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1.3高校教师一职多能,教学过程无法形成有效的PDCA循环PDCA是英语单词Plan(计划)、Do(执行)、Check(检查)和Action(处理)的第一个字母,PDCA循环就是按照这样的顺序进行质量管理,并且循环不止地进行下去的科学程序。教学质量的提高和教学目标的完成,贯穿于整个教学过程。教学过程包括教学目标、教学内容、教学方法、教学手段、教学测量、教学评价等等。在教学过程中使用PDCA循环:P-确定教学目标;D-在教学过程中所采用的教学手段和方法;C-教学效果评价;A-对教学过程中存在的问题进行改正,确保教学目标的完成。教师是整个教学过程的组织者,每个部分的完成都离不开教师,但在整个教学过程中由于高校教师一职多能的特点,导致无法有效对教学过程进行组织,在PDCA循环中缺失环节,导致无法对教学质量进行有效控制,达不到预期效果。
2工程力学课程改革的研究
工程力学课程的定位,决定了课程的重要性,作为土木工程专业学生来说需要熟练掌握。所以针对所提出的问题,提出一些改革建议,以供参考。
2.1教学内容的改革工程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。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。
2.2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。
2.3教学模式的改革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。
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对于教学中存在的问题,要及时的解决,使用先进的教材,引进先进的仪器设备,对老师进行在职培训,提高老师的实际操作能力,促进教学质量的提高。
2.1使用与教学目标相符的教材
根据学校学科自身的特点选择适合的教材,优化教材的内容,使教学内容更加具体,更加系统。采用偏向实践的教材,进行操作技术的讲解,体现学科的实用性。教材要采用先进的传媒形式,利用多媒体教学,使教学内容更加生动,提高课堂的效率。教学内容要及时进行更新,要跟得上社会体制与信息技术的发展,增强学生对先进技术的了解。
2.2加大设备投资,加强设备的管理
学校要及时购进最先进的测量仪器,让学生掌握先进仪器的使用。添置测量仪器,保证仪器可以供学生使用,让学生掌握仪器使用的技巧。对于测量仪器数量较少的学校,要进行合理地配置,让学生可以高效的使用,锻炼学生的动手能力。定期对设备仪器进行维修,保证仪器的正常使用,提高课堂效率。
2.3提升教师的专业素质
学校要加强对老师的培训,提高教师的专业素质,弥补教师实践能力较低的不足。吸收一些具有实际经验的教师,增强教师队伍的整体素质。可以利用假期的时间,将老师分配到实际工作单位,让老师掌握最先进的操作技术。加强对外交流,安排教师到相关的院校进行学习与培训,向学生传授最先进的理论技术。教师进行教学方法的改变与创新,激发学生的创新能力,进行仪器展示与使用讲解,提高课堂效率。
2.4提高学生的实践能力
中职是一种特殊的学校,接收的学生多是初中毕业,或是初中还未毕业,是为了学习一门技术。学生的基础较差,尤其是数学上的知识,对一些函数的了解较少,在土木工程测量应用讲授时有一定的困难,要结合学生的自身特点,进行知识的讲解。教师要发挥学生的主体地位,充分调动学生的积极性,激发学生对于土木工程学习的兴趣。教学时,要注意留给学生充分的时间,老师讲授完理论知识后,让学生及时地进行练习,趁热打铁,让学生把握操作技术。
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教授提出土力学的三大特点:1.基础性:从20世纪30年代以来,土力学的经典理论及方法并没有太大的变化;2.时代性:土力学的应用已经不局限于建筑工程,而开始向环境、抗灾等其他领域拓展;3.实践性:学科与工程实践联系紧密。首先,土力学的理论知识结构比较散碎,但可以总结为图1的框架,其中三个特性:土的散碎性、土的多相性、地质历史形成的变异性;三个工程问题:强度、变形、渗流;三大理论:摩尔-库伦强度理论、有效应力理论、达西定律。图1其次,土力学是一门特别重视实践的学科。在《岩土工程50讲》一书中,李广信教授认为土力学本身是一门实用的学科,认为土力学的问题不能完全依靠数学或者物理力学的“模型”来解决,而且要经常依靠动手试验、现场认知、案例研究这些联系实际的方式提高学习质量。朱炳寅教授也提出类似的观点:“地基的沉降量不应该完全依赖于计算,在地基沉降量的确定过程中,工程经验往往比理论计算更重要,有时甚至是决定性的因素。”在他的著作中也反复强调案例分析、经验积累的重要性。
三、教学思路及教学建议
学习内容上,对于本科学生来讲,土力学的学习目的是为了在未来的实践工作中应用到勘察、设计、施工以及工程事故的处理当中,然而限于课时往往无法具体深入学习,学习的重点就侧重在三大理论和基本问题的计算、解决思路上。对于其他实践应用的内容,酌情安排课时,例如挡土墙、独立基础设计等常见的专业内容可以安排成大作业或者课程设计,对于更复杂的应用则适当删减。教学方法上,以培养动手能力为目标的土力学专业教育,应该从以下方面入手:
(1)重视基本概念和知识框架
当前大学生普遍存在着急功近利的学习风气,具体表现就在重应用轻理论,土力学虽然必须重视实践,但仍然强调“从实践中来”的理论总结;另一方面,目前的土力学教材编写质量良莠不齐,如何带领学生清晰地、正确地认识土力学的知识体系和重要概念,就是教学的首要任务,如有必要,建议可以在阶段性学习完成后回过头来再复习一遍绪论部分。
(2)及时引入基础试验教学
土力学基本理论的理解离不开实验课程,而部分教师为了方便教学,将实验课程和讲授课程各自集中安排,学生在理论学习和实践之间人为地多出一段空白期,不利于理论知识的及时消化,得不偿失。建议及时安排相关的实验课程,例如在讲到达西定律的时候,就开始常水头渗透试验的准备工作,待试验结束以后,再继续其他章节的学习。
(3)理解规范但不要敬畏规范
规范在我们国家的建筑业中具有十分特殊的地位,而且多具有强制性。笔者认为对于土力学学习来讲,应避免学生过早接触规范,主要原因是规范普遍存在着保守、过细的问题,它的编制是为了工程技术人员在实际工程中快速掌握及使用的,过早接触会限制学生创新思路和好奇心。另外规范在课程设计和使用的过程中,也要注意向学生强调规范的局限性,避免对规范的盲目推崇。
(4)“大作业+小组讨论”代替单打独斗的课程设计
课程设计是土木工程许多专业课的重要环节,目前许多课程设计采用的仍然是“一人一份”的方式,但笔者观察“结构设计大赛”等各种团队竞赛的效果后认为,团队形式带来了相互竞争、相互交流、相互激励的学习氛围,而且这也符合目前实际工作中的专业分工方式,可以培养学生的团队精神。
(5)注重案例分析和理论应用实际
案例分析作为土力学学习的重要途径要得到教师的重视,这是激发学生学习兴趣、理论联系实际的重要途径。目前国内建设工程众多,高校周边有很多的实例资源,可以通过实地参观、全程跟踪等方式学习地基、基础的设计和施工,也可以对已经发生的相关工程事故进行小组讨论,引导学生将理论知识与实际挂钩,或者采用课堂汇报的方式安排案例分析课程都是很好的途径。
(6)注重计算机应用
目前在国内的土力学教材中,部分教材仍附有“地基附加应力计算表”等表格,以方便学生进行手工计算,但不论是从实际工作中还是国外的教学发展来看,计算机软件应用是明显的方向,应该鼓励学生在课后作业中使用EXCEL编写简单的计算式进行计算,课后学习ABAQUS、ANSYS或者国内的理正等软件,将计算结果进行对比,指导分析其中出现差异的原因,拓宽学生的专业视角。
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1.境内社会实践的实施
目前已经有三届学生在大一暑期分赴省内签订的几家校企联合培养的卓越工程师培养企业进行为期一周的社会实践。每天接触不同的人,不同的部门,通过讲座、采访和亲身体验等形式,学生收获很大。由于学生在学校里学的都是书本上的知识,对课外的实际运用情况所知甚微,通过实践,可以了解学校外面的建筑行业的现状。学生反映最大的体会是懂得社会需要什么样的优秀人才,明白了储备丰富技能的必要性,知道接下来三年的大学生活该怎样去规划了。同时也体会到作为职业工程师应该具有的责任感和使命感,学会了与人沟通的技巧等。
2.境外工程体验的实施
目前已经有两届学生在大二暑期赴香港参加为期1周的境外工程体验。著名的国际顾问有限公司和建筑集团有限公司是境外实习的校外实践单位,为此校企双方经过多次讨论后拟定了实习的详细计划和实施办法,目前已经形成了一套标准模式。实习内容涉及土木工程各个领域的设计、施工、管理工程项目。与现场工程师的交流,不仅在专业领域扩宽了学生的视野,同时也对学生的职业生涯发展提出了很好的建议;在建设项目工地调研时,学生先后参观了海港净化工程、昂船洲污水处理厂、港珠澳大桥、西九龙高铁站等建设项目工地,在与工程师和工人的交流中,学生接触到很多从来没有接触过的知识。此外,学生还参观了由香港政府引导的推广节能、环保等理念的“零碳天地”。学生大开眼界,见识了香港先进的施工设备和高效的施工方法、成熟的管理措施、先进的设计理念、超前的环保意识和可持续发展观,为今后学习和工作建立了更明确的目标。这些实习的经验将会为今后境外实习打下基础。
3.生产实习的实施
生产实习安排在大三暑假,刚好上完土木工程施工课程,为期5周。学生以一个基层技术或管理人员助手的身份参加实习工作,与现场施工技术人员同吃同住。只要工地选择合适,实习期间基本能经历测量放线、绑扎钢筋、模板工程、混凝土工程及部分砌筑工程施工的实践过程,学习各工种的施工技术和施工组织管理方法,学习和应用有关工程施工规范及质量检验评定标准,学习施工过程中对施工事故的处理方法,学习阅读施工图纸和文件,还学习一些工程概预算的相关知识。通过施工实习,学生理解了如何将书本中的理论知识与实际工程结合起来,工程实际中不能死套书本知识,而是要举一反三,根据实际情况采取解决措施。实际施工现场远比书本上来得复杂,要做一个合格的施工管理人员,只有在现场慢慢积累经验、虚心求教、耐心聆听、灵活变通、和工地上的各方协调好关系才能保证工程的顺利进行。通过施工实习,也磨练了学生的意志,锻炼了学生在艰苦环境下的生存能力和工作能力。
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CDIO模式注重系统的能力的培养和工程素质的提高,得到了产业界的充分肯定。2005年燕山大学机械工程学院带头进行CDIO教学改革。里仁学院也紧跟步伐,根据我院的教学特色,重新审视传统的教学过程,反思其重理论轻实践的教学效果,开展了基于CDIO的工程图学教学改革,进行了一系列的探索和实践。
1.重建CDIO特色的课程体系,结合社会需求确定教学内容。图样是设计制造等各环节的重要技术资料,是工程界进行技术交流的语言,是每个工程技术人员必须掌握的基本技能。学生经过长时间的大学教育,毕业后所具备的技术知识专业能力和工程素质,要能直接拿来为企业服务,得到社会的认可。如果教学过程只是纸上谈兵的过程,学生便不能把学到的知识灵活地运用到工程实践中,不了解实践中工程技术上的设计思路零件结构的合理性实际操作的方便性图样表达和尺寸标注的完整性等。设计是为制造服务,制造是设计的后续。一个设计作品如果不能或难以制造出来,则只能是一个毫无意义的作品。因此,我们应该从工程实际出发,减少投影基础理论相贯线标准件等知识,加强工程上最常用的构型能力图样表达能力绘制和阅读工程图样的能力计算机绘图能力等教学内容,注重能力的培养,重建基于CDIO理念的与生产实际相结合的课程体系。
2.从产品设计制造出发,引入特色三级项目,融入CDIO理念。以本教学改革使用的传动器为例,在学期初便把传动器展现给学生,在学习表达方法时,让学生自主讨论设计各个零件的表达方法;在学习零件图的过程中,结合零件的实际应用,再优化各个零件的表达方案,并使标注的尺寸能够满足设计和加工工艺要求,标注出设计制造检验等方面的技术要求;在学习装配图的过程中,根据传动器的工作原理和装配关系,分析研讨装配图的表达方案,并绘制出传动器的装配图。这一过程主要由学习小组自主完成,小组代表陈述,学生集体讨论,教师给以适当的引导并做出点评。最后,完成设计说明书,并制作PPT进行答辩,由各小组组长评定打分。整个过程中,充分调动学生对工程实际的好奇心,引导学生在实践中自主学习,潜移默化地提高了自学能力。在此过程中培养学生的团队合作能力,以及学生的工程意识和对产品负责的观念,培养耐心细致严肃认真的工作作风。学生充分认识到了现在所学知识的重要性,更激发了对本学科学习的热情。
3.突出实践性,注重理论与实践的结合。工程图学是一门与工程实践紧密结合的课程,根据工程实例加工过程工艺结构等,对学生进行基本理论的讲解,培养工程素质,促进理论与实践的结合。例如,在讲解内螺纹孔的规定画法时,结合内螺纹盲孔的加工过程的动画,会激发学生的兴趣,更好地理解这些规定画法。第一步:用钻头钻孔,形成直径为0.85D的光孔,因为钻头的因素,产生1188的锥角,为作图方便,可简化画成1208,如图1图2所示;第二步:攻丝,形成大径为D的内螺纹孔,因为丝锥不能攻到底,所以需要画出0.5D的攻丝余量。结合生产实践,使学生在学习这些规定画法时,不是枯燥乏味地死记硬背,而是能更透彻地理解规定画法,从而能更好地记住和运用这些规定画法。
4.丰富教学手段,优化基于CDIO理念的教学环境。针对不同的教学内容和要求,使用黑板与多媒体相结合的教学手段。在徒手绘制典型例题的解题过程中,把教师的思维过程展示给大家,并根据学生的反馈调整教学方法与讲解进度,促进教师与学生的互动,营造活跃的学习气氛。多媒体课件的应用丰富了教学内容,并结合多媒体动画,把一些装配仿真过程等直观地展现在学生面前。充分应用模型室的实物模型,并应用计算机三维构型软件,建立虚拟模型。虚拟模型作为实物模型的补充,大大丰富了模型资源,克服了传统实物模型室时间和空间上的限制,改善了工程图学教学环境。另外,给学生观看典型零件的加工视频焊接过程视频铸造过程视频等,有助于学生开阔工程视野,优化工程图学的教学环境,保证CDIO教学理念在实际教学中的融合。
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2013年,南昌大学与其他兄弟院校编写出版了教材《土木工程材料》。新编教材充分考虑到现有教材的不足,强化混凝土章节内容,增加了轻质混凝土、高性能混凝土、纤维混凝土、再生混凝土、大体积混凝土、喷射混凝土、活性粉末混凝土等新型混凝土的相关知识;根据实际教学情况,弱化部分章节,将石材、木材、合成高分子材料等章节内容进行相应删减;紧跟土木工程材料发展趋势,增加建筑节能材料章节;设置案例,在各章节中多设案例,引导学生用理论知识分析问题,与实践相结合。
(二)授课内容编排
根据土木工程材料课程特点,对授课内容进行重新编排,力求做到以下几点:突出重点内容,授课时以水泥、混凝土、沥青、沥青混合料为主要重点,以土木工程材料基本性质、气硬性胶凝材料、建筑钢材、新型墙体材料、建筑节能材料为次要重点,同时兼顾建筑功能材料、合成高分子材料、砂浆、石材、木材等;体现专业特点,注意授课内容与不同专业方向的有机融合,土木工程工民建方向专业重点突出水泥与混凝土的内容,土木工程道桥方向专业则要求掌握沥青混合料的配合比设计;水利水电工程专业则要求详细讲解大体积混凝土及其施工;紧跟土木工程材料发展趋势,更新教学内容,授课时将土木工程新材料(如新型混凝土、新型墙体材料)、新技术(如隧道盾构技术、大型混凝土构件预制技术)以及教师自身科研课题成果引入课堂教学中;结合工程应用,将国内外典型工程(如新型混凝土技术在三峡大坝、杭州湾跨海大桥应用)融入课堂教学中。
(三)课时分配
土木工程材料课程是一门理论性、实践性、实验性都非常强的课程,而土木工程材料课程的学时有限,在教学中合理分配课时是保证土木工程材料课程教学质量的关键。南昌大学的土木工程材料课程共48学时,其中课堂授课32学时,实践2学时,实验14学时。
二、教学模式的构建
目前,土木工程材料课程的教学模式一般包括理论教学和实验教学两部分。笔者在重视理论教学的基础上,强调提高学生的实验实践能力。在土木工程材料课程中,除进行理论教学和实验教学改革外,还适当增加了实践教学环节。
(一)理论教学
土木工程材料课程需要让学生了解并掌握土木工程材料的组成、结构、生产、工艺、性能与应用的基本理论知识,为此,有必要将木工程材料课程的基本理论知识重组为土木工程材料的组成与结构、生产与工艺、性能与应用三大块进行统一讲授。同时可采用多媒体结合板书的方法进行理论教学,以达到缩减课时、增强教学效果的目的。
(二)实验教学
土木工程材料课程中现有的实验项目基本上是验证性实验,难以激发学生的学习兴趣和研究热情,因此在实验教学改革时,除了开展水泥实验、砂石实验、普通混凝土实验、沥青实验等验证性实验外,还设计了综合性实验和创新性实验。综合性实验是在设定原材料的基础上,进行不同强度等级、不同坍落度要求的高性能混凝土实验。创新性实验是让学生自选材料和自行设计实验。创新性实验前先将学生分为3~4个组并确定实验题目,要求小组同学查阅资料、集中讨论后完成创新性实验,比如减水剂与水泥相容性实验、缓凝剂对混凝土凝结时间影响实验、不同等级矿物掺合料对混凝土强度影响实验等。通过开展综合性实验和创新性实验,激发学生的研究热情,提高学生的自学能力。
(三)实践教学
在理论教学和实验教学的基础上,积极进行土木工程材料课程实践教学的探索与实践。组织学生到预拌混凝土搅拌站了解混凝土的生产运输过程,认知新拌混凝土的和易性,熟悉混凝土配合比设计,或组织学生到施工现场见识混凝土的浇注养护,了解建筑钢材的性能和加工,实现理性认识到感性认识的提升,从而大大提高了教学效果。
三、教学方法的改革
在教学方法上,土木工程材料课程教师在课堂上一般采用多媒体和板书相结合的授课方式进行教学,学生基本上都是被动接受知识,很少对土木工程材料进行更深入的思考。鉴于这一缺陷,笔者在课堂教学中,增加视频播放与课堂讨论环节,提供了网络辅助教学,完善考核方法。
(一)视频播放与课堂讨论
为让学生对土木工程材料的研究和发展有更深入的了解,特别是引导学生对土木工程材料进行更深层次的思考,笔者充分利用多年从事教学和科研工作的优势,特别制作了一段50分钟左右关于材料在仿生、智能领域研究和发展的视频资料,要求学生提前自行观看,同时在课堂上也组织学生利用1个学时观看视频资料,之后用1个学时让学生走上讲台发表观后感想。
(二)网络辅助教学
网络辅助教学是高校数字化建设的重要体现,也是教师授课质量评价的重要组成部分。网络辅助教学为学生与教师之间搭建了一个很好的交流平台。教师可将很多相关的文档、幻灯片、视频资料上传到网络辅助教学平台上,让学生自行下载。学生也可在网络辅助教学平台向教师提问,教师可定期查看和回答学生问题。在教学方法上,网络辅助教学是对课堂授课方式的一种补充。
(三)考核方法
土木工程材料课程考核方法采用课堂考勤与课堂讨论、实验实践(报告)、期中考试(开卷)、期末考试(闭卷)四种形式相结合的全程考核方法,其中四种形式占总成绩的比例分别为15%、15%、20%和50%。四种形式相结合的全程考核方法,注重培养学生的自主学习能力和独立思考能力,全面评价学生的学习水平和课程的教学效果,对改变传统的一考定成绩、加强教学过程管理、分阶段检验教学效果、改革考试方法具有积极的意义。
四、教学改革的效果评价
土木工程材料课程经过上述教学内容、教学模式、教学方法的改革,可以让学生更好地掌握土木工程材料的理论知识,强化学生的自学能力,增强学生科研动手能力,提高学生创新能力,取得了良好的效果。
(1)授课内容
教师讲课内容有主次之分,学生学习理论知识不仅简单轻松,而且也更有针对性。对此教师可以适当减少理论课时,让学生有更多的时间进行实验实践。
(2)上课形式
在课堂上播放相关视频并进行课堂讨论,引导学生自主学习并积极发言,既能提高学生的表达能力,也能帮助学生对土木工程材料发展进行更深层次的思考,激发学生的创新思维,有利于学生养成独立思考问题的习惯。
(3)实验实践环节
除了部分验证性实验项目之外,还增设了综合性实验和创新性实验。综合性实验可以让学生在最短的时间内见识到各种不同要求的混凝土,创新性实验可以激发学生的研究热情。
(4)考核方法
采用上述四种形式相结合的全程考核方法,提高了学生上课的积极性,也有利于全面评价学生的学习水平和课程学习效果。
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(二)“水土保持工程学”课程实践教学存在的问题
云南农业大学“水土保持工程学”课程实践教学取得了一定的成效,但是还存在一系列需要改进和提高的地方:实践教学流于形式,未达到真正的教学目标;实践教学保障机制与教学评价体系不健全;等等。以上问题影响了本课程实践教学的开展,需要进一步加强研究,予以解决。
二、“水土保持工程学”课程实践教学设计的探索
在借鉴其他院校水土保持专业课程实践教学经验的基础上,立足本校的教学环境,充分考虑学生的实际需求,提出该门课程实践教学设计如下:以社会需要为目标,以学校及学生实际为出发点,组织开展相关的教学实践;课上实践与课下实践齐头并进,组织开展与专业学习、课外科技有关的科研活动和生产实践活动。
(一)教学重点与教学要求
通过该课程的学习与实践,学生能够了解和掌握常见水土保持工程措施的原理、布局、结构、功能特点、断面尺寸、CAD制图、建筑材料、稳定分析等内容,并且能在实际操作中运用。实践教学过程中我们应从以下几方面来努力:一是以社会需求为导向,将水土保持工程相关的国家规范、行业标准充实到教学内容中;二是不断补充本学科的前沿知识,重视水土保持一些关键技术的应用,如水土流失区面源污染控制与环境整治技术,开发建设项目水土流失防治技术,水土保持新材料、新工艺、新技术等;三是以水土保持单位的实训项目作为教学实例,教会学生如何学以致用;四是以生态文明建设为目标,注重流域或区域水土资源的保护、改良与合理利用,将一些“生态”工程措施的理念与设计补充进教学实践中;五是以够用为原则,简化知识,减轻学生的学习负担,只要学习在实际工程设计与施工中常见的问题即可;六是以开发建设水土流失的防治措施设计为重点,如拦渣工程、降雨蓄渗工程、临时防护工程等,鼓励学生开展相关实践学习。
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2转变观念,应对网络环境所带来的变化与挑战
2.1网络技术的发展和在教育上的应用促进教育的回归
1)由重“才”向重“人”回归。学校教育的根本目的之一在于培养满足社会健康发展所需求的合格人才。其中,“人”是根本,人与才的关系是“皮毛”关系。也就是说,教育首先要做的是将“自然人”培养成为符合社会道德规范要求的“社会人”,而不是仅有才能而缺乏道德良知和社会责任的“工具人”。但遗憾的是,教育在发展中却偏离了其本质目标。一味地输灌知识,培训技能,结果是教育看似轰轰烈烈地发展了,而由于学生人格缺陷所导致的一些极端行为和社会道德滑坡等社会问题却也越来越严重。正所谓“皮之不存毛将焉附”,网络教育的发展让我们能够站在一个教育发展的新视角来重新审视和反思过去的教育目标、教育模式和教育评价体系,促使我们的教育重新回归到先做人后成才的正确轨道上来。土木工程相关专业是为社会培养合格的建设技术人才和管理人才的。学生不但要有过硬的专业知识和技能,更要有高尚的道德修养和职业操守,经他们之手的建筑都应该是合格工程和良心工程。
2)由重“教”向重“学”回归。教和学的关系问题是一个教育界长期讨论的问题。笔者认为,在教学中,“学”是根本,学既是教的起点,也是教的归宿。就学生个体的成长而言,学习是内因,教育是外因,我们无法让石头孵出小鸡,同样,在教育过程中,教因为学才有意义。因此,学是教的前提和基础。同时,正如叶圣陶先生所说的,“教”是为了“不教”,也就是能自主地学。因此,能自主地学是教的目的。网络环境下的教学中,学生的主体地位凸显,传统课堂教学中以教师“教”为主的教学模式必然会被网络教学中以学生“学”为主的教学模式取代。随着近年来我国经济建设的持续快速发展,建筑规模不断扩大,建筑技术不断更新。作为建设者,其专业知识和技能也必须不断更新和提升才能适应形势的发展,而网络学习加上工程实践给其自主学习提供了前所未有的便捷途径。
3)由重“知”向重“行”回归。学习的本质是“知行合一”,学习的目的在于“学以致用”。现代信息网络技术的飞速发展使得信息资讯与知识的传播和获取变得空前容易。但学习者如果仍然仅仅满足于获取知识和储存知识,显然在日益激烈的竞争中已毫无优势。而只有跨越“知行鸿沟”,将获取的知识转化为解决实际问题的技能才是制胜之道。因此,网络教育的发展促使传统学习“以学为主”向“以习为主”的方向发展,即由传统教学中重“知”向网络教学中重“行”的学习本质回归。作为培养建设技术人才和管理人才的高等土木工程相关专业,同样要注重工程实践环节,除了强化课内的实习、实训,还要加强校企合作,鼓励学生利用课余时间参加各种形式的工程实践活动,使学以致用,达到知行合一的学习目的。
4)由重“填”向重“导”回归。传统课堂教学以“填鸭式”为主。因其既不符合学习的心理规律,也不利于学习者的知行转化,因此其效率极其低下,长期以来也备受大众的诟病,但却难以有所改善。而网络教学的发展却为这种转变带来了曙光。因为学生和学习变成了真正的教学主角。学生的自主性和能动性得到充分发挥,学生自主地“吃”而不再需要教师主观地“喂”了。因此,教师需要更加注重学生学习方法、学习能力的培养,引导学生进行高效地自主学习,并通过积极反馈不断激发学生的学习动机,帮助学生顺利实现学习目标。
2.2网络教育促进教师角色的转变传统教学中,教师是事实上的主角,从课堂教学的内容选择到授课形式,以及教学进度的安排等等,都是由教师控制的,而学生都是处于被动接受的从属地位。网络课程则充分尊重学生的自主性和个别性:由学生自主设立学习目标,自主选择学习内容,自主安排学习进度。随着网络课程资源不断丰富和完善,教师则更多地充当学生的学习顾问和导师的角色。这要求教师不但要有完善的知识结构,包括专业知识,教育学知识,网络多媒体知识等,作为指导者,还要有较高的思想境界和指导艺术,这也是教师自我成长和发展的方向。充分认识网络教育的特点,主动顺应形势要求,自觉完成为师者的角色转变是当前教育者面临的重要课题。
3操作层面上网络环境下的教与学
3.1做中学网络技术发展太快,而网络教育教学理论的形成和完善则需要一个漫长的积累过程。但本质上,理论源之于实践,用之于实践。因此,“做中学”就成为当前网络教育的最佳选择。先做起来,在做的过程中不断总结经验,完善理论。然后再用相对完善的理论指导网络教学实践,使网络环境下的教与学不断完善和成熟。而如果只是一味地等待和观望,想等待别人提供现成的网络教学技术和理论再行动,那么就很可能坐失良机。毕竟时不我待,机会稍纵即逝,特别是在这样一个飞速发展的时代。
3.2完善“知识图谱”网络学习的特点之一是便捷,随时随地,互联共享。工作中、生活中遇到问题随时通过网络求助和学习予以解决。因此,网络学习更适合以直接应用为目的的学习。一方面,这种学习时间上往往是零散随机的,另一方面要求网络提供的学习资源要实用、完整、精简。如“微课程”(microlecture)就是一种近年发展起来的有效的网络学习资源。但从学习的本质看,知识结构体系的构建和完善才是最重要的。这就与零碎的“快餐式”学习产生了矛盾。要解决这个矛盾,笔者认为,“知识图谱”不可缺少。知识图谱(ScientificKnowledgeMap)是显示科学知识的结构关系与发展进程的一种图示。通过可视化的知识图谱,零碎的知识就成为了某知识结构体系中的元素或单元,就与其他知识单元建立起了关联,其应用和发展就有了根据。因此,网络课程的设计与创建中,应重视相应的知识图谱的建构。有了知识图谱,学习者虽然在特定的学习中只是了解某个知识单元,但该知识单元在某学科结构中的空间位置、与其他知识单元的关系,以及其可能的发展趋势等就都一目了然了。这有利于引导学习者通过网络学习建构和完善自己的学科知识结构。
3.3学校教育与网络教育的互补在知识经济时代终身学习的背景下,网络教育以其特有的优势对传统教育产生冲击是必然的。但这并不意味着,网络教育会完全替代传统学校教育。毕竟学校教育还有着网络教育所不及的优势。“环境浸染”就是一种网络教育无法替代的教育方式。学生通过生活其中而潜移默化,这被学习心理学家称为“社会学习”。环境育人是学校这个特殊环境本身所具有的功能之一。因此,良好学术氛围,人文关怀、友爱的师生和同伴关系,以及积极向上的学习气氛等都将在无形中影响甚至塑造学习者的人格特质,这是无法仅仅通过网络学习一些知识所能够获得的。再如,有些基础性知识同样也是需要学习者通过学校的系统教学才能打好基础的,紧靠网络的“快餐式”教育难免会使个人的整体知识结构“营养不良”。因此,网络环境下,教育者和学习者都应充分认识并发挥网络教育和传统学校教育的各自优势,使其互为补充,共同承担起未来教育的伟大使命。
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1.2可开设专业软件技术应用的课程
土木工程路桥方向可开设软件技术应用的课程很多,根据市场需求情况,主要有以下几类。
1.2.1道路桥梁方向设计类课程
路桥类可开设软件应用的课程主要有:道路勘测设计,桥梁工程,路基路面工程,专业软件具体又分道路和桥梁计算机辅助设计软件系统两种类型。目前国际主流道路辅助设计软件主要有:CARD/1,Bently,Civil3D。国内常见的道路辅助设计软件主要有:纬地三维道路设计系统,路线大师,EICAD,海地,天正市政道路,鸿业市政道路及路面结构HTDS2003。国内常见的桥梁辅助设计软件主要有:桥梁博士,桥梁大师,桥梁通等等。
1.2.2道路桥梁施工组织及造价类课程
工程施工组织及工程造价类可开设软件应用的课程主要有:土木工程施工,建设工程造价,工程造价管理,工程合同管理,工程招投标等课程。专业软件主要有:同望公路造价软件、海德纵横公路工程造价软件、广联达系列软件、上海鲁班系列软件、清华斯维尔系列软件、神机妙算软件、南京未来清单软件等等。
1.3存在的问题及原因分析
社会上存在的工程类软件如此之多,各个地区及企业的实际情况不同,对软件的购买也不一样。各大高校对于软件的购买以及开设相关课程,也是针对学生就业市场需求,以及学校年度设备采购计划而定。对于高校中,要熟练地掌握这些软件需要学生在课后花费较多的时间去练习,而这往往是很多学生不愿做的,只要教师不作硬性规定或要求,主动学习和应用这些软件的学生凤毛麟角。因此,直到大学毕业,真正能够掌握或部分掌握这些软件的学生极少[3]。鉴于以上的情况,高校路桥方向开设软件信息技术类课程,主要还存在着以下几方面问题。
1.3.1现有软件开发合作不理想
现有软件开发缺乏统一部门的管理,从而导致很多软件功能基本相同,只是适用地区不一样。同时,很多软件公司里面的员工大多数是计算机等专业出身,对工程实际并不很熟悉,从而设计开发出来的软件,在处理真正的工程实际时,会产生一些偏差。
1.3.2教学资源及人才的缺乏
各大高校中的教师,绝大部分是本科—硕士—博士毕业而来,教学经验虽然非常丰富,实际工程经验相对较差,因此教学缺乏与工程实际接轨。
1.3.3学生的主动学习意识还不强
学生在校阶段的学习时间非常有限,对于软件应用类的课程,必须要求学习者经常上机操作,熟能生巧,应用软件来解决实际工程图纸中的问题,这样,软件应用能力才能不断得到提高。
1.3.4地区行业标准相对独立
由于不同的地区有不同的建筑行业标准,这就使得教师在训练学生软件操作时,必须选择采用某一个省份的地区定额作为教学需求,很多教师都是选择学校所在地的省份的定额,但学生来自全国各地,因此,当学生毕业后如果回到家乡,对于工程软件部分就必须按照工程所在地的操作来进行。
2提高专业软件化程度的措施
2.1高校方面
1)高校工程管理专业编制教学计划的时候,就应该充分考虑,在满足学生修满学分,不额外增加学生学习压力的前提下,开设专门的软件应用课程,而不是仅仅在课程设计或毕业设计的时候集中培训。2)对于软件的选择,高校在购买软件的时候,要充分考虑市场对软件的评价或用户的多少,而不能单纯考虑价格,尽量购买专业方向的主流软件。我校在充分调研论证的基础上,先后购买了有关专业软件。如天正建筑CAD、鲁班系列软件、PKPM系列软件,EICAD,桥梁博士。为我院土木工程专业路桥方向学生全面提高计算机专业软件应用能力和水平,实现理论与应用有机结合,路桥方向应用型实践教学体系改革奠定了基础。3)机房的管理。专业教研室应建立自己的专业机房,同时配备专业的维护人员。4)教师培训。学校应鼓励教师参加各种软件培训,然后服务于教学。5)积极参加各种软件开发商举办的高等院校软件竞赛。目的不是在于获得奖励,主要是能和其他兄弟院校的学生同台竞争,从而找出自己的差距。6)校企共建“双师”结构的实践教学团队。通过引进、培养补充紧缺专业人才,加强专业带头人培养和骨干教师队伍建设,强化“双师结构”教师队伍建设。7)加强实习基地建设,提高生产实习、毕业实习和毕业设计水平。
2.2学生方面
1)鼓励学生认真学习路桥方向各种软件,而不是仅仅为了应付考试,因此,对于软件课程的考核,不应采取课堂考试的形式,可采取机房上机考试,或者布置大作业的形式,让学生充分思考后独立完成,才能达到应有的教学效果。目前,计算机辅助设计已广泛应用于土木工程领域,在毕业设计中加入计算机辅助设计的内容,是提高毕业设计质量与学生计算机应用能力的重要途径[4]。我院根据教改项目的构思,在毕业设计中加入了专业软件应用。目前已经在2013,2014届毕业设计中实施,同时计划在往后的毕业设计中进一步加大专业软件的应用。通过毕业设计环节的锻炼,学生专业软件应用能力得到很大提高。2)学工部组织成立软件应用兴趣小组或社团,让学生充分了解软件信息后,才会更认真的学习。3)鼓励学生报名参加各种软件竞赛,走出校园,了解其他兄弟院校的同学情况。同时,对于获奖的学生,应给予表彰。
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通过以上详细的调查和对比分析,目前土木工程地质教学仍存在以下问题:
1、土木工程地质教材的使用各自为政。目前各个高校使用的教材基本上是各自高校的老师根据自己的讲义编排而成,缺乏一个统一的标准,因而导致经典精品教材较少。单从教材的题目上足可看出目前教材缺乏统一性和协调性。例如中南大学所用的教材为《土木工程地质概论》,浙江大学的教材题名为《土力学与工程地质》,石家庄铁道大学所用教材题名为《工程地质学基础》等。
2、在教学内容上与其它课程交叉重复,无法突出本门课程的特色。工程地质是一门基础课程,是岩土工程、隧道工程等课程学习的基础,因此,由于与其它学科老师交流不够充分,往往存在重复讲授的情况。比如,以有效应力这个概念为例,在工程地质、土力学、基础工程等课程都涉及到,由于这个概念的重要性,各科老师为了追求各门学科的系统性和完整性,都会着重讲解这个概念,虽然在一定程度可以加深学生对这个知识点的理解,但是从侧面也可说明知识的重复交叉导致学业内容的累赘。
3、课时安排过少。目前各所高校对土木工程地质这门课的重视程度,课堂课设课时大多是32~48个学时,因此,老师在安排教学进度时显得极为紧张而紧凑。从实际教学安排来看,基本上讲解完三大岩石、地下水、地质构造基本概念后,没有足够的时间深入来探讨地质条件对工程的影响,往往后面工程应用的章节皆为学生自学。
4、知识学习与工程案例结合程度不够。由于部分老师本身参与的工程项目不多,同时又由于课时的不够,这两部分原因导致学习的主要内容集中在枯燥的理论知识部分,学生容易产生枯燥情绪。
三、土木工程地质教学改革措施
为了很好地解决当前土木工程地质教学中存在的问题,让学生从这门课程中更多地学习到有助于工程实践的知识,必须有针对性对当前教学实践中存在的问题进行改革,具体改革措施如下所述:
1、建立和完善土木工地质程精品课程精品课程建设既是压力,又是动力。通过精品课程建设,可以找出当前教学中存在的薄弱环节,精简重复的教学内容,突出本门课程的特色,使土木工程地质这门课的教学目标和任务更加明确。精品课程建设首先就是教材建设,因此,有必要根据新时期土木工程培养目标,并结合当前土木工程建设中出现的新问题、新方法、新技术,编写一本深入浅出的教材,教材中不仅包含传统的知识要点和概念,还应包含当前新的地质知识观点、新的地质勘查手段等,同时还应包含工程实例,让学生尽可能地更深入地建立起工程地质与工程项目的联系。精品课程建设中重要的一条就是教师队伍的建设,因此,有必要加大对教师队伍的培养力度,引进和培养一批有新视野、新知识的老师,以此给课堂注入新的气象。
2、注重教学手段和教学方法的革新注意授课的科学性与艺术性,在教学过程中,善于发挥学生的主导地位,采用“讨论试”、“启发式”教学模式。同时,要注重课前的准备,精心备好每一节课,善于总结归纳每节课的重点,以“主线法”讲授课程知识。
3、增强对工程地质教学的重视对工程地质教学的重视首先就体现在教学和学习的时间上。尽量安排更多的课时,让老师有足够充分的时间去讲解基础概念和工程实例。同时,老师也可以通过其它方式来增加学生们的学习时间,比如规定某个主题,要求学生自主独立进行文献调研,完成该主题相关文献的归纳总结,并加大平时学习报告在总成绩中的比例。另外,强化考试试题库建设,完善考试规范和制度,强化对学生进行专业知识训练。最后,要重视工程地质实习在教学中的作用,因为该门课程的实践性很强,需要从大自然中去认识和掌握工程地质现象,使学生巩固在书本上学到的知识,有感性认识上升到理性认识,同时在野外地质实习过程中,亦可锻炼学生们的体魄和吃苦耐劳的能力。
4、紧密联系工程实践学习的目的最终是为解决实际工程的问题,在教学的过程中融入工程实例有助于学生在正式进入工作岗位之前对其有初步的认识和了解,因此,工程实例教学是一个非常重要的手段。比如,老师可以把自身主持或参与的工程项目作为案例,结合书本知识讲解如何解决工程问题,分享在解决工程问题过程中的心得体会,这样寓教于乐的方式既能激发学生的学习兴趣,又能让他们积累相应的工程经验知识。
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土木工程属硬工科学科,必须理论联系实践,注重学生实践能力培养,增强基础实验课程和专业实验课程教学效果,构建具有前瞻性、可操作性的土木工程专业系列实验教学平台。为此,学校不断加大对土木工程实验教学平台的建设力度,至今已经投入了近一千万元。
(1)土木工程实验教学平台构成
土木工程实验教学平台的构成既要考虑到人才培养的需要,又要结合各学校实验室建设的特点科学构建。实验平台的相关实验内容要按专业需要设置将其系列化,各门课程相互融合,不断更新项目内容。我校土木工程实验教学平台包括四部分:基础实验室、专业实验室、规划与设计实验室、虚拟现实与模型制作实验室。土木工程基础实验室包括大学物理分室和基础力学实验设备。建筑面积80平方米,设备总值40万元。主要承担《大学物理》、《材料力学》等课程的实验教学。土木工程专业实验室包括建筑材料实验室、工程结构实验室、土力学实验室、检测实验室、流体力学实验室、材料力学实验室。规划与设计基础实验室包括工程制图实验室、测量实验室、计算机辅助设计实验室等。虚拟现实与模型制作实验室主要用来设计、制作、演示各类结构模型。
(2)合理分层实验教学平台
针对学生特点,我校实验教学平台分为三个层次:基础性实验平台、综合性实验平台、设计创新性实验平台。三类平台具有一定的内在联系,即由面到点,由面向全体学生到精英学生,由验证型向创新型,逐级过渡和深入。基础性实验平台面向全体土木学生。学生要完成各门课程(专业课和学科基础课)关键的单一验证型实验,如大学物理各类实验、材料力学中钢筋拉伸实验、土力学中土的含水率测定等。该类实验平台中,实验内容较浅显,实验仪器小而多,实验步骤较简单。基础性实验主要培养学生的观察力和动手操作能力,帮助加深学生对课本理论知识的理解。综合性实验平台针对部分实践能力强的学生。实施的多为选修性质的实验项目。综合性实验涉及一些大型的、功能复杂的仪器设备,需要专门的实验教师在旁边讲解和指导。综合性实验往往实验周期长,实验内容复杂,实验步骤多,需要学生付出一定的时间、体力和精力。如混凝土力学性能的测定,包含从最初的水泥性质测定(安定性、细度)、配合比的设计、混凝土人工搅拌、坍落度和扩展度的测定、试件养护到最后的抗压测定等步骤。涉及仪器众多,有水泥细度负压筛析仪、煮沸箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀值测定仪、水泥净浆搅拌机、湿气养护箱、量水器、天平等较小仪器设备,也有大型加载设备。综合性实验考验的是学生对所学知识的融会贯通能力。学生要提前预习,熟悉所有实验仪器的使用,并清楚实验全过程。设计创新性实验平台则是为学有余力且爱好钻研、动手能力强的创新性学生开放的。一般一位指导老师带3~5名学生,结合教师的科研项目或学科竞赛试题进行创新性研究。如绿色生态混凝土配合比设计,自密实混凝土,高性能生态透水混凝土,防爆抗冲击仿生混凝土材料的研发等。
(3)建立开放式、独立设置式实验教学平台
学校大力抓实验教学,成立了“实验室与设备管理中心”,专门负责全校各类实验室(包括本科生教学实验室、研究生教学实验室、学科平台实验室、科研平台实验室、大学生专业创新训练中心及重点实验室等)平台建设与管理、实验教学组织与管理、公共共享平台建设与管理、教学科研大型仪器设备管理和协助负责实验技术队伍建设与管理。近期,土木工程专业申请了一批开放式实验项目和独立设置式实验课程。开放式实验项目如纤维混凝土中不同掺量纤维对其抗压强度影响的实验、钢筋拉伸试验、AutodeskRevit软件的初阶应用、剪切模量测定实验、基于小波包方法的梁式结构损伤识别研究等;独立设置实验课程如材料力学、土木工程材料等。依托此类实验项目和课程,激发学生参与实验的热情,培养学生的动手实践能力,同时带动教师科研项目的深入研究。
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(二)教学内容与工程应用脱节
企业需要的是力学概念清晰,能够应用力学方法解决工程实际问题的人才,而传统力学课程的教学过分注重理论知识的学习,忽视了力学知识在工程实际中的应用。教学内容以求解、求证为主,缺乏针对工程应用的内容设计,致使学生不善于将所学的理论知识应用于实际工程解决实际问题,从而导致毕业生理论联系实际,解决工程问题的能力不足,创新能力欠缺,阻碍了专业人才的培养和成长。
(三)教学方法与手段不利于学生创新能力的培养
在授课学时减少,单位学时课堂信息量增加的形势下,力学课程原有的教学方法和手段主要是黑板+粉笔+多媒体课件的教学模式,在课堂上以教师为主体进行填鸭式教学,学生没有参与到教学活动中,只是被动、消极与盲从的学习知识,抑制了学生学习的主动性、积极性与创新性。
二、适应于“卓越计划”的力学课程教学改革与实践
(一)建立适应卓越工程师培养的教学团队
力学课程教学团队从展开卓越工程教育理念讨论出发,以课程建设为突破口,坚持在力学课程中不断开展适应于“卓越计划”的教学改革与研究;在教育改革实践探索中,团队成员教育思想逐渐完成了“学科型”教育向卓越工程师人才培养的转变,形成了适应卓越人才教育课程建设的理念与模式;通过学历进修、深入实际工程体验,加强产学研密切联系与合作、开展面向工程实际问题的科学研究,参加指导学生实习和毕业设计等方式,疏通了团队成员参加工程研究与实践的渠道,拓宽了教师的知识面,提高了专业能力与实践能力,建立了适应卓越工程师培养的教学团队。
(二)以培养学生工程意识和应用能力为主线,改革与完善教学内容
1.按照“卓越计划”培养目标要求,围绕“卓越计划”培养方案,在明确每门力学课程的地位、作用和相互联系的基础上,构建了力学系列课程教学新体系,对于土木工程专业,减少繁琐的公式推证,注重应用能力培养,优化整合教学内容,构建模块化教学体系,主要分为静定结构的计算、应力应变分析、超静定结构的计算三大模块,避免了内容上的重复。如弯曲剪应力公式,在教学中不进行繁琐的推导直接给出,主要讲公式的应用,并配合多媒体教学,使学生对弯曲剪应力有感性认识,且具有对梁进行强度计算的能力。
2.使课程内容的编排体现科学性和适用性。从工程实际需要出发,凝练教学内容,强化概念理解与分析,注重结论的分析和实际应用。如在讲到温度应力时,通过案例分析计算,得到在超静定结构中,温度改变将会产生较大的应力。根据分析计算结论,告诉学生在铁路钢轨接头处,以及混凝土路面中,通常需预留空隙;高温管道隔一段距离要设一个“Ω”型弯,都是考虑温度的影响,防止由于温度变化产生应力而导致结构破坏或影响结构物的正常工作。这样,学生就会加深理论与实际应用的联系,在重视理论学习的同时,了解理论指导实际的作用。力学课程教学团队成员编写了力学概念分析典型案例与例题,繁琐的理论推证的简化,定理、公式及例题结论的工程应用,并应用于教学中。
3.开展课外科技创新活动,培养学生的创新能力及团队合作的能力。力学课程教学团队的多名教师指导学生参加“全国周培源大学生力学竞赛”、“大学生结构设计竞赛”、“大学生创新创业训练计划”及“材料力学综合性、设计性实验的研究与实践”等科技活动。在这些活动中,学生将所学的力学知识应用于结构设计和科学研究中,加深了对力学原理的理解,提高了学生分析问题解决问题的能力;同时扩展了学生的视野,培养了学生的动手能力、创新能力及团队合作的能力。
4.增加了《结构力学求解器》应用的教学内容,突出电算能力的培养。对于简单结构,要求学生能进行手算,这有利于学生对基本概念、基本原理与基本方法的理解和掌握;对于超静定结构的计算中遇到的复杂的计算问题,在教学中我们注重引导学生应用《结构力学求解器》进行计算,不仅增加了力学教学的趣味性,而且培养学生使用软件分析工程实际问题的能力。同时使学生建立了使用计算机软件对复杂的力学问题进行分析,把繁琐的计算留给计算机的理念。
(三)利用多种教学方法和手段,提高教学质量
1.以实际工程为背景,加强工程案例教学,培养学生的工程意识每章内容学习之前我们都通过导入案例提出问题,引出本章要学习的内容,激发学生学习兴趣;在教学过程中尽可能以工程实例为案例进行结构简化、荷载收集、结构构件计算,培养学生的工程意识;注重定理、公式及习题结论的工程应用,更多地剖析实际问题的解决过程,再举一反三,由一个问题展开到多个问题,培养学生解决实际问题的能力。如在讲弯曲应力这一章时,导入长春市滨河小区阳台坍塌事故案例:2006年9月8日,长春市滨河小区东区512栋3单元一侧阳台从一楼到七楼全部坍塌,二楼一女子不幸遇难。首先,让学生画出阳台的计算简图,然后让学生讨论引发阳台坍塌的可能因素,在此基础上给出阳台坍塌的起因:事发时天降大雨,该楼居民安装的保温阳台的夹层内珍珠岩吸水后重量骤增,使阳台根部上侧混凝土承受过多拉力,加上钢筋的位置不合理,锈蚀也比较严重,不能充分发挥其抗拉作用,由于混凝土的抗拉强度低,当其超过材料的许用应力时,混凝土开裂,使阳台根部失去抗弯能力,形成铰链,从而导致阳台坍塌。通过该案例向学生说明,工程设计时不仅要有经济意识,而且更要具备安全意识。由于学生对案例分析很有兴趣,一旦发现今后工作中的问题能够自己解决,将极大地提高学生的自信心与学习积极性。力学课程教学团队成员编写了力学在工程及生活中应用的案例及课程导入案例,并应用于教学中,让学生在潜移默化中将工程思维渗透到力学课的学习过程中。
2.采用启发式、对比式、讨论式等教学方法,锻炼学生的工程思维能力在教学过程中我们采用启发、引导、互动的教学模式,以学生为主体,让学生参与到教学中,掌握分析问题的思路、学习分析问题的方法,激发学生主动学习的意识。同时引导学生将新学知识与已学知识进行对比,使学生加深对新知识的理解、掌握对原有知识的记忆,有利于活跃学生思维、扩展知识。针对一题多解的问题,鼓励学生开动脑筋,进行讨论,主动地、创造性地探究和获取知识。
3.传统教学与多媒体教学及计算机网络教学相结合,调动学生学习的积极性和主动性对于基本理论知识、例题等逻辑性较强的内容我们采用传统的板书讲解,有利于学生思考;对难以表达的知识点及工程实例我们利用多媒体通过图片、动画等形式生动地表现出来,有助于学生对基本概念和基本理论的理解。同时多媒体教学能够丰富工程素材,增大课堂信息量,弥补课时的不足。为了适应网络时代对教育发展与课程建设的要求,我们建立了力学课程网络教学平台,学生可上网学习,它对学生的课后自学有很大帮助。
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(一)加强“两个能力”的培养
为了满足国家《纲要》应用型人才的培养要求,结构力学课程教学应定位在掌握基本力学原理的基础上,还应使学生具有扎实的结构定性分析和电算能力。因此,课程教学应该在以下两个方面进行强化培养。1.定性分析能力对于简单的结构,比如静定结构、一次超静定结构等,要求学生能对其内力进行手算求解。而对于复杂结构,手算是不切实际的,但学生应能运用已学的力学知识对其受力进行初步的定性分析,比如绘制出超静定框架结构的弯矩图轮廓,能够绘制多跨连续梁任意截面某个量值影响线轮廓等等,具体量值不必求解,这样有利于帮助学生总体上了解结构的受力情况,从而对整个结构布局的合理性进行分析。另外,在利用计算机进行电算分析时,定性分析能力显得尤为重要。利用定性分析,可以对电算结果从定性的角度来判断计算结果的正确与否,从而判断计算模型是否正确。平时,课堂上可以从外荷载与内力之间的关系入手,提高绘制内力图技巧,来培养学生的定性分析能力。2.电算能力目前,结构力学课程教学大部分强调的是结构的定量计算和求解能力,这在计算机数值分析技术尚不发达的情况下值得肯定。但随着计算机技术在力学分析领域的广泛应用,利用计算软件对结构进行电算已非常普遍。无论学生是做毕业设计,还是在未来工作当中,都会经常用到电算。因此,在教学中,仅仅让学生理解和掌握结构力学基本知识、基本原理和计算方法还不能满足现代结构力学的教学培养目标,还应注重学生的电算能力培养。比如引导学生应用结构力学求解器、Midas等专业分析软件进行结构内力计算,能对计算结果具有初步的分析能力,为真正成为一名应用型人才打下坚实基础。
(二)加强理论与实际相结合的教学手段
根据各章要讲解的知识点和难点,教师在讲解新知识内容前,通过视频、图片和动画等手段,创造实际工程情境,从而引出将要教学的内容以及对应的工程任务,以充分激发学生的学习兴趣。在讲解完相关理论知识点后,可以通过分析典型的工程案例加强理解,从而潜移默化地将工程思维渗透到学生的学习过程中。比如,在静定结构计算这一章中,对工程中的混凝土简支梁、钢桁桥、拱桥等不同形式的结构受力情况进行对比分析,以更形象地说明各种结构形式的受力特点。另外,为了培养学生运用所学结构力学知识分析问题的能力,教师在课堂上可列举实际工程中发生的事故案例,如湖南凤凰桥在施工中的倒塌、上海莲花河畔景苑大厦的整体倒塌等,对这些事故从力学角度来分析其发生的原因,从而加深学生对结构受力状态的理解,增加学生学习的兴趣。
(三)强化实践教学
依据结构力学这门课程的性质,教师在教学中必须采用理论与实验相结合的教学手段。力学概念是从实践中来的,开设结构力学课程实验有助于学生理解课堂上的一些基本概念和专业知识。笔者所在的中南大学对土木工程专业进行了课程实验的教学改革,建立了土木工程专业本科系列开放性实验教学平台,让学生通过试验来加深对专业知识的理解,训练其实验技能,培养学生的综合分析能力、独立解决实际问题的能力、创新能力等。另外,每年还举办结构模型大赛,在大赛规定的要求下,让学生自行设计结构模型,充分发挥学生分析和解决实际问题的能力,取得了较好的效果。通过实践教学可推动结构力学教学质量的提升,打破课堂理论教学一统天下的局面,让学生能真正参与课程教学互动,帮助学生学会独立思考,并能灵活应用所学知识分析问题。同时,激发学生的创造性和自主学习的能力,增强学生对专业的感性认识和学习兴趣。
(四)多种形式的考核方式
传统的考试方法只能考核学生对课本基本理论知识的掌握程度,这种考核不能反映学生的综合能力,是不全面的。为适应现代结构力学教学模式的要求,我们将原有的一次性考核转变成多方面、多层次的考核,具体内容包括:第一,加强日常教学管理,不仅对学生平时课堂出勤率、作业完成情况进行考核,还要对课堂回答问题的情况进行考核。第二,注重学生实用能力的考核,将实用性较强的内容采取上机或其他形式进行考核。第三,课程考试增加对定性分析内容的考核。