首页 -> 2008年第5期
从工科基础课程的特点出发开展研究性教学
作者：陈建平 范钦珊 邓宗白
析问题和综合运用已有的知识解决问题的能力，显得尤为重要和迫切。
例如，在基础力学课程的研究性教学实践中，我们曾经让学生对这样一个问题进行研究：人在秋千上如何运动才能使秋千越荡越高?针对这一问题，学生不仅需要通过分析抓住影响秋千越荡越高的主要因素，舍去一些次要的因素，以便使自己的研究可以进行下去，还要在此基础上建立秋千系统的力学模型，确定需要哪些条件和数据，然后收集和查找符合实际的数据，综合应用所学习的运动学和动力学知识，通过计算机编程计算，获得有关的结果，并对所获得结果的正确性进行判断，最后对不同条件下的结果进行分析和比较，指出研究中的不足，以及有待进一步研究的问题。就这一问题的力学模型而言，有的同学建立的是变摆长的单摆模型，有的同学建立的是两刚体模型，有的同学建立的是三刚体模型，有的同学将摆绳抽象为不计质量的刚杆，还有的同学将摆绳抽象为不计质量的柔索，真可谓百花齐放，百家争鸣。
3 在经典分析的基础上增加计算机辅助分析的内容
本文所说的经典分析包括理论公式的人工推导和问题的手工计算与求解。长期以来，由于受到计算工具和计算手段的限制，工科基础课程的教学中主要采用的是经典分析的方法，其结果是，一方面，对于工程和生活中的实际问题，常常需要对其做大幅简化才能进行讨论，对数据进行过度处理才能方便手算，从而使原问题大大失真。另一方面，有时方程推导出来了，可是又没法解出来，这样不仅给学生造成工科基础课程的学习难以解决工程和生活中的实际问题的错觉，而且影响了学生对某些问题的认识、理解与把握，束缚了学生对许多规律的进一步探讨与研究。例如，在理论力学的动力学教学中，常常停留在得到的动力学微分方程(组)，而对这些动力学微分方程(组)的求解不作讨论，使学生无法了解系统初始条件和系统参数对系统动力学行为的影响。
近年来，随着计算机和计算技术的飞速发展，计算机辅助分析已经越来越受到人们的重视，并广泛应用于许多工程领域，计算机辅助分析技术同样也对工科基础课程教学内容的改革提出了新的挑战，带来了新的机遇。弱化过于依赖技巧的解题方法，增加计算机求解程式化方法的介绍和计算机数值求解的应用，加强学生定性分析的能力和对计算结果正确性的判断能力，已经成为工科基础课程教学改革的必然趋势。在基础力学的教学实践中，学生利用软件MATLAB/Simulink提供的丰富强大的通用功能，可以灵活自主、快速直观、简单方便地构建和修改计算模型，求解手算难以求解甚至无法求解的非线性方程(组)和动力学微分方程(组)，定性判断计算结果正确与否，绘制有关曲线，探究问题的力学规律，达到“把繁琐的计算交给机器，把创造性的工作留给学生”的目的，从而为学生自主学习和研究型学习提供了一个良好的平台，而且这种通用软件的掌握对其他课程(如现代控制系统、机械设计等)的学习研究以及学生能力的培养无疑具有非常重要的意义，这就形成了课程之间的相互促进和相互提高。
三、努力改进教学方法，正确处理传统教学手段与现代教学手段的关系
教无定法，但教有常规。在工科基础课程的教学实践中，虽然不同的教师，不同的学生对不同的教学方法会有所偏好，但探究式、互动式、讨论式的教学方法越来越受到教育界的认可和学生的普遍欢迎。虽然现代教学手段的应用为教师提供了在课堂上呈现图像、动画、声音等多种媒体的可能，但对现代教学手段的合理使用，对教学内容的科学表达仍是一个值得关注的重要问题。
1 教学手段应用应当传统与现代相结合
在课堂教学实践中，传统的教学手段是粉笔和黑板，其最大的优势是灵活，教师在课堂上可以根据学生的响应随时调整教学进程，或详或略，或快或慢，有的放矢。而现代教学手段是多媒体，其最大的优势是直观，借助多媒体可以生动形象地展现书本和黑板无法表达的教学内容，或动画，或视频，或声音，多媒体的另一优势是可以节省教师板书的时间，大大提高讲课效率。因此在教学中必须根据学生的认知过程，将传统教学手段和现代教学手段有机结合、交替使用，扬长避短，充分发挥各自的优势，才能取得理想的教学效果。
我们在基础力学课程的教学实践表明，多媒体电子教案应当重点体现一个“精”字。文字叙述要精，尽量以条目或关键词的形式列出。动画的使用也要有一个“度”，以便给学生的想象留下一定的空间，同时要尽可能以仿真动画代替示意动画，如动力减振器的系统参数是决定其减振性能的重要因素，这时对应不同系统参数的仿真动画就比示意动画更能反映问题的实质，也更有说服力，因而也更能加深学生对这一问题的理解。
2 学习效果评价应当过程与结果相结合
对学生学习效果的评价是教学实践的又一重要环节，评价方法直接影响教学效果。为此，我们在基础力学课程的教学中，采用随堂测试的方法，及时反馈学生对已讲授知识的理解和掌握情况，了解学生的学习过程，并据此及时调整教学进程，使得教师的教与学生的学同步、协调。实践表明，这一方法可以有效提高教学质量。适当强化学习效果的过程评价，弱化学习效果的结果评价，将学习效果的过程评价与结果评价有机结合，并将课程学习研究论文纳入学习效果评价之中，是我们开展基础力学课程研究性教学的重要措施之一。
近两年来，作者在南京航空航天大学、清华大学等选择了多个教学班作为试点，开展基础力学课程研究性教学的实践与探索，取得了令人满意的教学效果。在2007年举行的第六届全国周培源大学生力学竞赛中，来自南京航空航天大学试点班的一位同学取得了个人赛第二名的优异成绩，在该校个人赛前五名中，有三人来自试点班。同时，我们也深知，如何将这些研究性教学改革的成果由点推广到面，全面提高工科基础课程的教学质量，仍然是一个有待进一步研究和探讨的重要课题。
责任编辑：文和平
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