基于工程案例的“船舶板殼力學”教學方法改革及實踐

摘要：目前高校多數(shù)研究生課程教學仍處于知識傳授層面，在培養(yǎng)研究生自主創(chuàng)新和解決實際問題的能力方面有所欠缺。本文以“船舶板殼力學”課程教學改革為例，提出了基于工程案例的教學方法，重點強調研究生了解學術前沿動態(tài)、引入實際工程案例理論聯(lián)系實際和開展課程討論與匯報的重要性。

關鍵詞：工程案例；學術前沿；課程討論

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）24-0031-03

與本科生教育不同，研究生教育是一種高層次的科學研究素質養(yǎng)成教育，其特殊性體現(xiàn)在研究生的職責不僅僅是學習知識，還包括學術研究和學術創(chuàng)新。在課程教學中，如何激發(fā)研究生的自主性和創(chuàng)新性以及培養(yǎng)研究生分析問題和解決問題的能力是提高研究生教育質量的關鍵。雖然已有調查表明，研究生課堂教學方式已經走向多元化，但是目前研究生教學的現(xiàn)狀仍然不容樂觀，其不足之處主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是課程設置與培養(yǎng)目標不相符，課程內容與本科階段重復較多，在難度上也與本科差距不大，前沿性知識比重低，限制了研究生思維創(chuàng)造性的發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；二是課堂教學在教學觀念和教學目標上仍停留在知識傳授的層面上，以教師和課堂講授為中心，多數(shù)學生仍停留在以教材為中心的應試學習狀態(tài)，大大弱化了研究生的學習興趣，教學效果不理想；三是在課堂教學中理論與實踐教學結合不夠緊密，難以發(fā)掘學生的創(chuàng)造潛能，難以提高學生動手能力和解決實際問題的能力。本文針對以上三個問題，結合專業(yè)課程《船舶板殼力學》，提出了面向工程實踐、培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的教學改革方案。

一、工程案例教學的特點

原有《船舶板殼力學》課程的教學內容偏重板殼基本理論的學習，涉及船舶與海洋工程結構方面的內容較少，《船舶板殼力學》中的“船舶”專業(yè)特色沒有得到充分的體現(xiàn)。由于課程教學與實際工程聯(lián)系不夠緊密，而且教學目標仍然處在知識傳授的層面上，學生雖然了解知識卻難以運用知識解決實際問題，導致學生對于相關力學理論與方法缺乏學習興趣和動力。為了在課程教學中把力學理論與工程實際有機地結合起來，充分發(fā)掘學生的創(chuàng)造潛能，提高學生分析問題和解決實際問題的綜合能力，筆者將實際工程案例引入到課程教學中。案例教學是以案例為依托，以自主學習為基礎，以交流為手段，以開發(fā)學生潛力、提高學生運用理論解決問題的能力和促進學生綜合素質提高為目的的一種理論與實踐相結合的教學方法。案例教學法目前在國外已經發(fā)展得相當成熟，被認為是一種能夠代表未來教育方向的成功教育模式。與傳統(tǒng)的以課堂知識傳授為主導的教學法相比，案例教學法有以下幾個方面的特點。

1.傳統(tǒng)的教學方式關注的是向學生傳輸了哪些知識，忽視了對學生學習潛能的開發(fā)，導致學生理論與實踐的脫節(jié)。而案例教學十分注重學生的主體性、主動性、自主性的發(fā)揮，學生通過收集各方面的資料和信息，在對已有資料做多方面分析的過程中促使自己的思維不斷深化，并在力圖對一個問題尋找多種解決方案的過程中培養(yǎng)和形成創(chuàng)造性思維。

2.案例教學有利于提高學生分析問題和解決實際問題的能力。在案例教學中，學生針對實際工程問題，在一定的條件下對解決問題的最終方案做出判斷和決策，在這個過程中鍛煉了自我綜合運用各種理論知識和經驗，分析和解決問題的能力。

3.案例教學能夠提高學生的表達、溝通與合作能力。在教學過程中，通常把學生分成若干個小組，每個小組成員之間會有明確的分工與合作。小組內部成員通過討論相互溝通，形成小組的案例分析報告。最后各小組再指派代表在課堂上進行案例分析結果的匯報與答辯。

二、工程案例教學的實踐

1.調研國內外研究現(xiàn)狀了解學術前沿。要培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力，就需要研究生能夠對學術前沿動態(tài)保持密切關注。大量閱讀國內外文獻資料是了解某個專業(yè)領域研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢的最有效途徑。文獻是研究生培養(yǎng)深入探討學術并保持學術研究創(chuàng)新性的必要資源。沒有足夠的、高質量的文獻作為學術研究的基礎，研究生很容易做無用功。沒有廣泛的閱讀，研究生就不可能形成自己的觀點，更不可能提出自己的獨特見解。在廣泛閱讀的過程中，研究生既能夠獲得知識與信心，又能夠獲得思維與方法論的潛移默化的影響，這些對于研究生的學術素養(yǎng)的形成及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是不可缺少的。《船舶板殼力學》這門課主要涉及船舶與海洋工程結構強度與安全領域的相關內容。通常將研究生分成八個小組，并列出該領域中八個研究方向分配給各個小組的學生進行調研，包括船舶與海洋工程結構的極限強度、剩余強度、屈曲強度、疲勞與斷裂等。每個研究方向查閱的文獻要求是近三年公開發(fā)表的期刊、會議論文或者是研究生學位論文等，其中國際期刊論文數(shù)量不少于十篇。每個小組最終要完成一份某個研究方向的國內外研究現(xiàn)狀調研報告，作為課程平時成績評定的依據(jù)之一。

2.采用案例教學聯(lián)系工程實際。本課程在教學中引進工程案例主要是基于兩個方面來考慮：一方面本課程仍然注重力學理論與方法的學習，但是力學問題的提出、分析問題和解決問題的思想都是基于具體的工程案例，研究生在實際工程應用中既提高了學習力學理論的興趣，又加深了對理論與方法的理解。另一方面，在工程案例中設置一些開放性問題讓研究生思考并尋求解決方法，從而加強了學生自學能力、實踐動手能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。每組學生給出的分析問題思路和解決方案有可能是不同的，但正是在不同解決方案的比較過程中激發(fā)了學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。本課程采用的工程案例全部來自筆者完成的實際工程項目，涉及的內容包括船與海洋平臺結構的屈服強度、屈曲強度及疲勞強度的分析與校核。例如在講解薄板屈曲強度時，筆者以實際船舶甲板板架為例，給定邊界條件和外載荷的大小，設置的問題是當甲板板厚偏薄不能滿足屈曲強度要求時，采取何種加強方案最為有效而且增加的結構重量最小。每組研究生在計算報告中給出了各自的加強方案和分析結果，采用的方法包括增加板厚、增加縱向骨材或者橫向骨材的尺寸及減小骨材的間距等。雖然各組的解決方案各不相同、有優(yōu)有劣，但是學生在思考問題的過程中既充分運用和鞏固了學習的薄板屈曲理論，又動用了自己的智慧，鍛煉了自己解決實際工程問題的能力。

3.開展課題小組討論激發(fā)學習熱情。研究生在完成國內外學術動態(tài)調研和各個工程案例分析的報告后，開展一系列學術匯報、答辯和討論非常重要。這樣可以進一步激發(fā)研究生自主學習的熱情，培養(yǎng)他們敢于質疑、敢于創(chuàng)新的精神。開展課程學術討論是教師與學生以及學生之間共同研究問題、交流思想、表達自我的一種教學方式。這種教學方式要求教師本身要有較強的創(chuàng)新思想，同時還要有啟發(fā)學生思路、駕馭討論過程、評價與總結學生討論結果的能力。本課程開展學術討論主要分為三個環(huán)節(jié)。首先，要求每個小組針對各自完成的問題進行組內交流。由于課堂時間有限，這一環(huán)節(jié)由各組學生在課后自行組織完成，但可以邀請教師參與。在討論中，組內的每個成員可以自由發(fā)言，在合作中分享不同的觀點和思想，最終形成小組的討論成果。成果形式包括文字報告和匯報用的幻燈片電子文件。教師在參與過程中可以給予適當?shù)闹笇В椭鷧f(xié)調與推進小組的活動。然后，在課堂上每個小組指派一名學生向全班匯報小組研究工作的完成情況和討論成果。其他組的學生可以質疑和提問，匯報小組的所有成員參與答辯。這一環(huán)節(jié)有時會出現(xiàn)非常激烈和精彩的辯論，教師和學生在這個過程中不僅加深了對討論問題的理解，也開闊了思路，鍛煉了學生語言表達和參與辯論的能力。當出現(xiàn)冷場的情況時，教師要善于啟發(fā)和引導，可以通過提出一些問題，激發(fā)學生參與討論的積極性。最后，教師要對整個討論活動進行總結，對每個小組的表現(xiàn)及全班討論的情況進行點評。比如對于某個工程案例的解決方案，可以從基本原理和實際工程應用等多方面評價其準確性、實用性和先進性。另外，教師還要能夠通過每個研究生的表現(xiàn)掌握其對問題的理解深度、學習態(tài)度及付出的工作量，從而對學生討論環(huán)節(jié)的成績給出公正的評定。本課程為了鼓勵研究生積極參與學術前沿調研、工程案例分析和學術討論，將這部分成績的比例定為課程總成績的40%，課程期末考試成績占60%。

三、教學改革成效總結

“船舶板殼力學”基于工程案例的教學方法經過兩屆研究生的實踐，獲得了學生很高的評價。通過與學生座談交流，本課程教學改革收到的實效總結如下：①研究生在分析實際工程案例、尋求解決方案的過程中學習書本上的理論知識，提高了學生的學習興趣。②把理論教學與實踐教學有機地結合起來，不僅有利于研究生加深理解和掌握書本上的理論知識，更使他們懂得怎樣靈活應用這些知識。③在課程中引入工程案例分析，能夠培養(yǎng)研究生自主學習能力，提高學生分析問題、解決問題和實際動手能力。案例分析的完成有助于增強學生的自信心和成就感。④以組為單位的學習與討論，鍛煉了研究生的溝通能力和團隊合作能力。成果匯報與答辯可以進一步提高學生的表達能力。⑤在教學過程中既體現(xiàn)了教師的主導作用，又發(fā)揮了研究生的主體性。同時，通過師生間的討論與交流，教師能夠更加準確地掌握學生的學習情況，便于及時調整教學內容和精度，真正提高課程的教學質量。

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基金項目：大連理工大學研究生教學改革基金面上項目（JG1167）

作者簡介：劉剛，大連理工大學船舶工程學院副教授，博士，主要研究船舶與海洋工程結構安全與評估。