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以力学竞赛为引领的民族院校工程力学创新教学模式研究 ——以北方民族大学为例
2021-07-09

张东利1,武美先2,汤占岐2,李潇2  

(1北方民族大学机电工程学院,宁夏 银川750021;

2北方民族大学化学与化学工程学院,宁夏 银川750021)

 

[摘  要] 为了提高民族院校大学生的教学质量和创新能力,本文结合民族院校力学教学的特点,“厚基础、强能力、重应用”为目标,引领本校的力学课程进行创新性改革。针对教学和竞赛中暴露出来的弱项,以竞赛促教改,以实践促创新。以提高教学质量为目标,以力学竞赛为辅助,解决教和学的内容选择、学生能力的落实以及学生欠缺知识的补充问题,有效改变民族院校中力学课程教学质量落后的状况。

[关键词] 工程力学; 力学竞赛; 创新能力; 教学改革;教育教学论坛

[资助项目]北方民族大学教育教学改革研究项目:以力学竞赛促进工程力学课程教改的创新与实践(编号:2018JY1406

 

[作者简介]张东利(1969-),博士,副教授,主要从事工程力学理论及实验教学。

 

[中图分类号] G421 [文献标识码] A

一、民族院校工程力学课程的教学现状

工程力学包括理论力学和材料力学两部分内容,是机械专业及近机类专业的专业基础课。它承接《高等数学》、《大学物理》等基础课程,是物理中力学的延续和加深,更注重与工程实际的结合。作为一门专业基础课,它为学习专业后续课程如《机械设计基础》、《工程流体力学》、《过程设备设计》和《过程流体机械》等课程准备必要的基础知识,也是工程设计的科学依据。学习目标主要是培养学生正确分析问题和解决问题的能力,为以后解决生产实践问题、从事科学研究工作打下基础。学生学完这门课程后,应该具备建模、计算表达以及综合应用知识实际问题的能力[1]

然而,由于该门课程内容涉及到微积分、微分方程求解,对前期知识要求较高;讲授内容本身也偏向理论,具有一定抽象性,需要学习者具有一定的计算基本功。但大部分民族院校的学生都来自于偏远,数学、物理等基础知识十分薄弱,理解能力有限,要达到上述目标困难重重,有些学生甚至因此门功课不及格而影响了就业,或者造成研究生阶段学习的困难。该门课程的基础性和重要性可见一斑。

民族院校力学课程教学质量难以提高的另外一个重要因素在于学生水平参差不齐、水平差距过大,造成教学上的两难境况。讲授内容简单会使尖子生吃不饱,无法登堂入室;讲授内容稍加复杂又会将底子差的中等生和后进生闭之门外。很多学校因此施行分层教学,以期达到因材施教目的。但我们以往的分层教学实践表明[2],分层在学生、教学目标、教学内容以及评价体系分层在一定程度上有利于不同层次的学生达到各自的教学目标,但缺点也是明显的。分层容易造成学生成绩和积极性两极分化容易伤害部分学生的自尊心产生破罐子破摔的想法,反而无法达到分层教学的目标。再者,分层将学生人为分割开,不利于学生之间的互帮互助,不利于学生之间的相互交流。而且还有一个非常重要的原因是民族院校中师资力量往往不是很强。分层教学、小班教学的设想虽然很美好,但若没有必要的硬件、软件做支撑,往往达不到理想效果。

 

二、以竞赛为引领的民族院校工程力学课程改革

周培源力学竞赛是全国在校大学生、研究生自愿报名参加的一种大学生科技活动,由中国力学学会和周培源基金会共同主办,旨在考核学生力学知识的综合应用能力,进而以提高学生的创新能力。因此它和本课程的教学目标具有一致性[3,4]

作为全国性的大赛,其题目还是具有很大含金量的。一些参赛的985211的本科生也对其中一些题目颇感吃力,更不用说民族院校的学生了。但是,其本身具有的一些特点,还是非常值得民族院校关注。参加这样的比赛并且获奖,对学生自身价值的肯定和学业的帮助非其他赛事可比,有利于提高学生的自信心和对机械类专业课程的兴趣;有利于团体氛围的形成和学生之间的互助、共同提高;同时,也有利于教师之间的教学交流和师生之间的教学相长。若以此为任务驱动,更有利于培养学生的动手能力。

虽然周培源力学大赛迄今为止已成功举办了12届,但我校学生只参加了最近的三届。从参赛过程和结果来看,竞赛还存在不少问题。我校地处民族地区,少数民族学生居多,学生水平有限基础知识不牢力学建模、计算以及综合运用知识的能力较差。加之学生认识不到位,积极性不高等因素的影响,导致竞赛成绩差强人意。

针对以上情况,结合民族院校力学教学的特点,经本校力学教研室的老师多次研讨,决定以竞赛为突破口,以“厚基础、强能力、重应用”为目标,引领本校的力学课程进行创新性改革,并申请了相关的教改项目。该项目的重点目标在于针对教学和竞赛中暴露出来的弱项,以竞赛促教改,以实践促创新。以提高教学质量为目标,以力学竞赛为辅助,解决教和学的内容选择、学生能力的落实以及学生欠缺知识的补充问题,有效改变民族院校中力学课程教学质量落后的状况。

 

(一)基于精讲多练的课堂教学新模式

针对学生底子差,基础知识不扎实等具体情况,我们主要采取打通工程力学的教学体系,浓缩课堂教学内容,以夯实学生基础知识为目标,合理安排课堂教学内容和练习强度等方法来加以解决。

1)教学内容的设置以学生能接受为导向

对于理论力学和材料力学课程中存在的重复性内容,视其作用和重要性,并结合学生现有基础,决定是否删减亦或加强。教学内容的设置以学生能否接受、以及接受程度如何来取舍,以能否达到最终教学目标来定夺,而不仅仅是表面上的体系调整。目标的达成取决了教学方法和方式的不同。针对具体教学对象,设置量身定做的教学内容,正是因材施教在教学过程中的具体体现。基础不牢地动山摇,对于基础知识再怎么强调也不过分。基础打牢后,进一步提高就是顺藤摸瓜、水到渠成的事情。因此坚持以学生学习目标达成为前提的基础教学必须持之以恒,不仅要认真落实,而且还要根据各届学生、各个学期学生的掌握情况不断进行局部动态调整。

2)教学方式以利于学生吸收理解为目标

教学方式对于力学教学历来颇有争议。大多数力学教师基本不认同采取现代多媒体等方式对力学课程进行讲授。的确作为以数理为基础、基础性理论性很强的一门专业基础课,如果一味采用一些现代教学方式讲授,教学效果不佳是必然的。力学课程有着很强的实践性,以板书为教学方式对学生进行具体的解题示范是必要的,也是重要的一个教学环节。但力学课程课时量和教学内容的矛盾,又使这种方法无法贯彻始终。为了达到既宽又深的教学效果,我们采取了多种教学方式来应对理论授课内容、解题示范、总结提高等课堂环节。对于原理、实例部分,以现代多媒体方式为主要讲授方式;对于公式推导、课堂练习等部分采取板书为主的教学方式;对于少数学生基础知识不扎实的情况,采取课下吃小锅饭的方式进行弥补;对于较难的部分,采用自习和翻转课堂的方式予以解决。

3)教学效果以学生最终能掌握为标准

教学的最终目标是让学生掌握基础知识,并在此基础上能针对工程实践中的具体问题能综合运用。为了能高效达到教学目标,我们实行了围绕学生进行的备课听课等教研活动。从多方面、以多种方式解决学生对教学内容吸收不良的问题。为了解决一些学生学习态度消极的思想问题,我们力学教研室同时联系班主任及时对学生进行思想帮扶和学业帮扶。为了解决学生底子不足,无法很好消化课堂内容的问题,我们站在学生的角度,对授课内容进行及时总结温习。一些不好记忆的知识点,总结成顺口溜;一些难以记忆的公式,编制成谐音短句,以达到帮助学生快速高效掌握课堂内容的目的。对于课程内容的一些较难的庞杂内容,采取合并简化、深入浅出的教学方式进行化解。以上这些做法,激发了学生兴趣,鼓舞了学生的信心,为学生进一步提高打下了良好基础

 

(二)基于目标达成的课外实践新模式

为了有效提高学生综合运用知识解决实际问题的能力,我们采取了以竞赛为目标达成的课堂讲授、练习反馈以及以小组为单位的翻转课堂的竞赛教学方式。做法主要是课内结合课外,课外补充课内。以创新小组为单位,以校内微型竞赛为载体,在打牢基础、综合应用上下功夫。这是个在基础上进一步提高的关键阶段,我们重点抓了以下两方面:

1)培养学生良好的学习氛围和自学能力

大部分民族院校学生的能力在高中阶段就亏欠不少,也没能养成良好的学习习惯。而这些正是培养学生自主创新的关键环节,需要给学生补补课。为此,我们特意在课外展开了学习方法辅导班,手把手教会学生自学的各个关节环节。给学生总结推广了一整套力学的学习方法。如“预习+听讲+复习”相结合,吃透理论多做习题;上课认真听讲,做好笔记,掌握重要概念及理论要点;课下提前预习,提前试做课后习题,将做题和预习、自学、复习相结合,不会做的习题、弄不懂的定理,在听课或单独辅导时有针对性地得到解决。最后,两周一总结,一月一复习,达到掌握和巩固的目的。

2)加强综合训练,培养学生综合运用知识的能力

这一环节主要是解决学生分析问题、解决问题的能力,利用学校的创新课程展开。教学方式是以问题为导向,对整个问题的分析、解决过程予以详细剖析分解。通过对工程实践中的实际问题的建模、计算、校核、改进等几大环节,按照“理论->实践->理论”的步骤,实现理论在实践中的验证和实践在理论中的升华。在培训的过程中,根据学生水平的实际情况,有针对性地强化其中若干环节,如计算能力、建模能力等。通过这一环节,一方面强化了学生运用高等数学解决工程问题的能力,另一方面也为竞赛提前热身。通过适当课外题目的讲解和练习,增强学生参与竞赛的信心,从心理上做好参赛准备。

 

(三)基于冲刺阶段的参赛热身训练模式

经过两个学期的认真准备和学习,有相当一部分学生带着自信进入了报名参赛阶段。虽然其基础知识和综合能力已经得到很大提高,但对于全国性的竞赛还远远不足。针对本校学生的具体情况,我们特意组织了赛前辅导班,有意识、有针对性地对往年的比赛真题进行讲解辅导,主要包括以下两方面:

1)实际问题的建模能力和分析能力

力学竞赛中的综合题目,需要首先进行分析简化,然后建立相应的力学模型进行求解。这和教材内已经给出模型求解结果的情况完全不同,因此需要有针对性地进行分析和建模的专门训练。

2)综合运用知识的能力

力学竞赛中的题目需要运用的知识点很多,很综合,对学生的计算能力也有较高要求。在此部分主要是以真题为主,通过大量真题训练,再辅之以归纳演绎法,引领学生进行分析和强化。通过对竞赛真题的训练和解读,强化学生分析问题和解决问题的能力,强化学生的创新思维。

 

、结论

本文针对民族院校中工程力学教学和竞赛中暴露出来的问题和矛盾,以力学竞赛为引领,以强化学生基础知识和综合应用能力为目标,通过以赛促改,以改促新。通过抓教学、强基础,采取多种措施,解决学生学习中的瓶颈问题和综合运用知识解决实际问题的能力。通过实施课堂、课外、赛前三个环节的训练和辅导,学生的学习自觉性以及分析问题、解决实际问题的能力得到很大提高。竞赛和教学相结合的方式,也给民族院校的工程力学教学改革增添了新的内涵。

 

参考文献:

[1]高士武,杨晓林,杨亚平,赵伟东,郭晓菊,万朔.工程力学课程建设的认识与实践[J].教育教学论坛,2019(30):140-142.

[2]武美先,张东利.浅谈民族院校工程力学分层教学的利弊[J].教育教学论坛,2015(49):200-201.

[3]贾海朋,江春冬.力学竞赛与工程力学课程教学改革关系探究[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2016(08):1-3.

[4]王敏容,钟志恒.以力学竞赛促进力学课程教学改革探讨[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2018(06):22-23.

Research on Innovative Teaching Model of Engineering Mechanics in National Colleges and Universities Guided by Mechanics Competition

—— Take Northern University for Nationalities as an example

 

Zhang Dongli 1, Wumei Xian 2, Tang Zhanqi 2, Li Xiao 2

(1) School of Mechanical and Electrical Engineering, North Minzu University, Yinchuan, Ningxia 750021;

School of Chemistry and Chemical Engineering, North Minzu University, Yinchuan, Ningxia 750021)

 

Abstract: In order to improve the teaching quality and innovative ability of college students in Ethnic Colleges and universities, this paper combines the characteristics of mechanics teaching in Ethnic Colleges and universities, aiming at "strong foundation, strong ability and application" and leading the innovative reform of mechanics curriculum in our university. In view of the weaknesses exposed in teaching and competition, we should promote teaching reform by competition and innovation by practice. Aiming at improving the teaching quality and assisting with the mechanics competition, we can solve the problems of content selection of teaching and learning, the implementation of students' abilities and the supplement of students' lack of knowledge, and effectively change the backward situation of the teaching quality of mechanics in Ethnic Colleges and universities.

Key words: Engineering Mechanics; Mechanics Competition; Innovative Ability; Teaching Reform

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