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1、从工科基础课程的特点出发开展研究性教学 摘要：本文以基础力学课程为例，依据作者多年的教学实践和工科基础课程的特点，从转变教学观念、更新教学内容和改进教学方法三个方面，论述了在开展工科基础课程的探讨性教学实践中，如何正确处理学问传授与实力培育、经典教学内容与探讨性教学内容以及传统教学手段与现代教学手段的关系。 关键词：高校教学；工科基础课程；探讨性教学 为了切实提高教学水平、教学质量和教学效果，探讨性教学已经成为教学改革的必由之路。基础力学作为工科院校很多专业的重要基础课程，具有高校工科基础课程所共有的很多特点，如学生一般在低年级修读这些课程，课程内容比较成熟、体系比较完整，课程教学的组织形式以
2、课堂教学为主，学生的学问水平有限，老师面对的学生较多等。因此，从这些特点动身，开展基础力学课程探讨性教学的探究与探讨，必将对其他工科基础课程的探讨性教学起到肯定的借鉴作用。 在基础力学课程探讨性教学的实践中，我们重点围绕以下三个问题进行探究与探讨，即为什么教、教什么和怎样教。 一、切实转变教学观念，正确处理学问传授与实力培育的关系 在高校基础课程的教学中，传统的教学模式以学问的传授为主，不够注意学生实力的培育，学生的学习效果以学生驾驭学问的多寡衡量，而探讨性教学引入科学探讨的基本要素，培育学生获得学问的实力、创建学问的实力，更强调学生科学素养的养成，以及特性和实力的发展，也就是说，更强调了学问
3、形成的过程而不是学问的最终形态。探讨性教学使学生的学习充溢了新意、挑战和渴望，学生既在学习中探讨，又在探讨中学习，使学习和探讨成为一个过程的两个方面。 当然，探讨性教学并不是全盘否定学问的传授，学问传授仍旧是高校基础课程教学的重要任务之一，但不是高校基础课程教学任务的全部，高校基础课程的教学还有另一项更为重要的任务，就是引导学生自主探究和体验学问的形成过程，激励学生对书本学问质疑、批判，发表独立见解，培育学生的创新意识和创新实力。 目前关于探讨性教学，大致可以分为两种基本的类型，即基于课题探讨的探讨性教学和基于课程学习的探讨性教学。我们的实践表明，就高校基础课程的探讨性教学而言，以后者效果更佳
4、。这一方面是由高校基础课程的特点和高校低年级学生的学问水平确定的，另一方面，课题探讨往往只是少数或部分学生参加并从中受益，而课程学习探讨是全体同学参加并从中收益，再者课程学习探讨与课程内容结合得更加紧密，须要的专业学问和课外时间相对较少，学生更有可能在课程学习期间取得一些学习探讨成果。课程学习探讨要求老师从学生的实际动身，考虑学生的认知需求和爱好爱好，留意收集、挖掘和提炼实际工程和生活中适合课程探讨性教学的素材，细心设计既能培育学生综合应用实力、又具有肯定探究性的探讨课题，供学生学习探讨。 二、不断更新教学内容，正确处理经典教学内容与探讨性教学内容的关系 有人认为，由于工科基础课程的教学内容比
5、较成熟，体系比较完整，教学内容不须要更新或难于更新，这种想法是片面的。事实上，随着科学技术的快速发展，在工科基础课程的教学内容方面，我们同样须要与时俱进，跟上时代前进的步伐，淘汰一些陈旧过时、与现代科学技术的水平不相适应的教学内容，增补一些过去由于受工具和手段的限制不便或不能在课程中探讨、而现在可以在课程教学中便利探讨的方法和问题。因此，我们这里所说的更新教学内容，主要是指教学内容的广度和深度方面的更新。 1在教材内容的基础上增加阅读文献 大家知道，现有的工科基础课程教材中的内容大多以学问的最终形态出现，而且一般是没有阅读文献的，书后的参考文献通常也是一些教材书目。但是，收集、查找、阅读相关的
6、文献不仅是从事科学探讨的重要环节，而且可以使我们跟踪某一主题的最新探讨成果和最新探讨动态，更重要的是可以使我们追溯有关某一主题探讨的发展历程以及学问的形成和积累过程，了解不同学派对同一问题的不同观点、看法甚至质疑，学会发觉问题，学习和借鉴前人的探讨思想和探讨方法并应用于自己的探讨，这一点对于高校生的创新意识、创新实力和探讨实力的培育尤为重要。因此，文献阅读应当成为基础课程探讨性教学内容的一个重要组成部分。 那么，什么样的阅读文献适合工科基础课程的探讨性教学呢?我们认为，那些基于工科基础课程教学内容而又高于课程教学内容，既能开阔学生视野，又能活跃学术思想的文献最适合工科基础课程的探讨性教学。就基
7、础力学课程而言，由中国力学学会主办的刊物力学与实践设有“教化探讨”和“力学纵横”两个栏目。其中的很多文章或是探讨基础力学课程教学内容中的某一概念，或是扩展基础力学课程教学内容中的某一方法，或是设计与改进基础力学课程中的某一试验，或是应用基础力学的概念和理论定性或定量分析身边的某一力学问题，或是介绍工程中的力学、力学史话、力学家等。这些文章深化浅出，文字简练，顾及高校低年级学生的学问水平，紧紧围绕和贴近基础力学课程教学内容，实为开展基础力学课程探讨性教学不行多得的阅读文献。当然，在其他一些刊物上也有类似的文献可供参考。 此外，如何引导学生查找和阅读文献呢?我们的做法是，有时干脆将文献全文发给学生
8、供其阅读，有时给出文献检索的途径、一个主题或几个关键词，由学生自己检索、筛选、阅读相关的文献，在课程快要结束时，则要求学生依据课程的学习内容，结合自己的爱好和爱好，选择一个探讨主题，查找、阅读有关的文献，进行整理、归纳和总结，开展课程学习探讨，撰写读书报告，从而培育了学生检索文献、阅读文献、发觉问题和解决问题的实力。 2在传统习题的基础上增加探讨性问题 对于国内现有的工科基础课程的教材来说，其习题的答案几乎都是标准的和唯一的，这些习题对于帮助学生理解和驾驭工科基础课程的概念、理论和方法起到了很好的作用，但是，也应当看到，在大多数工科基础课程教材中，习题是和章节对应的，也就是说，一章甚至一节的内
9、容对应肯定的习题，这就在某种程度上限制甚至禁锢了学生的思路，不利于学生发散思维实力的培育。我们在“点的复合运动”一章的教学中就多次发觉，该章有些习题不用点的复合运动方法，而是通过干脆写出点的运动方程求解反而更加便利，但很少有同学会这样做。 工程中的实际问题是特别困难的，我们在探讨一个实际问题时，从问题的提出，模型的建立，到须要的条件和数据，以及实行什么理论和方法去解决问题，都须要我们去分析、去探讨，而且实际问题往往没有标准答案，也没有惟一答案，甚至由于已知的条件和数据不足而没有答案。因此，在工科基础课程的探讨性教学中，适当增加一些探讨型的问题，有意识地训练学生转换角色，由做习题的“学生”转换为
10、命题的“老师”，进而转换为发觉问题的“探讨者”，对于培育学生提出问题、分 析问题和综合运用已有的学问解决问题的实力，显得尤为重要和迫切。 例如，在基础力学课程的探讨性教学实践中，我们曾经让学生对这样一个问题进行探讨：人在秋千上如何运动才能使秋千越荡越高?针对这一问题，学生不仅须要通过分析抓住影响秋千越荡越高的主要因素，舍去一些次要的因素，以便使自己的探讨可以进行下去，还要在此基础上建立秋千系统的力学模型，确定须要哪些条件和数据，然后收集和查找符合实际的数据，综合应用所学习的运动学和动力学学问，通过计算机编程计算，获得有关的结果，并对所获得结果的正确性进行推断，最终对不同条件下的结果进行分析和比
11、较，指出探讨中的不足，以及有待进一步探讨的问题。就这一问题的力学模型而言，有的同学建立的是变摆长的单摆模型，有的同学建立的是两刚体模型，有的同学建立的是三刚体模型，有的同学将摆绳抽象为不计质量的刚杆，还有的同学将摆绳抽象为不计质量的柔索，真可谓一百零一花齐放，一百零一家争鸣。 3在经典分析的基础上增加计算机协助分析的内容 本文所说的经典分析包括理论公式的人工推导和问题的手工计算与求解。长期以来，由于受到计算工具和计算手段的限制，工科基础课程的教学中主要采纳的是经典分析的方法，其结果是，一方面，对于工程和生活中的实际问题，经常须要对其做大幅简化才能进行探讨，对数据进行过度处理才能便利手算，从而使
12、原问题大大失真。另一方面，有时方程推导出来了，可是又没法解出来，这样不仅给学生造成工科基础课程的学习难以解决工程和生活中的实际问题的错觉，而且影响了学生对某些问题的相识、理解与把握，束缚了学生对很多规律的进一步探讨与探讨。例如，在理论力学的动力学教学中，经常停留在得到的动力学微分方程(组)，而对这些动力学微分方程(组)的求解不作探讨，使学生无法了解系统初始条件和系统参数对系统动力学行为的影响。 近年来，随着计算机和计算技术的飞速发展，计算机协助分析已经越来越受到人们的重视，并广泛应用于很多工程领域，计算机协助分析技术同样也对工科基础课程教学内容的改革提出了新的挑战，带来了新的机遇。弱化过于依靠
13、技巧的解题方法，增加计算机求解程式化方法的介绍和计算机数值求解的应用，加强学生定性分析的实力和对计算结果正确性的推断实力，已经成为工科基础课程教学改革的必定趋势。在基础力学的教学实践中，学生利用软件MATLAB/Simulink供应的丰富强大的通用功能，可以敏捷自主、快速直观、简洁便利地构建和修改计算模型，求解手算难以求解甚至无法求解的非线性方程(组)和动力学微分方程(组)，定性推断计算结果正确与否，绘制有关曲线，探究问题的力学规律，达到“把繁琐的计算交给机器，把创建性的工作留给学生”的目的，从而为学生自主学习和探讨型学习供应了一个良好的平台，而且这种通用软件的驾驭对其他课程(如现代限制系统、
14、机械设计等)的学习探讨以及学生实力的培育无疑具有特别重要的意义，这就形成了课程之间的相互促进和相互提高。 三、努力改进教学方法，正确处理传统教学手段与现代教学手段的关系 教无定法，但教有常规。在工科基础课程的教学实践中，虽然不同的老师，不同的学生对不同的教学方法会有所偏好，但探究式、互动式、探讨式的教学方法越来越受到教化界的认可和学生的普遍欢迎。虽然现代教学手段的应用为老师供应了在课堂上呈现图像、动画、声音等多种媒体的可能，但对现代教学手段的合理运用，对教学内容的科学表达仍是一个值得关注的重要问题。 1教学手段应用应当传统与现代相结合 在课堂教学实践中，传统的教学手段是粉笔和黑板，其最大的优势
15、是敏捷，老师在课堂上可以依据学生的响应随时调整教学进程，或详或略，或快或慢，有的放矢。而现代教学手段是多媒体，其最大的优势是直观，借助多媒体可以生动形象地呈现书本和黑板无法表达的教学内容，或动画，或视频，或声音，多媒体的另一优势是可以节约老师板书的时间，大大提高讲课效率。因此在教学中必需依据学生的认知过程，将传统教学手段和现代教学手段有机结合、交替运用，扬长避短，充分发挥各自的优势，才能取得志向的教学效果。 我们在基础力学课程的教学实践表明，多媒体电子教案应当重点体现一个“精”字。文字叙述要精，尽量以条目或关键词的形式列出。动画的运用也要有一个“度”，以便给学生的想象留下肯定的空间，同时要尽可
16、能以仿真动画代替示意动画，如动力减振器的系统参数是确定其减振性能的重要因素，这时对应不同系统参数的仿真动画就比示意动画更能反映问题的实质，也更有劝服力，因而也更能加深学生对这一问题的理解。 2学习效果评价应当过程与结果相结合 对学生学习效果的评价是教学实践的又一重要环节，评价方法干脆影响教学效果。为此，我们在基础力学课程的教学中，采纳随堂测试的方法，刚好反馈学生对已讲授学问的理解和驾驭状况，了解学生的学习过程，并据此刚好调整教学进程，使得老师的教与学生的学同步、协调。实践表明，这一方法可以有效提高教学质量。适当强化学习效果的过程评价，弱化学习效果的结果评价，将学习效果的过程评价与结果评价有机结
17、合，并将课程学习探讨论文纳入学习效果评价之中，是我们开展基础力学课程探讨性教学的重要措施之一。 近两年来，作者在南京航空航天高校、清华高校等选择了多个教学班作为试点，开展基础力学课程探讨性教学的实践与探究，取得了令人满足的教学效果。在2022年实行的第六届全国周培源高校生力学竞赛中，来自南京航空航天高校试点班的一位同学取得了个人赛其次名的优异成果，在该校个人赛前五名中，有三人来自试点班。同时，我们也深知，如何将这些探讨性教学改革的成果由点推广到面，全面提高工科基础课程的教学质量，仍旧是一个有待进一步探讨和探讨的重要课题。 责任编辑：文和平 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页