虚实结合的专业基础课教学改革研究

余志红

[摘要]本文分析了当前中国的經济教育形势和当前高等教育理念以及当前高校专业基础课程教学面临的问题。文中提出利用先进的信息化技术构建适合本学科的教学体系，构建课程教学知识库，虚实结合的仿真实验创建培养创新型人才的教学模式，解决了培养大面积学生自主学习能力是受到空间、时间、设备、优秀教学资源和师资力量的约束的难题。

[关键词]虚拟仿真；教学模式；改革；工程力学

1当前专业基础课教学面临的问题

力学课程是大学工科专业必修专业基础课程，有理论力学、材料力学等等，是后续专业课程的理论基础，主要训练学生的逻辑思维能力和抽象思维能力，培养学生分析问题和解决问题的基本技能。课程知识点多而且学生普遍感觉难学，积极性不高。对于大部分工科院校，专业基础课教学都面临很多问题。

1.1总学时的下降与学生整体素质的下滑

在全面压缩高校总分的浪潮下，许多专业基础课也面临着学时的压缩，在曾经的精英培育时代，学生的数量少，当时受高考入学率低的影响，考入大学的学生基础相对较高，学习的积极性较强。自1996年高校扩招以来，学生上大学的比例增加了，学生的综合素质也比原来下降：学生学习目的不明确，自主学习能力较低。同时国家又在不断的呼吁要培养应用型人才。应用型人才是要加大实践课程的分量，并非缩短学时。

1.2面向大面积学生的实验教学质量存在问题

大面积学生的入学，实验教学就面临着巨大的困难，实验室排的满满的，无法实现针对性教学，很多时候学生只是照葫芦画瓢式的得出预知结论就算达到要求，对于实验设备的原理，参数的调整等等完全没有时间也没有精力去深究，导致实验教学质量下降。

1.3面向大面积学生的的专业基础课教学体系存在问题

探究面向大面积学生的教学质量存在问题的关键是教学过程、教学模式出了问题。现在很多教师还停留在PPT讲授课程的形式，没有形成课程的相关教学知识库。教师的工作岗位调整、离职、退休都会影响到课程的教学。时代变了，我们的学生变了，但我们仍然延续当年的精英教育法，却总在埋怨学生不听话、不努力。

1.4理论与实际脱节

教师在授课过程中虽然通过大量的工程实例将理论与工程实际问题相联系，培养学生利用相关理论知识分析实际问题的能力。但因课程信息量过大，为应付考试，最终都演变成了套公式解题，学生虽然能够用公式解题，但是无法将力学知识与工程实际结合起来。

2当前形势下专业基础课教学改革的思考

从前面的分析看到造成如上问题的困境在于，一方面，面临着大面积的学生、学时的减少；另一方面，社会对应用型人才的需求加大，要求学生毕业就有很强的动手实践能力。这意味着教师在教学中要理论联系实践，而且要把这种思维方式应用到毕业后的工作中。毕业生返校作交流时也经常反馈说学了很多知识，但在工作实践中并不能有效地运用自己所学的知识解决实际问题，这在很大程度上是由我们传统的教学方式造成的。因此，我们有必要思考当前形势下专业基础课的教学模式问题，可尝试从如下几个方面去改革。

2.1利用先进的信息化技术构建适合本学科的教学体系，构建课程教学知识库

现在的学生获取知识的能力比以前任何时候的学生都强。但是他们获取的都是知识的碎片，没有形成完整的体系框架。利用学生的这些优点，可以构建适合本学科的教学体系，利用先进的信息化技术，构建网络在线平台。在如今这样一个知识爆炸的时代，教师拿着自己制作的PPT上课是远远不够的。必须依靠团队、依靠平台，构建一门课程的相关教学知识库，音频、视频的应用，知识点衔接的素材收集等等，每位任课教师都可以在平台上充实内容，时时更新，新教师可以随时接手新课，在教课的过程中不断推进，这样每门课程都可以成为精品课程。

2.2虚实结合的仿真实验创建培养创新型人才的教学模式

必须要探究以学生为主体、教师为主导，培养学生自主学习能力的教学模式和教学方法。利用虚实结合，开展仿真实验，创建以学生为主体、教师为主导的教学环境，建立培养学生自主学习能力课程体系、教学内容和教学模式。提高教学质量的关键是创建培养大面积学生自主学习能力的教学模式，充分给与学生思考和动手的机会。学生有了自主学习的能力，才能进一步培养创新能力。然而，培养大面积学生自主学习能力是受到空间、时间、设备、优秀教学资源和师资力量的约束的。CAE技术的出现为这种局面打开了一个缺口。使用CAE技术对问题进行仿真可实现可视化的建模，改变参数获取不同条件下的结果，得到最优的设计方案，既保证了分析结果的可靠性还省去了复杂的计算过程。

2.3基于虚拟仿真实验创建学生自主学习的教学环境

面向大面积学生开设设计性、研究性、开放性实验需要耗费大量的设备、教学时间和师资力量。这也是高校改革的瓶颈。应用发达的互联网技术和课程平台，可以缓解教学中课程少、师资不够的困扰，为大面积学生提供预习、自学并检测的开放模式。

（1）“基于组件”的计算机仿真实验

学生可自拟实验方案，根据自拟方案选择实验仪器，完成实验。学校提供实验数据接口，得到实验实时状态，实现对实验方案和实验结果的自动评判。

（2）基于虚拟仿真创建的自主预习实验与自动评判系统

不突破预习的环节，只能是照葫芦画瓢式的教学模式。而大面积学生实验预习是一个一直困扰的问题，学生掌握了实验原理、仪器运行机理，却跨越不了书本阐述的仪器和实际仪器之间的鸿沟。利用基于组件的仿真实验完成预习习题和仪器操作，为学生自主学习创造了条件。

3教育改革效果分析

笔者自2006年以来教授力学课程以来，工程力学课程就从72学时缩短为48学时。于现在的学生，很多人没有目的也谈不上兴趣，就是为考试为学分。但是对于他们感兴趣的东西，他们会自主学习。我系基本实现了课程的团队教学，集体备课，共享资源，并从2013年开始尝试引入半仿真实验到课堂，引入CAE技术。

（1）在开學初讲绪论的时候就开始，找出一些实际案例，作出大量动画，让学生对我们将要学习的内容有个感性的认识，提出问题并通过虚拟试验解决问题，抓住他们的兴趣。给他们CAE技术的感性认识。（2）CAE技术的引入和介绍。在进行案例分析，动画演示时，经常有意识地补充动画的制作软件，在学生有了兴趣后花点时间讲解软件的操作过程，并做一些简单介绍。然后让学生熟悉软件的使用，后续课程可以直接要求学生用软件计算、处理结果。给他们讲述当前研究热点与基础原理的关联度，使他们认识到理论知识的重要性，达到间接地提高了其学习理论知识的热情的目的。（3）CAE技术的工程运用——工程设计。对于一些对课程有浓厚兴趣的同学，引导他们加入教师科研，从分析方案到建模到分析处理，让他们真正去求解实际工程中的问题，这样在日后的工程设计实践中，他们也能够很快上手，自主使用CAE工具完成工程问题求解。例如理论力学中的四连杆机构、连杆滑块机构、牛头刨床等许多同学根本就没见过实际中的机构，运动关系、动力关系很难理解。在讲课的课程中，我引导学生课后使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统集合模型，建立系统动力学方程，对虚拟系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度和加速度等曲线，以动画的效果显示分析结果，还可以方便的改变模型。课后，我们在平台上分享自己的仿真结果并展开讨论，鼓励积极参与的同学。将半仿真融入课堂，学生从设计性、探究性实验或仿真实验中获得了成就感，激发了他们的创新热情。一学期下来，有大半同学都积极参与到课下的学习，既减轻了我的课堂教学压力，学生还自主学习了一个有用的工程软件。还有同学组成团队申请了学校的学生科研课题，走上了科研之路。

在学期末，笔者就《工程力学》这门课程对任教的安全工程系2013级、2014级四个班的100余名学生进行了方法改进实施前后抽样了调查。问题设计到：（1）教师授课方式的接受程度；（2）课堂内容的掌握程度；（3）课堂教学的趣味性和互动情况；（4）自主学习能力的培养；（5）创新能力的培养和动手能力的培养。对反馈回来的结果进行了统计，如下表所示。

4结论

在当前中国经济教育形势下，以及高校专业基础课面临问题分析的基础上，笔者在专业基础课程的教学改革中，通过团队备课建设课程知识库，引导学生自主学习的教学环境，虚实结合，引入CAE技术，培养学生理论联系实践等多种手段进行改革，并通过两级学生的调查统计，实现了理论与实践的结合，提高了学生的学习积极性，也提升了学生分析问题解决问题的能力。总之，我们只有在不断的改进教学思路，不断的学习思考，了解学生状态的教学过程中才能更好的培养高素质的具有工程实践基础的应用型人才。

[责任编辑：王伟平]