工科研究生数学课程 工科研究型大学专业课程教学改革

于开平+王秋生+赵婕

摘    要：本文以工程力学专业课“结构动力学”的教育与考试方法变革为例，谈谈作者对工科研讨型大学专业课教育与考试方法变革问题上的一些领会和知道，包括科学研讨及作用与经典教育内容的交融，核算机编程言语、视频及商用软件等信息技能的合理运用等问题。

关键词：工科;专业课;教育方法;考试方法;变革

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2015）08-0001-03

专业课程是本科专业的首要载体，蕴含了专业的最首要特征，专业课程的教育在整个本科阶段所占的位置是十分重要的，直接关系到学生对本专业的酷爱程度，更切当地说直接影响了学生培育水平缓结业生的质量。专业课教育的重要性显着是毋庸置疑，可是近年来的教育变革与实践作用，专业课的仍是偏少，从上到下，更多注重的仍是受众面更广的公共根底课或许技能根底课。不过，跟着高等教育对立异人才培育要求的前进，专业课的教育变革与实践也开端逐步得到教育者的注重[1]。本文首要对专业课程的教育及其深化变革的方针进行了论述，然后依据自己多年的教育领会，从几个方面总结了科学研讨、信息技能对专业课教育的促进作用，并浅议了合理有用运用的方法，最终针对专业课程的考试方法，结合教育实践强调了实践性考试对专业课程查核的重要性。

一、专业课教育与变革方针

为习惯新形势下的教育变革需求，哈工大对一切专业培育计划进行了全面修订，修订后的2012版培育计划的方针和准则，与以往比较愈加杰出实践教育与立异才干培育，并提出各专业要加强校企协作。为完成这些方针，显着专业教育类课程要承当更多的使命。

课程的教育与变革，教师是施行主体。咱们以为，一个优异的专业课教师，不只能够教授学生本门专业课程的重要概念、方法，还能培育学生运用专业知识处理工程问题的才干，能够引导学生深化到本门课程所支撑的学科方向，启示学生进行研讨性考虑，和研讨性学习，获得开端的研讨才干，并开端了解科学精力的内在。因而，专业课教师在教育方法和考试方法上进行适度的变革是必要的，例如，将科研进程中遇到的学生在本科阶段也能较好了解的科研问题及时引进教育，科研用的手法和开发东西也及时用于教育，科研进程中的领会和感悟揉入讲堂教育，让学生感受到科研的魅力并爱上科研，进而大大增强对本门专业课程的学习爱好。这种教育变革对任课教师的科研才干有很高的要求，要求任课教师在专业课程相关的学科方向上有较高科研水平，并一向坚持该方向的科学研讨，承当过该方向以科学理论研讨为首要方针的项目，更应该承当过以处理工业部门潜在或现实存在的工程实践问题为方针的项目。国外闻名大学本科专业课的任课教师，大大都都是由闻名的高水平教授担任，就是为了到达这样的培育方针。研讨型大学的学习方法就应该是研讨性的，这现已得到了一些专家的认同[2]，专业课教育首战之地应该承当起培育学生研讨性学习的使命。

二、专业课教育方法变革

（一）科学研讨与专业课教育

科学研讨作用对工科研讨型大学的专业课程教育的促进作用，应该是不必评论的出题。很难幻想，没有做过课程相关学科方向科学技能研讨的人，能把专业课程展现得愈加精彩，如学科现在的开展及运用，前沿技能和理论或许都无法给学生介绍得清楚。本文并不想去证明这个毫无争议的问题，仅仅想从自己的教育领会谈谈，可从哪些方面去加强和促进专业课的教育作用。

1.从科技史的视点去丰厚课程内容。专业课的序言是本门课程科技史的最佳载体，有人以为，序言没啥好讲的，而咱们以为恰恰相反，能把序言讲好是十分不简略的，需求教师谙熟本门学科开展前史、本门学科特定科学研讨方法，并以故事的方法叙述出来，才干到达第一课就捉住学生眼球的作用。在序言叙述科技史，这一点应该是大都教师都认同的，但在课程中心参加科技史内容，其实相同有很好的教育作用。例如，在振荡理论与运用类的课程里，共振是首要的概念之一，在用数学模型给出共振现象的解说时分，能够参加科技史的内容，给学生以更理性的知道，例如，1940年美国塔科马海峡（Tacoma Narrows）大桥在风力作用下垮塌，就是典型的共振损坏。一起，还能够给学生简介一下，最初在断定损坏原因的时分，许多科学家以为是风和结构耦协作用作用，而20世纪最巨大的应力力学家冯·卡门则以为是桥梁结构规划不合理引起了气流旋涡运动，这个运动以规矩的方法产生了一个固定频率的鼓励力，该鼓励力与结构固有频率附近然后引起了共振。

2.将最近几年的相关学科作用交融进教材。教材一方面要反映学科最重要的根本理论和方法，一方面还要必定程度地盯梢学科的最新开展，可是许多学科的最新开展很难在有限的讲堂教育时刻内讲清楚，并且有些作用需求很深化的数学东西，进程也十分冗杂，因而这样的一些作用写进教材就不十分适宜。可是有一些对根本理论和方法简略扩展的，或许新思想、新方法比较简略了解和承受的，这些内容就适合于教材的修订内容。咱们结构动力学教材最新修订就表现了这个准则。将随机振荡剖析的虚拟鼓励方法，以及作者自己提出的结构动力呼应数值核算方法，经过几年的教育实践后，修订进教材。将适宜的新作用写进教材是修订的重要内容，但咱们也有这样的观念，在修订之前，至少经过一轮的教育实践，这样怎么将新作用用教材的言语来描绘就更清楚了。

3.将教师科研课题研讨作用适度揉入讲堂。前面现已说过，一个优异的专业课教师，应该一向从事课程相关学科的科学研讨，并有必定的造就，还应该有承当工业部门课题的阅历。这样就或许将自己的科研作用或许自己处理工程问题的阅历与学生共享，这会让学生感到学有所用，感觉到自己不只仅在学习，也是在研讨，一起也会很快建立起对任课教师的信任和爱崇，前进学习爱好和作用。例如，在结构动力学课程上，在讲杂乱结构建模时，咱们叙述一个实践火箭杂乱，怎么简化建模为梁模型，这就是咱们接受的一个科研课题演化而来的。在叙述结构动呼应数值核算方法时，把咱们自己提出的改善算法也参加对应的章节中，在讲堂上叙述。

上述交叉的科研作用，用教材的言语陈说这些作用及其依托的理论，实践证明作用显着。

（二）有用运用信息技能

信息技能是现代教育技能的首要内容，运用得好，能够协助学生了解和把握课程的根本教育内容，特别有必定深度、图形和公式繁复的内容（专业课首要特色之一），事半功倍、节约课内的教育时数，更重要的是，能够前进课程研讨性学习的作用。但近年来，关于有些信息技能，例如PPT的运用，呈现了不少争议，进而有否定信息技能促进作用的倾向。有用运用信息技能，能够前进教育作用，这也应该是不争的现实，关键是要适度运用、有用交融。下面以专业课的教育为例，就PPT、动画、核算机言语，以及商用软件程序等典型信息技能的运用，以结构动力学课程为例，谈谈观点。

1.关于PPT的运用。力学专业课中有许多公式十分杂乱，有的黑板一行写不下，这不只简略犯错，也很糟蹋课时，还有动画，以往根本没有展现手法，一些杂乱的图形，核算机画出来的美丽又直观，核算机技能带给了咱们无限或许。因而，一段时刻内咱们广泛运用PPT，以至于近年来PPT漫山遍野，大学讲堂简直不见板书，教师用“电子黑板”“电子讲义”对学生进行“电灌”，学生也不再记笔记了，PPT的缺陷显着被扩大，学生以及部分教师对此都开端置疑和冲突。确实，一门课程悉数用PPT，有几方面的问题：一是进展过快，学生跟不上思路，也就无法记笔记，也简略疲倦，导致听课作用差;二是教师长期运用PPT，乃至几年都用一个，连要点内容和公式自己都不在备课时再一次推导，导致备课不仔细。现实上这不是PPT自身有什么问题，而是没有合理运用。咱们以为，一些要点公式及其细节的推导，板书作用更好，就是需求课前规划好，本节课那些用PPT，那些用板书，应该每节课都是板书和PPT的无缝结合。别的，制造PPT课件时要遵从多媒体教育的规划理论， 要打破简略的演示型形式，供给丰厚的多媒体资源，加强制造技能。

2.关于动画和视频。动画和视频这种媒体技能，带给听众的视觉冲击和影响是传统教育手法彻底无法比拟的，咱们发起在讲堂上，特别是工科专业课的教育中广泛选用动画和视频。当然，不能将讲堂变成影院，需求操控播映时刻，一段动画一般不要超越2分钟，视频不要超越10分钟。

关于结构动力学课程，动画的运用是必需的，能够十分直观地表现杂乱结构振荡形状。咱们在叙述两自由度振荡问题时，用VB言语开发了两自由度体系振型动画，能直观地看出一阶同向振荡形状和二阶反向振荡形状以及节点的存在。 在叙述梁的各阶振荡形状时，咱们制造了不同鸿沟条件下梁的前若干阶振型动画，讲堂讲到这个内容时，当令播映作用很好。

一般在序言中，演示视频更为适宜，因为视频仅仅定性地阐明一种现象。在本质内容叙述时，引进视频有时也是必要的，也能够起到很好的作用。例如，在讲到板的振荡形状时，咱们会播映一段TED关于声响可视化技能的讲演视频。声响的首要特征是频率，所含的频率成分是能够经过可视化技能再现的。这种新技能其实首要的原理就是用声响去鼓励一个平板，不同频率的声响会鼓励平板的不同阶主振荡，主振荡的形状能够用可视化技能显现，看到不同形状依据板的核算作用就能够得出频率的巨细。视频内容与教育内容联接严密，在深化了解板的振荡一起，激起了学生科学探究认识。

3.关于核算机言语和商用软件。专业课的一大特色就是数学模型和公式杂乱，有时很难从公式中直观看出参数改动的影响，直接用传统方法画图又费时吃力，画得还不必定精确和漂亮，而用核算机言语画出随参数改动的曲线，快速、精确和漂亮，但或许核算机言语的学习又是一个问题。跟着Matlab言语的呈现，为讲堂教育带来很大便利，该言语是文本式的，好学易用，在国外大学简直大学生人人都会用。以结构动力学课程为例，在单自由度振荡问题中，扩大因子曲线、频率呼应函数曲线以及振荡传递率曲线等都是要点内容，咱们在讲堂上直接给学生看源代码，改一个参数给出一个曲线图，这些曲线都是画在一张图上的，改3—5个参数就能够看出规则，教育作用十分好。几年来的教育实践领会，咱们以为不只结构动力学这门课程，其他一些工科专业课程应该都能够做到这一点，选用Matlab辅佐教育，都能收到奇效。

现代核算技能的飞速前进，使得工科许多范畴的理论知识都形成了商用软件，在各个工程范畴广泛运用。以力学为例，以有限元方法为根底的现代CAE软件，开展到今日现已十分老练，绝大大都的力学根本理论和方法，乃至科学技能人员正在研讨的前沿理论和方法，在软件中都有表现，一个软件，例如Nastran、Ansys、LS_ DYNA、Abaqus等，简直就是一个力学大全，并且软件中核算模块大都现已为工程实践证明是牢靠的。航空航天、船只水利、修建桥梁、能源动力、机械、交通等许多工业部门在产品规划中，许多都选用了这样的软件进行剖析和优化，这些范畴的学生本科或硕士结业后，到工业部门简直都会或多或少遇到这些软件的运用问题，特别是力学相关的专业，因而，在本科阶段，加强这方面的练习和培育是十分必要的。美国的工科课程中组织较多时刻让学生学习和运用工程运用软件，运用这些软件“协助本科生精干博士生的活”[3]，也应该是出于这样的考虑。咱们经过大作业和课程规划的方法，让学生对照结构动力学理论方法运用商用软件，这样在学会用软件的一起更进一步加深了对理论的了解，一起体会了工程师的工作方法和内容。

总归，现代教育技能的运用是必要的，但要留意技能的运用应该能引起教育深度和广度的深化改动，能引导学生赶快从理论走向实践工程运用，应该能引导教师选用更先进战略启示学生科学思想，激起学生的实践立异精力。现代的优异教师应该都能把握这些先进的教育技能，并适度引进讲堂。

三、专业课考试方法

工科专业课一般都具有很强的实践性和理论的深化性，有的要求学生经过实验、核算机仿真等手法把握处理问题的才干，有的理论性很强，要求学生有娴熟运用数学东西、推导杂乱公式的才干，这些特色就决议了仅仅用期末一卷查核的不科学性。例如，有的课程因为理论杂乱，一道题要做30分钟以上，这就不适合仅仅用期末一卷查核的方法。咱们以为，大大都工科专业课程，都能够选用实验、核算机仿真（上机）、大作业、面试、期中、期末试卷等归纳手法进行查核，可不全用，但一般至少应该包括两种以上，依据不同课程具体情况而定。关于触及学生保研的专业根底课，期末试卷环节一般都应该有，此外，为了确保点评的客观性，假如有实践环节还应该辅佐面试。对专业中心课程，试卷可考虑开卷。对专业选修课程，一般应该有大作业，乃至能够没有其中和期末的试卷环节。结构动力学课程除了讲堂理论教育以外，还设置了必要的实验和上机教育环节，咱们以为工科专业课大都应该有实验和上机的实践环节。查核方法上，实践环节除了上交陈述以外，还在期末考试完毕当天或第二天，运用半响多的时刻进行面试，这样既能够考察学生对本门课程归纳把握程度，还保证了实践环节给分的客观性，虽然这需求教师多花一些时刻，可是必要的。这么多年咱们一向坚持这样查核方法，学生反映也很好。

咱们以为，工科研讨型大学本科阶段专业课程的教育及变革方针最重要的是要使学生从被迫承受到自动研讨，思想和学习方法都渐变为研讨性的。为了到达这样的方针，任课教师自身的科研阅历、科研作用与本科专业课教育内容的交融以及现代教育技能运用才干十分重要，别的，教师自身的积极性或许愈加重要，假如教师的教育积极性被调集起来，本文提出的一些关于怎么前进专业课教育教育作用的观点和主张，不必花费许多时刻和精力就能够付诸实践，也必将能获得预期作用。本文提出的一些主张，应该能为怎么使工科专业课的学习向研讨性方向改变供给有利的参阅。

参阅文献：

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