单位文秘网 2021-07-28 08:18:26 点击: 次
摘要:探索了基于大学生创新项目的材料力学教学过程中学生素质及能力培养模式。实践表明基于项目的教学模式对学生素质及能力的训练能很好地符合企业的用人期望,实现“卓越工程师教育培养计划”的培养基本要求。
关键词:材料力学;教学改革;能力培养
中图分类号:TB301 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)50-0101-02
一、引言
2010年教育部启动的“卓越工程师教育培养计划”培养要求:(1)行业企业深度参与培养过程;(2)学校按通用标准和行业标准培养工程人才;(3)强化培养学生的工程能力和创新能力。材料力学作为土木工程专业的一门基础课,与结构力学、混凝土结构原理、钢结构原理等紧密衔接。如何在教学过程中传授学生知识的同时,培养学生能力,实现上述培养要求,是材料力学教改的努力目标。
针对材料力学教学过程中学生素质及能力培养方面的探索已有许多有益的尝试。隋允康教授提出发现法教学,在教学过程中重现知识的发现过程,引导学生重走先哲们探索、发现知识点的过程,改变“简单地端出一个又一个知识点”的教学模式,从方法论角度培养学生创新思维能力[1]。蒋持平教授提倡引导学生独立进行思考,克服“重知识传播,轻科学方法培养;重书本知识,轻思维方式训练的传统教学方式”的不足[2]。林朝斌介绍了以减速器设计项目为例,对项目进行细化分解,并与材料力学知识点对照,在项目过程中培养学生解决问题的能力[3]。张东晓尝试了将日常生活事物、工程实践问题和材料力学实验贯穿于教学过程,提高其分析和解决问题能力[4]。黄宜胜尝试教学走进科研,让学生参与科研项目,提出以课程论文为主的研究型学习培养模式[5]。
在笔者学院所举办的“土建类专业校企合作人材培养示范基地建设研讨会”上,企业方代表在人材方面提出“(1)扎实的力学基础;(2)自学能力;(3)解决问题能力;(4)写作能力;(5)上岗资质”等诸多方面的要求,这些来自生产一线的需求无疑是最真实的。但材料力学课程与一般的专业课程不同,过深地涉及土木工程专业的项目或科研难免会面临诸多专业课程方面的知识不足,而且会与后续课程重叠。如何在教改过程中既重视学生基本概念及理论的掌握,又进行学生素质及能力的训练,还不超出材料力学学科知识体系的范围,是值得深入探索的问题。本文介绍引导学生在材料力学课程体系内,提出研究项目,进行能力培养的一种教改尝试。
二、“基于移动终端的构件截面设计验算应用软件研发”项目概况
笔者所在高校为鼓励学生创新思维,每年均支持一批大学生创新项目,以学生为主体,在老师指导下申请并完成项目。在此有利环境下,材料力学课程正在上课的学生自愿组建团队,在授课老师(即笔者)的指导下,申请了“基于移动终端的构件截面设计验算应用软件研发”项目,并成功得到学校支持。此项目的申请基于如下考虑:
1.随着移动互联网的发展,越来越多的单机版应用软件转移到移动终端。在结构设计行业,许多繁杂的计算公式非常有必要编制程序进行自动化计算,将设计相关计算公式在智能手机的开发平台中用软件实现,工程师们可以像使用计算器一样,利用安装在手机中的设计小软件,满足随时随地进行计算的需求。
2.《材料力学》课程中涉及构件的强度、刚度及稳定性等方面的设计及验算理论,这些理论很多直接应用于结构设计中,如均质的钢结构构件设计。
3.本项目结合《材料力学》的课程学习过程,拟将《材料力学》中构件截面设计及验算的相关内容在Android平台中实现,开发一在Android系统中使用的构件截面设计验算应用软件,满足设计及施工相关工程师现场随时随地进行计算的需求,同时也可供土木工程、机械工程等相关专业学生作为学习《材料力学》的工具软件使用。
项目拟定的主要研究内容包括:
1.实现典型截面的几何性质如面积、形心坐标、惯性矩等计算。
2.实现工程常用型钢截面属性库。
3.实现均质材料在拉(压)、扭转、剪切、弯曲等基本变形及组合变形下的截面应力计算公式,可对构件进行设计及强度验算。
4.实现均质材料压杆稳定性设计及验算。
从项目申请的研究意义及主要研究内容可以看到此项目有如下特点:
1.项目紧密联系工程实际。此项目旨在开发一个可直接服务于工程应用的计算小软件,学生在完成项目过程中,需要从工程应用的角度进行思考。
2.项目与土木工程专业课程相关但并不深入涉及。项目完成的杆件截面设计及计算的内容尽管可直接应用于实现如钢结构设计的部分功能,但并不直接应用钢结构设计的知识,仍旧在材料力学知识体系内。
3.项目具有创新及挑战性。项目要求在移动平台上实现材料力学的一些计算功能,不仅要求学生掌握材料力学的理论,还需要学生掌握Android平台的软件开发知识,对一个土木工程专业学生团队的项目来说,此项目具有一定的实现难度。经查国内也没有相关软件在移动平台上应用。
三、项目对学生能力的培养
完成上述项目,学生团队在以下几个方面均得到了很好的锻炼。
1.自学能力。此项目要求学生具备软件编程及设计能力,因而学生需要自学Java编程语言、Android平台的移动应用开发、Photoshop软件应用界面设计等内容。在材料力学专业知识方面,除一般本科要求的截面属性计算及强度计算相关内容外,从工程应用的角度,对扭转的属性及强度计算进行了拓展,普通本科教育中的材料力学扭转强度的计算仅限于要求圆形截面,其他形状实体截面或薄壁截面的扭转惯性矩的计算及扭转应力的计算均不是教学大纲要求的范围,属于高等材料力学课程中的内容。为满足项目开发的知识要求,项目团队需要随时参考资料。这种面向解决问题、目标明确的自学要求对学生自学能力的训练效果非常明显。
2.解决问题能力。项目的完成过程中遇到了很多困难,通过相互讨论、查阅资料,甚至请教相关专业人士等方式,一个个均得到了解决。例如,在学习高等材料力学理论时有理解困难,学生团队与指导老师一起研讨;在Android编程遇到技术困难时,通过互联网、图书馆等各种途径查阅资料;在界面设计时请美院朋友进行专业咨询等。通过完成此项目,项目团队成员训练了遇到问题通过查阅资料、探讨及咨询等各种办法进行解决,解决问题的能力及信心均有很大提升。
3.团队协作能力。此创新项目基于训练并兼顾工程应用的角度出发,并没有计划太复杂,但仍是一个需要多人协作才能在规定的时间内顺利完成的项目,因而需要发挥不同团队成员的特长,项目成员既有分工也有协作,学习成绩比较好的同学负责理论推导的工作,对编程感兴趣的同学负责程序编写设计,写作能力强的同学负责报告撰写工作。各司其职、各尽其责,同时定期交流讨论,甚至利用团队成员的交际圈寻求外援。项目完成过程中,团队成员均为同一目标努力,团队协作能力及精神均得到了很好的锻炼。
4.写作能力。国内本科教育在学生论文写作方面的训练很少。本项目作为一个创新项目,必须提交正式的结题报告,并要求在公开期刊上发表文章。学生在完成报告及论文的写作及修改过程中,对论文写作及报告撰写的各项要求均有所了解,经过项目训练,论文写作能力有明显提高。
5.扎实的材料力学概念及理论基础。项目要实现材料力学课程中的部分计算设计功能,要求团队成员对相关概念及理论有深刻的理解,这种理解程度是普通的考试要求无法比拟的。编程要求计算具有自动化、普适性,必然要求学生认真钻研相关概念及理论之后才可能通过计算机编程语言来实现相关功能。由于材料力学是木木工程类执业资格基础考试中必考的一门课程,自然也为团队成员在未来的执业资格考试中打好了很好的基础。
6.计算机应用能力。通过此项目训练,学生团队的计算机编程及应用的能力均在短期内得到了突飞猛进的提升。作为人材的两大基本能力(计算机应用能力,英语水平)之一,计算机应用能力在土木工程专业领域也是非常重要的基本素质及能力要求。
四、结论
通过上述基于项目的教学实践,对照笔者不久前参与的校企研讨会上生产一线领导提出的人材要求,发现这种基于项目的教学对学生素质及能力的训练能很好地符合企业的用人期望。
目前的教学尝试仅限于一个创新项目团队成员,学生覆盖面非常有限,如何将这种教学模式进行更大面积的覆盖,使更多的学生,甚至是所有听课学生均能参与类似项目式的教学训练,在项目规模、内容、及组织形式等诸多方面还需要进行更多的探索。从因材施教的角度看,目前这种创新项目式的教学对训练少数有兴趣于科研性活动的学生是非常有效的。
参考文献:
[1]隋允康,宇慧平,杜家政.材料力学——杆系变形的发现[M].北京:机械工业出版社,2014.
[2]蒋持平.材料力学教学中的科学思维方式培养[J].力学与实践,2001,23(3):52-53.
[3]林朝斌.项目教学法在材料力学课程教学中的应用研究[J].中国教育技术装备,2014,(4):75-76.
[4]张东晓.与实践相结合的材料力学教学方法探索[J].中国现代教育装备,2010,(15):93-94.
[5]黄宜胜.高校土木水利类专业材料力学教学模式的探讨[J].高等教育研究,2011,(14):246.
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