余志紅

[摘要]本文分析了當(dāng)前中國(guó)的經(jīng)濟(jì)教育形勢(shì)和當(dāng)前高等教育理念以及當(dāng)前高校專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)面臨的問(wèn)題。文中提出利用先進(jìn)的信息化技術(shù)構(gòu)建適合本學(xué)科的教學(xué)體系，構(gòu)建課程教學(xué)知識(shí)庫(kù)，虛實(shí)結(jié)合的仿真實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)模式，解決了培養(yǎng)大面積學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力是受到空間、時(shí)間、設(shè)備、優(yōu)秀教學(xué)資源和師資力量的約束的難題。

[關(guān)鍵詞]虛擬仿真；教學(xué)模式；改革；工程力學(xué)

1當(dāng)前專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)面臨的問(wèn)題

力學(xué)課程是大學(xué)工科專業(yè)必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，有理論力學(xué)、材料力學(xué)等等，是后續(xù)專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)，主要訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力和抽象思維能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的基本技能。課程知識(shí)點(diǎn)多而且學(xué)生普遍感覺(jué)難學(xué)，積極性不高。對(duì)于大部分工科院校，專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)都面臨很多問(wèn)題。

1.1總學(xué)時(shí)的下降與學(xué)生整體素質(zhì)的下滑

在全面壓縮高?？偡值睦顺毕拢S多專業(yè)基礎(chǔ)課也面臨著學(xué)時(shí)的壓縮，在曾經(jīng)的精英培育時(shí)代，學(xué)生的數(shù)量少，當(dāng)時(shí)受高考入學(xué)率低的影響，考入大學(xué)的學(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)較高，學(xué)習(xí)的積極性較強(qiáng)。自1996年高校擴(kuò)招以來(lái)，學(xué)生上大學(xué)的比例增加了，學(xué)生的綜合素質(zhì)也比原來(lái)下降：學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，自主學(xué)習(xí)能力較低。同時(shí)國(guó)家又在不斷的呼吁要培養(yǎng)應(yīng)用型人才。應(yīng)用型人才是要加大實(shí)踐課程的分量，并非縮短學(xué)時(shí)。

1.2面向大面積學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量存在問(wèn)題

大面積學(xué)生的入學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就面臨著巨大的困難，實(shí)驗(yàn)室排的滿滿的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)針對(duì)性教學(xué)，很多時(shí)候?qū)W生只是照葫蘆畫瓢式的得出預(yù)知結(jié)論就算達(dá)到要求，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理，參數(shù)的調(diào)整等等完全沒(méi)有時(shí)間也沒(méi)有精力去深究，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量下降。

1.3面向大面積學(xué)生的的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)體系存在問(wèn)題

探究面向大面積學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量存在問(wèn)題的關(guān)鍵是教學(xué)過(guò)程、教學(xué)模式出了問(wèn)題?，F(xiàn)在很多教師還停留在PPT講授課程的形式，沒(méi)有形成課程的相關(guān)教學(xué)知識(shí)庫(kù)。教師的工作崗位調(diào)整、離職、退休都會(huì)影響到課程的教學(xué)。時(shí)代變了，我們的學(xué)生變了，但我們?nèi)匀谎永m(xù)當(dāng)年的精英教育法，卻總在埋怨學(xué)生不聽(tīng)話、不努力。

1.4理論與實(shí)際脫節(jié)

教師在授課過(guò)程中雖然通過(guò)大量的工程實(shí)例將理論與工程實(shí)際問(wèn)題相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)理論知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題的能力。但因課程信息量過(guò)大，為應(yīng)付考試，最終都演變成了套公式解題，學(xué)生雖然能夠用公式解題，但是無(wú)法將力學(xué)知識(shí)與工程實(shí)際結(jié)合起來(lái)。

2當(dāng)前形勢(shì)下專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)改革的思考

從前面的分析看到造成如上問(wèn)題的困境在于，一方面，面臨著大面積的學(xué)生、學(xué)時(shí)的減少；另一方面，社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求加大，要求學(xué)生畢業(yè)就有很強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐能力。這意味著教師在教學(xué)中要理論聯(lián)系實(shí)踐，而且要把這種思維方式應(yīng)用到畢業(yè)后的工作中。畢業(yè)生返校作交流時(shí)也經(jīng)常反饋說(shuō)學(xué)了很多知識(shí)，但在工作實(shí)踐中并不能有效地運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，這在很大程度上是由我們傳統(tǒng)的教學(xué)方式造成的。因此，我們有必要思考當(dāng)前形勢(shì)下專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)模式問(wèn)題，可嘗試從如下幾個(gè)方面去改革。

2.1利用先進(jìn)的信息化技術(shù)構(gòu)建適合本學(xué)科的教學(xué)體系，構(gòu)建課程教學(xué)知識(shí)庫(kù)

現(xiàn)在的學(xué)生獲取知識(shí)的能力比以前任何時(shí)候的學(xué)生都強(qiáng)。但是他們獲取的都是知識(shí)的碎片，沒(méi)有形成完整的體系框架。利用學(xué)生的這些優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)建適合本學(xué)科的教學(xué)體系，利用先進(jìn)的信息化技術(shù)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)在線平臺(tái)。在如今這樣一個(gè)知識(shí)爆炸的時(shí)代，教師拿著自己制作的PPT上課是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。必須依靠團(tuán)隊(duì)、依靠平臺(tái)，構(gòu)建一門課程的相關(guān)教學(xué)知識(shí)庫(kù)，音頻、視頻的應(yīng)用，知識(shí)點(diǎn)銜接的素材收集等等，每位任課教師都可以在平臺(tái)上充實(shí)內(nèi)容，時(shí)時(shí)更新，新教師可以隨時(shí)接手新課，在教課的過(guò)程中不斷推進(jìn)，這樣每門課程都可以成為精品課程。

2.2虛實(shí)結(jié)合的仿真實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)模式

必須要探究以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的教學(xué)模式和教學(xué)方法。利用虛實(shí)結(jié)合，開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)建以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)環(huán)境，建立培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵是創(chuàng)建培養(yǎng)大面積學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的教學(xué)模式，充分給與學(xué)生思考和動(dòng)手的機(jī)會(huì)。學(xué)生有了自主學(xué)習(xí)的能力，才能進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。然而，培養(yǎng)大面積學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力是受到空間、時(shí)間、設(shè)備、優(yōu)秀教學(xué)資源和師資力量的約束的。CAE技術(shù)的出現(xiàn)為這種局面打開(kāi)了一個(gè)缺口。使用CAE技術(shù)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行仿真可實(shí)現(xiàn)可視化的建模，改變參數(shù)獲取不同條件下的結(jié)果，得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，既保證了分析結(jié)果的可靠性還省去了復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。

2.3基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境

面向大面積學(xué)生開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性、研究性、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的設(shè)備、教學(xué)時(shí)間和師資力量。這也是高校改革的瓶頸。應(yīng)用發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和課程平臺(tái)，可以緩解教學(xué)中課程少、師資不夠的困擾，為大面積學(xué)生提供預(yù)習(xí)、自學(xué)并檢測(cè)的開(kāi)放模式。

（1）“基于組件”的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)

學(xué)生可自擬實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)自擬方案選擇實(shí)驗(yàn)儀器，完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)校提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)接口，得到實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)評(píng)判。

（2）基于虛擬仿真創(chuàng)建的自主預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)與自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)

不突破預(yù)習(xí)的環(huán)節(jié)，只能是照葫蘆畫瓢式的教學(xué)模式。而大面積學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是一個(gè)一直困擾的問(wèn)題，學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)原理、儀器運(yùn)行機(jī)理，卻跨越不了書(shū)本闡述的儀器和實(shí)際儀器之間的鴻溝。利用基于組件的仿真實(shí)驗(yàn)完成預(yù)習(xí)習(xí)題和儀器操作，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。

3教育改革效果分析

筆者自2006年以來(lái)教授力學(xué)課程以來(lái)，工程力學(xué)課程就從72學(xué)時(shí)縮短為48學(xué)時(shí)。于現(xiàn)在的學(xué)生，很多人沒(méi)有目的也談不上興趣，就是為考試為學(xué)分。但是對(duì)于他們感興趣的東西，他們會(huì)自主學(xué)習(xí)。我系基本實(shí)現(xiàn)了課程的團(tuán)隊(duì)教學(xué)，集體備課，共享資源，并從2013年開(kāi)始嘗試引入半仿真實(shí)驗(yàn)到課堂，引入CAE技術(shù)。

（1）在開(kāi)學(xué)初講緒論的時(shí)候就開(kāi)始，找出一些實(shí)際案例，作出大量動(dòng)畫，讓學(xué)生對(duì)我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，提出問(wèn)題并通過(guò)虛擬試驗(yàn)解決問(wèn)題，抓住他們的興趣。給他們CAE技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)。（2）CAE技術(shù)的引入和介紹。在進(jìn)行案例分析，動(dòng)畫演示時(shí)，經(jīng)常有意識(shí)地補(bǔ)充動(dòng)畫的制作軟件，在學(xué)生有了興趣后花點(diǎn)時(shí)間講解軟件的操作過(guò)程，并做一些簡(jiǎn)單介紹。然后讓學(xué)生熟悉軟件的使用，后續(xù)課程可以直接要求學(xué)生用軟件計(jì)算、處理結(jié)果。給他們講述當(dāng)前研究熱點(diǎn)與基礎(chǔ)原理的關(guān)聯(lián)度，使他們認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)的重要性，達(dá)到間接地提高了其學(xué)習(xí)理論知識(shí)的熱情的目的。（3）CAE技術(shù)的工程運(yùn)用——工程設(shè)計(jì)。對(duì)于一些對(duì)課程有濃厚興趣的同學(xué)，引導(dǎo)他們加入教師科研，從分析方案到建模到分析處理，讓他們真正去求解實(shí)際工程中的問(wèn)題，這樣在日后的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，他們也能夠很快上手，自主使用CAE工具完成工程問(wèn)題求解。例如理論力學(xué)中的四連桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)、牛頭刨床等許多同學(xué)根本就沒(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)際中的機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)關(guān)系、動(dòng)力關(guān)系很難理解。在講課的課程中，我引導(dǎo)學(xué)生課后使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)集合模型，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度和加速度等曲線，以動(dòng)畫的效果顯示分析結(jié)果，還可以方便的改變模型。課后，我們?cè)谄脚_(tái)上分享自己的仿真結(jié)果并展開(kāi)討論，鼓勵(lì)積極參與的同學(xué)。將半仿真融入課堂，學(xué)生從設(shè)計(jì)性、探究性實(shí)驗(yàn)或仿真實(shí)驗(yàn)中獲得了成就感，激發(fā)了他們的創(chuàng)新熱情。一學(xué)期下來(lái)，有大半同學(xué)都積極參與到課下的學(xué)習(xí)，既減輕了我的課堂教學(xué)壓力，學(xué)生還自主學(xué)習(xí)了一個(gè)有用的工程軟件。還有同學(xué)組成團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)了學(xué)校的學(xué)生科研課題，走上了科研之路。

在學(xué)期末，筆者就《工程力學(xué)》這門課程對(duì)任教的安全工程系2013級(jí)、2014級(jí)四個(gè)班的100余名學(xué)生進(jìn)行了方法改進(jìn)實(shí)施前后抽樣了調(diào)查。問(wèn)題設(shè)計(jì)到：（1）教師授課方式的接受程度；（2）課堂內(nèi)容的掌握程度；（3）課堂教學(xué)的趣味性和互動(dòng)情況；（4）自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)；（5）創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。對(duì)反饋回來(lái)的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如下表所示。

4結(jié)論

在當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)教育形勢(shì)下，以及高校專業(yè)基礎(chǔ)課面臨問(wèn)題分析的基礎(chǔ)上，筆者在專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革中，通過(guò)團(tuán)隊(duì)備課建設(shè)課程知識(shí)庫(kù)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境，虛實(shí)結(jié)合，引入CAE技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐等多種手段進(jìn)行改革，并通過(guò)兩級(jí)學(xué)生的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也提升了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力?？傊?，我們只有在不斷的改進(jìn)教學(xué)思路，不斷的學(xué)習(xí)思考，了解學(xué)生狀態(tài)的教學(xué)過(guò)程中才能更好的培養(yǎng)高素質(zhì)的具有工程實(shí)踐基礎(chǔ)的應(yīng)用型人才。

[責(zé)任編輯：王偉平]