以“回归工程”为导向的机械类专业计算方法课程教学实践

方明　江本赤　梁利东　钟相强

摘要：针对《计算方法》课程教学特点，建立以工程问题为导向的教学项目案例库，完成以项目驱动为导向的教学模式设计，构建以“回归工程”为导向的课程考核评价体系，实现工程教育“回归工程”的教学本质。

关键词：回归工程;计算方法;教学模式;课程评价

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）07-0097-02

随着“新工科”教育的发展，工程教育已由学科导向转向产业需求导向，学科交叉与融合成为工程教育改革发展的新态势[1]。在新一轮科技革命和产业变革进程中，“回归工程”将成为工程教育改革发展的新趋势[2]。

《计算方法》课程是一门针对科学与工程计算过程中必不可少的环节-数值计算过程而设立，是数学原理与实际问题和计算机的有机结合，具有广泛的实际应用价值，同时也是科学问题“回归工程”的基础工具，是机械类专业本科生的一门重要基础课，是学生今后专业课学习、科学研究和工程设计的数学基础[3]。

然而，在《计算方法》课程教学中，学生只将其作为一门纯数学理论课来学，缺乏工程应用意识，课程的学习只是单纯的以考试为目的，多为被动式学习，导致课程的学习过程枯燥以及学习兴趣与动力丢失[4]。本文针对《计算方法》上述教学问题，结合课程团队多年的教学经验，从教学内容设计、教学模式改革以及课程考核评价等方面提出改革措施，实现“回归工程”的教学本质。

1 以工程问题为导向的教学内容设计

目前，本科生《计算方法》的学习内容主要包括：非线性方程的求解、线性方程组的求解、插值与拟合、数值微积分和常微分方程的数值解法等。学习内容比較枯燥，学生对所学内容只是被动接受，导致对所学知识印象不深，容易遗忘，难以学以致用。因此，以学生之前专业课学习中的工程问题为导向，建立工程问题模型案例库，以工程案例库中项目为驱动，让学生明白课程学习内容的实用性，激发学生的课程学习兴趣，调动课程学习的积极性和主动性。

在数值微积分计算方法教学内容设计中，以实际问题为导向，例如：建筑上用的一种铝制波纹瓦是用一种机器将一块平整的铝板压制而成，如果要求波纹瓦长2m，每个波纹的高度（从中心线）为3cm，且每个波纹以近似18cm为一个周期，求制做一块波纹瓦所需铝板的长度L。

这个实际问题就是要求由函数[f（x）=sinx]给定的曲线，从x=0到x=2m间的弧长L。

针对上述实际问题，学生们的第一种求解方法就是运用高等数学中所学的弧长公式进行求解，所求的弧长可表示为：

上述积分为第二类椭圆积分，被积函数的原函数很复杂，导致难以求解。学生们在求解遇到挫折后，对数值积分求解算法的学习积极性将会受到激发，同时也将让学生们明白，本部分内容的学习比之前的数学理论学习实用性更强，从而进一步调动大家的学习热情。

2 以项目驱动为导向的教学模式设计

1） 传统课堂教学模式的不足

传统的课堂教学模式，学生和老师可有面对面进行直接交流，具有学生可以通过老师的表情、眼神、语气等方式，来找到问题的解决方向。但课堂教学时间的限制，使得课程的教学仅仅局限在课程内容层面，难以抽出时间去解决课程内容的工程应用问题，从而导致学生对课程内容学习的理解，仅仅是为了顺利通过考试。

2） 翻转课堂教学模式的现状

翻转课堂教学模式的出现将可以克服传统课堂教学模式的不足。当前，所谓的翻转课堂是将传统课堂的“先教后学”的教学模式变为“先学后教”的模式。然而，这种教学模式在实施过程中存在学生学习驱动力不足的现状。为了克服翻转课堂教学的不足，结合信息化教学方法的发展，面向“回归工程”的教学目标，提出一种项目驱动为导向翻转课堂教学的新模式。

3） 项目驱动翻转课堂教学模式的设计

项目驱动为导向的翻转课堂教学模式是以项目完成情况作为学生本部分知识点掌握情况的评价指标，具体操作过程为：

（1）授课教师发布学习内容相关的项目案例以及学习资料;

（2）学生通过老师提供的资料自行完成课程相应知识点的学习;

（3）老师提供课外互动交流的平台和方式，及时解决学生自学存在的问题;

（4）课堂教学主要是学生自学成果和方法分享交流，以便了解学生对所学知识点的掌握情况;

（5）最后课堂点评和评价学生工程项目完成情况。

这一教学模式的改进可以一定程度的缓解学生课堂学习时间紧的压力，也可以提高学生的自学能力。最后课堂点评和评价环节可以让学生进一步了解工程项目的解决路径，提升学生的工程化应用能力。

3 以“回归工程”为导向的课程考核评价方法

3.1 基于项目完成情况评价方法的过程考核体系的建立

以课程章节内容为基础，完成项目案例库的建设，并以章节内容中重要知识点为评价关键点，建立项目完成度评价体系，具体单个评价关键点评价标准如表1所示。

项目完成度评价内容包括关键点目标完成度评价和项目关键点完成情况分析，具体计算方法如下。

其中，项目关键点得分80为完成基本分，60-79分段则关键点完成度小于1，少于60分则关键点未完成，多于80分则关键点完成度大于1。

3.2 以学生为中心的课程考核体系的建立

为了扭转学生对课程的学习只是为了取得期末考试高分的学习现状，加大过程考核权重，建立以课程过程考核为主，期末考核为辅的课程评价体系。期末考核内容以工程应用内容为主，融入工程应用的思考与见解，以便提升学生终身学习的意识。具体课程考核评价标准如表2所示。

4 结束语

结合新工科教育发展趋势，思考将“回归工程”的教育理念融入《计算方法》课程教学中来，改变传统课程教育枯燥、学习驱动力不足、评价过程不完善的教学现状。以工程问题为导向的教学内容设计，让学生明白课程学习内容的实用性，激发学生的课程学习兴趣，调动课程学习的积极性和主动性;以项目驱动为导向的教学模式设计，可以一定程度的缓解学生课堂学习时间紧的压力，也可以提高学生的自学能力;以“回归工程”为导向的课程考核评价方法，提升过程考核的权重，让学生平时学习动力更足，进一步激发学生的学习积极性。

参考文献：

[1] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[3] 刘华蓥.计算方法及程序实现[M].北京：科学出版社，2015.

[4] 王金柱.《计算方法》课程教学改革的探索与实践[J].陕西教育学院学报，2011，27（1）：81-83.

【通联编辑：李雅琪】