工程力學(xué)教學(xué)中實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的論文
一、工程力學(xué)教學(xué)特點
工程力學(xué)課程是工科眾多專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，包括理論力學(xué)和材料力學(xué)。通過理論力學(xué)教學(xué)，使學(xué)生掌握質(zhì)點、質(zhì)點系和剛體機(jī)械運動(包括平衡)的基本規(guī)律和研究方法，能進(jìn)行多物體運動機(jī)構(gòu)的分析，求解多自由度系統(tǒng)的動力學(xué)問題，并具備從身邊的力學(xué)問題中，建立初步的力學(xué)模型進(jìn)行定性分析和研究的能力。通過材料力學(xué)的教學(xué)，使學(xué)生掌握構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的計算方法，掌握材料力學(xué)的基本概念和理論，能夠求解變形體在受力后的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。
工程力學(xué)課程涉及的專業(yè)面廣，學(xué)生人數(shù)眾多，為工科學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程起承上啟下的橋梁作用，并且其理論在工程技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它既具有廣泛的通用性和較強(qiáng)的理論性，又具有鮮明的實踐性和工程性，同時又具有伴隨科技和學(xué)科發(fā)展的更新和創(chuàng)新性。這就要求工程力學(xué)教學(xué)要適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的需要，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計三方面，思考和重視教學(xué)設(shè)計與規(guī)劃，實現(xiàn)以知識為載體，以教學(xué)為平臺，以科學(xué)的教學(xué)設(shè)計為手段，達(dá)到學(xué)生既能扎實掌握工程力學(xué)的理論體系，又能分析和解決工程實際問題，并主動運用創(chuàng)新思維及方法，實現(xiàn)工程應(yīng)用和創(chuàng)新的目的，從而培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。
二、教學(xué)中的實踐能力培養(yǎng)探索
(一)理論中滲透工程實踐的課堂教學(xué)
工程力學(xué)的理論知識比較抽象，而學(xué)生又缺少對工程實際的認(rèn)識，所以在課堂教學(xué)中教師應(yīng)注意教學(xué)的直觀性，充分利用實物、多媒體等手段，增加學(xué)生的感性認(rèn)識，從而加深對理論的理解。在課堂教學(xué)中，講解課程基礎(chǔ)理論知識的同時，引入大量的'工程實例以及生活中的力學(xué)問題，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)其工程分析能力，使學(xué)生掌握基本的工程計算方法。同時，注重多媒體課件的設(shè)計，在課件中插入大量的工程圖片、例題和動畫，以及各種力學(xué)分析CAE軟件。如此，通過增加每堂課的信息量，來調(diào)動學(xué)生的課堂積極性，拓展學(xué)生視野，使其在加深教學(xué)內(nèi)容理解的同時，了解基本理論在工程實際中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生主動運用所學(xué)知識解釋和解決問題的習(xí)慣，鍛煉他們的力學(xué)思維能力。
例如，在理論力學(xué)教學(xué)中，就具體的工程案例，進(jìn)行理論推導(dǎo)求解之后，可以利用多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS建立相應(yīng)的可視化力學(xué)模型，并快速求解和顯示動力學(xué)參數(shù)。為講解桁架結(jié)構(gòu)受力分析時的一個例子，講授用節(jié)點法和截面法求解桁架中各桿的受力情況。在ADAMS中建立一個典型桁架的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，運行仿真之后，在后處理窗口可以很直觀方便地查看每個桿的受力情況，再同理論推導(dǎo)結(jié)果相對比，驗證理論推導(dǎo)結(jié)果的正確性。同樣在材料力學(xué)教學(xué)中，講解物體受力變形，可以利用有限元仿真軟件ANSYS，建立三維有限元模型，直觀顯示物體在不同的受力及約束條件下，不同位置的變形、應(yīng)力、應(yīng)變情況。如，在推導(dǎo)應(yīng)力公式時，通過演示經(jīng)過映射網(wǎng)格劃分后的桿、梁的拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形動畫，學(xué)生可以清楚地看到相鄰截面間的變形情況。利用軟件的三維可視性，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，加深對理論知識的掌握和理解。
在理論教學(xué)中穿插工程實踐的求解案例，不僅有助于學(xué)生對力學(xué)理論的掌握，而且可以幫助學(xué)生了解工程力學(xué)領(lǐng)域知識的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)知識和分析軟件的興趣，在活躍課堂氣氛的同時，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)應(yīng)用能力，取得良好的教學(xué)效果。
(二)綜合性課程實驗
在工程力學(xué)課程實驗方面，設(shè)置基礎(chǔ)的課程實驗和綜合性的課程實驗，將教師所從事的部分科研內(nèi)容節(jié)選下來輔助該課程的實驗教學(xué)。這樣，學(xué)生既能掌握工程力學(xué)課程基本的實驗方法，又能學(xué)習(xí)實際應(yīng)用中的其它先進(jìn)的實驗手段，提高解決實際工程問題的能力。
綜合實驗部分的內(nèi)容要體現(xiàn)其綜合性，并非單一性。可以針對幾個不同的實驗對象，綜合多種實驗方法來解決問題。例如，同時設(shè)置減速箱齒輪嚙合時齒根應(yīng)力集中系數(shù)測定實驗、減速箱輸出軸的動態(tài)應(yīng)力測定實驗、減速箱輸出軸的振動測量實驗等。這三個實驗均要求學(xué)生在掌握動態(tài)電測、平面光彈等實驗手段的基礎(chǔ)上，以團(tuán)隊形式，對一個具體的工程問題，就實驗原理及方法進(jìn)行設(shè)計，自己動手實驗、標(biāo)定，用計算機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等手段記錄實驗數(shù)據(jù)，通過自己編寫程序處理數(shù)據(jù)，獨立完成實驗報告。這些實驗可以鍛煉學(xué)生查詢資料、搭建實驗裝置、進(jìn)行實驗總結(jié)、撰寫報告以及團(tuán)隊協(xié)作等多種能力。
(三)基于課題的綜合課程設(shè)計
工程力學(xué)的工程應(yīng)用背景廣泛，很多課題研究都與力學(xué)相關(guān)，為了鍛煉學(xué)生的工程實踐能力，可借助相關(guān)課題平臺，在大課題中提取相關(guān)的小模塊，作為學(xué)生綜合課程設(shè)計的題目。通過以解決實際工程問題為背景的課程設(shè)計，學(xué)生的工程實踐能力得以鍛煉和提高，以期畢業(yè)后能迅速解決工程實際問題，從而滿足企業(yè)對應(yīng)用型人才的要求。
例如，在工程力學(xué)課程設(shè)計中設(shè)置工程計算模塊，通過進(jìn)行具體計算等環(huán)節(jié)的實踐及訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握當(dāng)前國際上先進(jìn)的有限元計算方法，在加深理解工程力學(xué)基本理論知識的同時，其工程計算能力也得到鍛煉和提高。
三、教學(xué)中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索
(一)啟發(fā)式教學(xué)
啟發(fā)式教學(xué)就是通過在教材的重點、難點、疑點處創(chuàng)設(shè)一種問題情境，以引起學(xué)生注意，并作適當(dāng)啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鼓勵學(xué)生主動地、獨立地分析問題和解決問題。這樣既增加了學(xué)生的自信心，又激發(fā)了學(xué)生的求知欲，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還可以引導(dǎo)學(xué)生的思維導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析問題的能力。
在工程力學(xué)教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，可以從教學(xué)內(nèi)容及專業(yè)背景入手，利用講座、圖片、多媒體等多種形式，介紹學(xué)科的最新發(fā)展以及學(xué)科發(fā)展史中一些創(chuàng)新實例，讓學(xué)生了解相關(guān)知識應(yīng)用的價值，并認(rèn)識到力學(xué)是推動科技進(jìn)步的基礎(chǔ)學(xué)科，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。在課堂教學(xué)中，針對課程的重點和難點，可以結(jié)合講授工程實例，提出開闊思維的問題，啟發(fā)學(xué)生通過查找資料，提出自己的見解，并給出解決方案。教師通過組織討論分析，對學(xué)生的每一種想法要給予引導(dǎo)，并給出建設(shè)性的積極評價，從而打開學(xué)生的想象空間，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，將灌輸式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式教學(xué)。
(二)研討課教學(xué)
研討課教學(xué)是讓學(xué)生參與教學(xué)，教學(xué)相長，師生互動，通過專題研討使學(xué)生主動建構(gòu)和拓展知識，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。教師可以針對課程的重點和難點問題，設(shè)置相應(yīng)學(xué)時的專題討論課。在討論課上，采用教師引導(dǎo)、學(xué)生主動、互動交流、方法為主、拓寬視野的教學(xué)模式，教師設(shè)置適當(dāng)?shù)挠懻擃}目，這些題目可以沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，也可以有多種解決方法，讓學(xué)生分組準(zhǔn)備。研討課的題目要與課程內(nèi)容相關(guān)，應(yīng)當(dāng)是學(xué)科前沿及熱點，需要學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)，自己提出思路、分析和解答。在研討課上由教師引導(dǎo)，每組學(xué)生選代表主講，通過板書、圖片、多媒體、PPT等多種靈活形式展示，并由教師與其他同學(xué)進(jìn)行提問、討論，最后教師進(jìn)行總結(jié)和點評。這種教學(xué)形式改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，課堂教學(xué)實現(xiàn)從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變;在教學(xué)目的上實現(xiàn)從“以知識傳授為目的”向“以能力培養(yǎng)為中心”轉(zhuǎn)變;在授課效果上實現(xiàn)從聽課學(xué)習(xí)知識轉(zhuǎn)變?yōu)殄憻捥岣哐芯縿?chuàng)新綜合素質(zhì)。研討課不僅是課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充，更是實現(xiàn)師生交流的手段與過程，是強(qiáng)化教學(xué)效果、發(fā)展學(xué)生個性的一個重要環(huán)節(jié)。
(三)探索研究型教學(xué)
“教學(xué)”和“科研”是大學(xué)教育的“兩條腿”，兩者的相輔相成和有機(jī)結(jié)合是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要保障，開展研究型教學(xué)應(yīng)視為高校教學(xué)活動的一部分。學(xué)校要注重師資隊伍建設(shè)，重視教師的研究型教學(xué)活動，要切實保障教師有時間、有精力、有資金從事創(chuàng)新和發(fā)明創(chuàng)造，因為只有創(chuàng)新的教師才能培養(yǎng)創(chuàng)新的人才。
教師需要參與科研，了解、熟悉本學(xué)科的前沿和發(fā)展動態(tài)，不斷提高自己的科研能力，以學(xué)科前沿研究帶動教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。同時教師在教學(xué)過程中要將科研的各種最新成果應(yīng)用于教學(xué)，針對性地挖掘與科研環(huán)節(jié)相融合的教學(xué)內(nèi)容，充分利用每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，開展研究或?qū)嶒灒瑢⒀芯啃徒虒W(xué)的理念貫穿于教學(xué)過程，從講授型教學(xué)向研究型教學(xué)過渡。將科研創(chuàng)新融入大學(xué)課堂，指導(dǎo)學(xué)生緊跟學(xué)科前沿，開拓視野，只有這樣，才能培養(yǎng)出富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力的人才。
四、結(jié)束語
通過分析工程力學(xué)課程教學(xué)的特點，并結(jié)合作者自身的教學(xué)及科研體會，就如何在工程力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力，在課堂理論教學(xué)、課程實驗設(shè)置以及教學(xué)設(shè)計等方面進(jìn)行了一些思考和探索。旨在增加學(xué)生對工程實踐的感性認(rèn)識，提高力學(xué)知識的綜合運用，改進(jìn)工程力學(xué)的教學(xué)效果，促進(jìn)教學(xué)改革，為學(xué)校長期培養(yǎng)工程應(yīng)用和創(chuàng)新人才教育的目標(biāo)提供有效的途徑。
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