学生工作将近两年,当被问到在校时案例教学的实施效果时,大部分学生认为,工程案例的选择是直接源于实际工程,学生将在课堂上学过的理论知识直接加以应用,能够融汇变通;工作后能更好地处理与甲方、监理及施工方的关系,更加清楚明白自己的职责;工作中遇到类似的问题可以借鉴参考,更好地做好技术管理工作,加快实习期的过渡,更好地投入到实际工作中去。
(3)2011届毕业生。
夜上海论坛 他们走上工作岗位还不到一年,据他们反映,土木工程专业中加入的大量工程案例,能使他们更快更好地适应现场的工作环境,更加高效地投入到实际工作中去。他们遇到实际工程中的一些问题,有种似曾相识的感觉,处理起来比想象中要顺利很多。
夜上海论坛 (4)用人单位。
对一些用人单位进行的回访显示:近两年招进的学生能更好更快地融入新的工作环境,责任心更强,工作效率更高。同时遇到一些实际工程问题不再束手无策,解决实际问题的能力显著增强。总之,土木工程专业中案例教学的效果得到了学生和用人单位的认可,促进了土木工程专业人才的培养,增进了师生之间的交流,让学生逐渐成为教学活动的参与者。在案例教学中,教师需通过工程案例了解最新的施工技术、施工方法以及新材料的应用等,随时调整和补充教学内容,学生反馈的信息促使教师进一步修正学生所提出的方案,以补充和完善理论和技术知识,形成良性互动。
三、结论