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中国海洋大学 - 《中国海洋大学报》

构建基于雨课堂的结构力学课程全过程教学体系

作者:李效民 工程学院    
2018-10-25     浏览(99)     (0)

结构力学是土木工程专业人才培养方案中最重要的一门专业核心基础课,对培养合格的具有宽厚力学基础的土木工程师起着举足轻重的作用。自从2010年博士毕业留校任教,本人承担了土木工程、工程管理、环境工程等多个专业结构力学、工程力学等课程的教学任务,年均力学授课176课时,同时承担研究生和本科生的多门其它课程,年均授课课时250以上,远远高于本专业平均授课课时。如何让学生在一学期内真正理解并掌握以结构力学为代表的力学课程的基本思想、基本理论与基本步骤是本人一直在思考和关注的问题。在这八年的力学教学中总结实践了各种方案,参加教学评估又有幸获得了各位评估专家和教学督导的批评、指正,认识上又有了升华。特将我的体会总结如下。

深刻领会力学的本质和内涵,将其贯穿于教学的全过程

对比中国画与西方油画,大家会发现,油画力求真实,就像是拍照,越像越好;中国画则重在表意,如同脸谱,从画风上就可以感受作者的意图。从这一点看,力学模型就像是一种利用表意的手法来展现的工程,通过抽象和理想化展现“力”在工程中的“意图”,它来源于工程又不同于工程,是对“力”的脸谱化。

实际上,力学担负着数学与工程之间连通和转换的作用,一方面力学要对工程进行数学的定量描述,将工程问题利用力学原理转换为数学问题,使自己变成了应用数学;另一方面力学要将数学转换为工程应用,使自己变成了工程学科。因此在力学的教学中,应该由工程背景、数学基础、力学原理三个主要内容组成。

力学在思维方式培养上属于混合思维,在教学和学习中就有必要对知识点进行划分,将每一知识点划分为工程、数学、力学三部分内容。工程的归工程,数学的归数学,对于教师要求能够掌握工程和数学的教学方法,以便与前期的课程相衔接,力学的讲解重点在于能利用力学原理将工程和数学进行相互翻译、解读。实际上,在教学中如果把一个知识点的工程背景和所需数学工具都讲解清楚了,力学部分的讲解就会变得非常轻松。

精心备课,认真制作课件,精心设计每个教学内容和环节

教学的核心和基本环节无非两个——备课和授课。备课是教师在上课前的设计准备工作,需要花大量的时间和精力,这是青年教师取得教学经验、掌握教学规律、提高教学水平的必由之路,亦是老教师适应新形势、探索新教法、提高教学水平的必由之路。随着教学改革不断深入,教材内容不断更新,学生的情况不断变化,认真备课显得尤为重要。备课过程中要做到如下四点:提炼出自己的纲要、理清自己的思路、转换成自己的思想并将内容融会贯通。

PPT课件是展示思路和内容的载体,制作时要突出其优势,克服其缺点。本课程制作的PPT力图呈现出板书的效果,每页PPT内容的展示需要十几乃至几十次操作才能最终完成,这样一个个数据、符号、公式随着思路的讲解得以在课件中一步步呈现在同学眼前。

课前要精心设计好课堂中每个教学内容及其讲述时间,有效把握课堂讲授节奏。注重节奏化教学在课堂中的应用,中间穿插一些实际工程案例及其在结构力学中的应用,善于抓住一堂课的教学重点与难点,形成教学高潮,进而调控课堂节奏。

基于雨课堂的智慧课堂教学实践

移动互联技术迅速发展及其在教育教学中的应用,推动了新一轮课堂教学的创新与变革,传统课堂向数字化、智能化课堂发展。随着智慧教育理念的提出及发展,信息技术环境下智慧课堂的构建成为教育技术界的研究热点。

雨课堂将复杂的信息技术手段融入到PPT和微信,在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁,让课堂互动永不下线。使用雨课堂,可以将带有MOOC视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机,师生及时沟通;课堂做到有侧重的精讲与知识拓展,通过实时测评反馈学生学习状态,实时答题、弹幕互动,为传统课堂教学师生互动提供了很好的解决方案。雨课堂覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节,为师生提供完整立体的数据支持,个性化报表、自动任务提醒,让教与学更明了。依据学生课堂的学习情况、课后讨论及投票情况,对教学全过程进行回顾与总结,记录下教学设计,从而来优化教学方案、改进教学策略。

注重趣味性教学在结构力学课堂中的应用

同样一门课程,有的教师让学生感觉如沐春风,有的则如坐针毡,说明作为教学环节重要一极的教师在提高教学效果方面起着巨大的作用。学生对课程学习的热情和好奇心若是在整个学习过程中有很好的保持,学习就会取得事半功倍的效果。讲解中可以从追溯结构力学发展起源及历程讲起,将结构力学在日常生活常识和大量标志性建筑物中的应用展开论述,使学生明白结构力学理论源于实践又用于指导实践,在工程结构设计中发挥着最重要的理论指导作用,是极其有用而且有趣的一门课。在看似枯燥乏味的公式和原理背后实际上结构力学之美无处不在。让学生从研究对象的多样性、研究内容的系统性、研究方法的逻辑性、解题思路的灵活性及贴近工程的实践性体会其趣味性。

要提高结构力学的趣味性首先要加强教师自身素质的修养。素质修养不仅仅是书本上的理论知识,还包括教师的人文素质修养、教学艺术修养、语言艺术修养等,总之,教师应该具备能够吸引学生让学生佩服的人格魅力。教师素质的修养不是一朝一夕能够完成的而是一个长期艰巨的工程,需要日常点滴的积累需要具有活到老学到老的精神。要向书本学习,完善理论知识,向其他教师学习教学方法和教学艺术,向生活实践学习理论的具体体现,甚至要向学生学习他们思考和理解问题的方式等。

“手算”与“电算”并重

以三角形静定桁架计算为起点,结构力学经过一百多年的发展,已经形成三大分支:经典结构力学、计算结构力学与概念结构力学。教材中讲授的经典结构力学相关概念和方法固然重要,要讲深讲透,然而电算能力的训练和培养对今后学习和工作至关重要。因此在授课中本人穿插了结构力学求解器、结构大师APP、矩阵位移法计算机编程的实现等环节,在授课全过程中始终强调几种计算软件的重要性及实用性,特别注重电算能力的培养。通过手算与电算的相互比较和验证,加强学生对理论的理解和结构受力及变形趋势的判断能力。

汇编结构力学资料集,供课堂教学及学生课后习题之用

结构力学各章知识联系紧密,一环套一环。课程中讲解的基本概念、基本原理和基本方法学生不但要理解,更要熟练运用,这就需要通过大量的例题和习题的讲解和练习才行。因此借着课程教学评估的契机,本人系统完善了相关教学资料。不仅按照要求完善了课程教案,认真作了教学设计,同时汇编了结构力学习题集,以期为课堂讲授中提供更多的素材,为学有余力的同学提供更多的练习机会;又将矩阵位移法理论讲解中的全部例题编制了Matlab计算程序,可以很好地锻炼学生将所学计算机课程中的编程思想应用到结构力学课程中。

上一学期整个教学过程,我得到了来自各个领域专家的听课指导,这些批评指导将一步步推动我继续挖潜、进步。

我的教学之路还很漫长,与海大众多优秀教师的距离还很大,他们将一直是我学习的榜样。我也会督促新进年轻教师更加注重教学,将我所积累的教学材料、浅薄的评估心得分享,让他们少走些弯路。