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摘要:傳統(tǒng)的計(jì)算方法課程教學(xué)偏于理論、比較枯燥,難以提高學(xué)生興趣。文章采用課堂教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合,融合實(shí)際機(jī)械工程課題和以往課程中內(nèi)容的模式開展基于機(jī)械工程題目的實(shí)踐教學(xué)探索,從必要的課堂理論教學(xué),到實(shí)驗(yàn)上機(jī)的簡單題目驗(yàn)證、機(jī)械工程題目練習(xí)及機(jī)械工程課題實(shí)踐,開展了計(jì)算方法課程在機(jī)械工程專業(yè)的教學(xué)改革和分層教學(xué)。新的教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索與求知能力,實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)與發(fā)展的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞:機(jī)械工程;計(jì)算方法;實(shí)踐教學(xué);分層教學(xué)
工程教育專業(yè)認(rèn)證促進(jìn)高等教育發(fā)展,提高教育質(zhì)量[1,2]。在機(jī)械工程專業(yè)認(rèn)證大環(huán)境下,計(jì)算方法課程成為我校機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生必選的一門課程。該課程是一門緊密結(jié)合計(jì)算機(jī)編程的數(shù)學(xué)類課程,也是科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)。該課程可加強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)修養(yǎng),提高學(xué)生科學(xué)計(jì)算的能力,培養(yǎng)學(xué)生的基本運(yùn)算能力、分析問題和解決問題的能力,為機(jī)械工程類學(xué)生今后的專業(yè)課學(xué)習(xí)、科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[3]。針對(duì)面向機(jī)械工程專業(yè)的計(jì)算方法課程,老師該怎么教、教什么,學(xué)生如何學(xué)、怎么做,需要教師對(duì)該課程不斷地教學(xué)改革和實(shí)踐。作者歷經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐,認(rèn)為純理論課程教學(xué)對(duì)于機(jī)械工程專業(yè)大四學(xué)生來說,內(nèi)容偏枯燥,而且單純理論教學(xué)很難落實(shí)與機(jī)械工程專業(yè)有機(jī)結(jié)合;單靠教師課堂講授教學(xué)效果不理想。于是作者逐步改革教學(xué)模式,將機(jī)械工程領(lǐng)域的工程實(shí)際問題引入到課堂教學(xué),實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)融合。
一、改革教學(xué)內(nèi)容
首先,針對(duì)機(jī)械工程專業(yè)特點(diǎn),將課程內(nèi)容做適當(dāng)調(diào)整,增加機(jī)械工程相關(guān)實(shí)例。課程內(nèi)容講解上重思路、重方法、重應(yīng)用,使學(xué)生理解和掌握“計(jì)算方法”中的基本概念、理論和方法基礎(chǔ)上,學(xué)會(huì)實(shí)際問題應(yīng)用,提升計(jì)算機(jī)應(yīng)用求解的水平,體驗(yàn)理論研究解決實(shí)際問題的樂趣。教師課堂講授緒論、Matlab基礎(chǔ)知識(shí)、非線性方程求根、求解線性方程組、插值與擬合、數(shù)值積分及常微分方程的各種計(jì)算方法。32學(xué)時(shí)的課程中既要開展理論教學(xué)又要開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),原則上對(duì)每部分內(nèi)容都進(jìn)行講解,但以基礎(chǔ)講解為主,其他計(jì)算方法學(xué)生可課外自學(xué)。教師對(duì)計(jì)算方法理論從能解決什么機(jī)械工程問題入手開始講解,到該方法建立過程,最后進(jìn)行結(jié)果分析。通過課堂教學(xué),使學(xué)生對(duì)一些基本概念和各計(jì)算方法的原理和求解思路能夠理解。
二、重視實(shí)踐教學(xué)
課程加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),是工科本科學(xué)生需要加強(qiáng)的部分。在課堂教學(xué)中盡可能多提供機(jī)械工程實(shí)際案例,及時(shí)提供上機(jī)實(shí)踐的機(jī)會(huì),幫助學(xué)生在理解基本理論和方法的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)解決工程實(shí)際問題。教師在教學(xué)過程中,加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力和自學(xué)能力的培養(yǎng),學(xué)會(huì)自覺主動(dòng)地學(xué)習(xí),同時(shí)注意思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。
(一)實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師自編實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)手冊,將教師科研過程中的應(yīng)用案例及機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及工程力學(xué)等教材中的典型案例作為工程題目,列入教學(xué)指導(dǎo)書中,讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何用計(jì)算方法中的各種方法去解決機(jī)械工程實(shí)際問題。教師完成一個(gè)方法講解后,學(xué)生上機(jī)實(shí)踐該過程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,學(xué)生應(yīng)用這些基本理論的核心思想,去解決實(shí)際相關(guān)問題。Matlab軟件是課程必學(xué)的內(nèi)容之一。在課程之初,一般用兩課時(shí)將Matlab數(shù)值計(jì)算功能、圖形處理功能及基本程序設(shè)計(jì)知識(shí)教授給學(xué)生,并讓他們現(xiàn)場實(shí)操,學(xué)會(huì)使用。之后進(jìn)行各種計(jì)算方法的學(xué)習(xí),借助該軟件,在教師教授完各種計(jì)算方法原理、思路及求解過程后,根據(jù)各計(jì)算方法原理,理解教師給出的Matlab語言主程序,學(xué)生寫出要求解題目的函數(shù)和其他必要的程序,綜合主程序來實(shí)現(xiàn)具體題目的求解。實(shí)驗(yàn)需要在掌握基本原理的基礎(chǔ)上,在具體方法的理論思路下編程,并用簡單實(shí)例驗(yàn)證程序,之后解決實(shí)際機(jī)械工程問題,提高解決科學(xué)實(shí)際問題的能力。兩個(gè)學(xué)時(shí)的課堂一般是一節(jié)講課一節(jié)上機(jī)。
(二)實(shí)踐作業(yè)課堂的實(shí)踐時(shí)間,首先完成課堂上機(jī)驗(yàn)證和機(jī)械工程題目作業(yè),檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。如有余力,可進(jìn)一步完成教師科研課題中數(shù)學(xué)問題的計(jì)算方法實(shí)踐,提高解決機(jī)械工程實(shí)際問題的能力。第二,布置必要的課外作業(yè)。每章根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況,留有一定數(shù)量的實(shí)踐作業(yè)供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。第三,在課程進(jìn)行過程中,一般會(huì)布置文獻(xiàn)閱讀報(bào)告任務(wù),讓學(xué)生通過大量閱讀計(jì)算方法的工程應(yīng)用文章,拓展學(xué)生對(duì)該門課所學(xué)方法的實(shí)際應(yīng)用。通過閱讀,總結(jié)某方法解決什么問題,解決過程及結(jié)果如何,自己的收獲與體會(huì)是什么。最后,布置綜合大作業(yè),將所學(xué)知識(shí)通過一個(gè)大的機(jī)械工程科研實(shí)踐中的題目貫穿起來,系統(tǒng)掌握該門課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
三、開展分層教學(xué)
在計(jì)算方法課程教學(xué)中,學(xué)生需完成教師布置的課堂任務(wù)。但由于學(xué)生個(gè)體有差異,該課程在教授過程中采用分層教學(xué),充分體現(xiàn)尊重個(gè)體差異,給不同程度的同學(xué)都提供機(jī)會(huì)和學(xué)習(xí)空間[4]。例如,布置每次課堂作業(yè)時(shí),都分為基本驗(yàn)證性題目、工程題目和提高題目。課堂所有同學(xué)完成基本驗(yàn)證性題目為該次課堂及格,完成機(jī)械工程題目達(dá)到該次課堂良好成績,完成提高題目,則取得該次課堂優(yōu)秀成績。從多年實(shí)踐效果看,分層教學(xué)的教學(xué)效果很好,多數(shù)同學(xué)希望得到更好成績,會(huì)不斷挑戰(zhàn)自己,希望達(dá)到最優(yōu)。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)下課很久了,同學(xué)們也不愿離去??傮w來說,在課堂實(shí)踐環(huán)節(jié),由于同學(xué)們比較接受這種教與學(xué)相結(jié)合的方式,所以即使是在多數(shù)人眼中認(rèn)為學(xué)習(xí)可能會(huì)吃力的跟班學(xué)習(xí)的留學(xué)生和新疆同學(xué),也能取得課堂測試良好的成績。
四、綜合課程考核
由于平時(shí)的課堂考核很多,所以平時(shí)成績比例更高,占60%(課堂練習(xí)、作業(yè)),文獻(xiàn)報(bào)告和期末測評(píng)占40%。平時(shí)成績主要反映學(xué)生的課堂表現(xiàn)、平時(shí)的信息接受。成績評(píng)定的依據(jù)主要是課堂上機(jī)的實(shí)踐效果和作業(yè)情況。文獻(xiàn)報(bào)告體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容在機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用的了解和理解,鍛煉了學(xué)生工科思維能力和文字組織編輯能力。期末測評(píng)是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全面檢驗(yàn),通過大作業(yè)完成。該大作業(yè)包含期末課堂測試和課后完成的一份完整的大作業(yè)課程報(bào)告兩部分。通過大作業(yè)系統(tǒng)考核學(xué)生對(duì)所學(xué)各種計(jì)算方法基本原理、基本方法的理解程度,考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)方法靈活解決機(jī)械工程實(shí)際數(shù)學(xué)問題的計(jì)算能力,該考核淡化結(jié)論記憶,注重實(shí)用效果。
五、結(jié)論語
機(jī)械工程專業(yè)認(rèn)證促進(jìn)了專業(yè)教育質(zhì)量,也提高了對(duì)機(jī)械工程專業(yè)計(jì)算方法課程的重視和要求。筆者采用課堂教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合,開展了基于機(jī)械工程題目的實(shí)踐教學(xué)探索,進(jìn)行了計(jì)算方法課程在機(jī)械工程專業(yè)的教學(xué)改革與實(shí)踐,通過分層教學(xué),提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣和解決機(jī)械工程領(lǐng)域的數(shù)學(xué)問題的能力。
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作者:孫國芹 劉小冬 許東來 單位:北京工業(yè)大學(xué)