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以鱼学渔 启迪智慧——北京工业大学“材料力学”精品课程的特色

来源:新闻中心 时间:2006-09-25
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我校机电学院隋允康教授负责的课题组经过多年探索,转变传统的教学理念,在“材料力学”的教学中形成了独特的教学方法,他们把深奥难懂的理论知识深入浅出地呈现给学生,在课堂中着力表现知识发生的过程,使学生在获得知识的同时激发起科研热情,从而培养了学生的创新能力。

知识 能力 素质

“材料力学”是在理论和工程实践相结合过程中发展起来的,它所包含的解决工程实际问题的基本方法以及知识本身构筑了工程技术根基的知识结构。在教学中,多数教师通常的做法是把“材料力学”作为专业基础课之一,认真为学生传授后续课程和工程设计所需要的知识,但只是停留在传授知识层面上。

“以‘材料力学’课程内容为载体,结合力学史和方法论,揭示知识发生的细节,表现知识发生的过程,在课堂教学和实验中,演示前人的创新案例,采用知识发现法去教学,克服将知识‘大餐’端上来而不讲烹饪方法的倾向,要不断予以学生点点滴滴的启迪,培养学生严密的思维方法、开放的研究能力和提出问题、分析问题、解决问题的能力,使学生的创新素质在潜移默化中得到提高,这是本课程应达到的效果。”这就是隋教授提出的“以鱼学渔论”,即喻知识为鱼,喻能力和素质为渔,强调以知识为媒介培养学生的能力和素质,依据能力和素质有效地获取知识。

这种教学法对教师的能力要求极高,需要教师能够将传统的知识单参数认识上升为知识、能力、素质三参数认识,升华教育教学理念,要在课堂教学中炉火纯青地运用知识、能力、素质三参数理念,要熟悉自己讲授的内容,充分认识“材料力学”作为“变形体力学”的“个性”。

知识没有能力不灵,而能力没有知识则不立。为实现教研相长,该课程的教师们把“演示创新线,捕捉创新点”作为追求的目标。“线”指前人创造性成果的轨迹;“点”指在教学中,深入思考捕捉到的科研创新点;重视包括创新在内的各种能力,适度地从知识中超脱出来,从对僵固的知识的学习中,发掘潜在的能力;通过理解和掌握知识,使能力成为构筑知识大厦的向导。

温故 知新 创新

由于力学知识抽象难懂,隋教授和课题组的教师们在理论课环节将传统的黑板教学方式与现代多媒体技术相结合,引入现代计算机数值模拟仿真动画技术,把抽象理论用动画方式直观地演示给学生,使枯燥的理论变得生动有趣,激发了学生的求知欲。

课程组非常重视温故、知新、创新的过程。习题课上,教师举一反三地培养学生的能力;讨论课上,内容紧贴工程实际,给学生提供较大的发挥空间;实验教学环节,借助工程力学实验中心的开放实验室,让学生通过动手和观察进一步掌握课堂知识,培养他们自主动手能力;自由选题、自主研究的“课程论文”从查资料、定方案、做实验、写论文到交流会形式的小答辩(答辩委员会由学生代表组成,教师是顾问),都极大地激发了学生学习和研究的积极性、主动性。教师们的言传身教、严谨的科学作风、开阔的视野及刻苦敬业的精神影响和感染着学生们。

课程组将传统人文精粹融入教学中,教书的同时肩负起育人的责任。对此,隋允康教授如是说:“执著地追溯力学知识发生的瞬间,纯粹是一种没有功利性的爱好和兴趣,源于对探知自然规律的热爱,这是研究力学史、力学方法论志存高远的原动力。力学史侧重于时间,力学方法论侧重于空间,二者的结合是完整的时空,从逻辑与历史的一致性探讨了研究力学史、力学方法论的以史为鉴的意义。由于发现知识比知识本身更有价值,要把力学史上每一个知识点都当作创新的素材或案例,发掘其内涵。课堂上的重点是演示力学的发生过程,在科研中应当主动地运用力学史和方法论。力学史和力学方法论的横向延拓移向力学美的范畴,纵向延拓引向力学发展观、力学未来学,全方位地延拓会使力学科学变成力学文化。力学史和方法论应当效法和借鉴数学史和方法论、物理学史和方法论、一般科学方法论和自然哲学。研究力学史和方法论的中国学者,还有一个值得借鉴的宝库———中国传统文化的精粹。《老子》中指出,人法地,地法天,天法道,道法自然。我们作为力学史和方法论的爱好者和业余研究者,如果能遵循老子揭示的方法,以‘格物致知’的精神进行探索,恐怕能在‘恍兮惚兮’中,实现‘熵减’的过程,看到凝固的历史岩浆由固相变回液相的‘反相变’,体会到像火山喷发一样的力学的原创性过程。”

课程组建立了新的教学模式,即基础性(64学时)+提高性(土木类24学时,机械类16学时)两阶段教学模式。新的课程模式将基础教学与提高教学内容分开:第一个教学学期(64学时)主要打基础,第二个教学学期(24学时)以提高教学和创新实验为主,在多学时学期(64学时)中采用阶梯式教学模式,使学生在基础知识的学习中掌握基本概念和基本方法。同时给学生留有足够的空间独立思考,让学生适当参与独立的工作,以激发学习的兴趣,在求知和探索中培养学生的创新能力。

除了面对面的传统授课方式,课程组还充分利用网络优势,借助课程网站,将主要教学资源上网,使学生的学和教师的教不再受时空的限制,实现了教师与学生的互动交流。

深挖池 养大鱼 跳龙门

课程优劣的关键在于授课教师水平的高低。隋教授作为本课程负责人尤其注意教师素质的提升。他提出教师自身修养要瞄准7个目标:有激情———立志做教书家,不是教书匠,更不是把教学工作仅当饭碗;肯钻研———向教学技巧炉火纯青的方向努力;肯革新———要达到愉快胜任的水平;爱科研———力求教研融合;转观念———以知识为载体培养能力升华素质;用史(力学史)法(方法论)———与讲课天衣无缝融合;筑背景———熟悉工程实际。

为了帮助青年教师快速成长,建立一支高水平的教师队伍,隋教授提出“深挖池、养大鱼、跳龙门”的策略,即打造过硬的学科基地,重视青年教师的培养,使他们有所作为,以教研双挑、教研皆优的要求使其稳步成长,鼓励青年教师参与教研和教改项目、编著教材等活动(近年来已在高等教育出版社出版3本教材)。在老教师的传帮带下,青年教师积极参加教学改革,他们的业务能力和教学质量迅速提高。

学科发展带动课程打造,进而促进了师资队伍的建设。力学学科已由单纯教学型迈上了教学—科研型的台阶:以两个博士点(工程力学、流体力学)、三个硕士点(固体力学、流体力学、工程力学)吸引青年教师加盟;教师队伍以中青年教师为主,平均年龄38.5岁,队伍的年龄结构、职称结构和学位结构均合理,所有教师均有科研或开发课题。

在打造精品课程过程中,“材料力学”课程组造就了一支优秀的教师队伍。北京市教学名师、教研双挑的教授上讲台、带学生,他们以学生为本、重在培养能力的教学理念使学生获益匪浅。

背景材料

“材料力学”的实验课给学生很大启发,建工学院020404班的学生在小论文的最后写下了他们深刻的体会。

用集体的智慧创造、发现、解决问题

作为新世纪的大学生,我们可以自豪地说,我们已经对很多类型、很多学科的实验有了一定的了解和体验,并且具备了一定的发现和解决问题的能力。但是,这一次的“材料力学”自设实验,却成了摆在我们面前的一道难题。首先,自设实验不同于普通的验证性实验,或者老师已经在实验前就将仪器完整地装备好,详细讲述实验方法的实验。它是一次彻头彻尾的凭借思考和创造,并在实验过程中不断发现问题,不断总结、改进,最终在克服一个个困难之后逐步走向成功的特殊而有意义、生动而富于变换的过程。与此同时,我们实验的目的已经不再停留于最终的结果,而是专注于在实验过程中通过对问题的创造、发现和解决,提高自身的能力,同时享受集体、团结、合作带来的快乐。因此,本次实验的真正意义已经在某种程度上远远超过了其本身具有的学术价值,是升华为一种精神世界的陶冶和逾越心灵的启迪。

实验过程是复杂、烦琐又充满乐趣的,这一切最终归结在两个字上:问题。为了创设问题我们思考;为了发现问题我们寻觅;为了解决问题我们的实验才得以继续。

为了找到一个合适的实验主题,我们每个人都开动脑筋,在所学知识的基础上,充分发挥创造力和想象力,并经过热烈讨论,最终达成一致。这个过程有趣而富有意义,它不仅对我们利用现有知识创造发挥的能力提出了挑战,而且也是对我们集体合作能力和在讨论中求真知方法的一次考验。

问题的发现是一个痛苦而艰辛的过程。从最初打磨试件时因试件问题带来的数次重复,到贴片时由于应变片质量问题和电烙铁太差带来的诸多不便和多次返工,以及后来因对仪器安装不熟练造成的一系列麻烦和到最后因电脑病毒引起的种种意外,真可谓“多灾多难”。每一次新问题的出现总会给大家带来许多失落,但每次我们都能很快从阴影中走出,并迅速转入新一轮的战斗中,因为我们都清楚地知道,其实克服每一次困难,都是离成功又近了一步。

解决问题是充满希望和激情的活动,特别是每当我们利用集体的智慧攻克一道道难关时,自豪感和成就感油然而生。它带给我们无限的喜悦,使我们充满信心。

实验报告的完成,标志着实验主体基本结束。这次实验带给我们启迪和心灵的升华,将永远成为我们在探索科学与真理道路上的一盏明灯。

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