工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨

工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨（精选9篇）

1.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇一

医学免疫学实验教学中引入PBL教学模式的探讨

摘要：将PBL教学模式引入到医学本科生《医学免疫学》实验教学过程中，与传统教学方法结合，培养学生分析、解决临床问题和其他相关问题的思维习惯，培养学生自主学习能力，提高教学效果和学生的综合素质。

关键词： 医学免疫学；PBL教学；实验教学；教学方法

医学免疫学在现代医学发展中的地位越来越重要，其不仅是一门重要的基础医学学科，同时其研究理论及相应技术的快速发展也驱动着生命科学的进步，尤其是免疫学新技术与新手段的出现[1]。此外，基于免疫学知识的诊疗手段运用越来越深入，基于免疫学理论的新药物也不断应用于临床。但是与免疫学飞速发展不对称的是，目前高校免疫学教学仍较老旧与保守，尤其是实验教学，教学内容与方法更新速度慢，多数实验仅是验证理论知识且简单重复，学生的实践动手能力差、毫无学习兴趣，最终互相抄袭实验报告应付了事。

以问题为基础的教学模式（problem-based learning，PBL）是由美国的神经病学教授 Barrows于1969年在加拿大的MeMaster大学首先创立的，其强调以问题为基础，以临床问题为激发学生学习的动力，以学生为中心的教学模式[2]。PBL教学强调以学生作为学习主体，培养其自主学习意识；鼓励学生从问题出发进行学习；培养学生团队协作意识的同时提高其分析及解决问题的能力[3]。由此看来，传统实验教学中的不足与亟需解决问题恰是PBL教学模式的优势所在。因此，我们在医学免疫学实验教学中引入PBL教学模式，取得较好地效果。资料与方法

1.1 一般资料

选取我校2012级临床医学本科学生作为教学对象，我校医学免疫学教学为分组教学，每组约为20人。因此，随机选择4个小组为PBL教学实验组，学生总数为80人；同时随机选择4个小组为对照组，学生总数为80人；两组学生一般资料无统计学差异；所有学生均使用统一实验指导；学时总数为4个学时。

1.2 实验内容及问题提出

由于开展PBL教学需要学生对本课程的基本技能有一定掌握，因此，本实验的开展时间选择实验教学后半段实验，通过教研室集体备课后确定实验内容。根据实验大纲及集体讨论，选择了凝集实验作为PBL教学的实验内容，同时根据基础与临床联系的原则，提出了3个案例：新生儿溶血症的血型分析；ABO血型输血交叉配血的分析；早早孕检测判断与分析。问题在实验前 1周发放给每个实验组。

1.3 教学方法

实验组采用将PBL教学引入传统教学的形式。先进行1学时常规讲授，将相关基本原理及技术进行介绍与示范，然后进入组内讨论。对照组则仅采用常规教学。

1.4 PBL教学的具体实施

1.4.1 小组自主学习：每小组选举一名组长，由组长负责组织、讨论及汇报。实验前一周，组长得到问题后，负责组织组员分析问题，督促组员文献查阅、搜集资料、分析及整理资料等，时间为一周。

1.4.2 组内讨论：各组查阅相关资料后，组长召集组员进行资料汇总；同时，从机制、类型、诊断及防治等方面就所给问题进行讨论；各组对讨论内容进行详细记录。

1.4.3 总结与汇报：组长总结组内讨论结果后，将其制作成PPT，在实验课中各小组对学习结论等进行阐述。实验带教老师进行总结与点评，同时结合学生综合表现给予评价。教学效果评价

实验结束后，随堂对两组学生进行实验考核，两组采用相同试题考核，比较两组成绩并采用t检验分析；同时，对实验组发放调查问卷，其中包括学生学习兴趣、接纳度、学生能力等方面。结果

3.1 考核成绩

两组学生全部参加实验考核，无人缺席。实验组考核成绩显著高于对照组（p<0.05），差异具有统计学意义（见表一）。

3.2 调查问卷结果

调查问卷共发放80份，收回80份。调查问卷结果发现90%以上学生对PBL教学所取得的效果表示赞同（见表二）。讨论

4.1 PBL教学体会

PBL教学改变了传统灌输式实验教学模式，学生从被动接受转变为主动参与，而教师则扮演“引导者”的角色；整个实验过程中氛围较以往活跃，与现代学生特点相符，因此其学习兴趣较高，学生更愿意自主去探索问题、分析及解决问题。此外，由于分组资料查阅、组内讨论等过程中需要学生主动进行沟通与协调，因此学生的团队合作意识得到大幅提高。PBL教学强调从实际问题出发，分析、解决问题的过程实际也是学生巩固知识与拓展知识的过程，有助于综合素质的提高。另一方面，由于带教老师角色的转变，要应对学生可能提出的各种问题，教师就必须做大量地准备工作，不断地拓展自己的知识面，提高自身综合水平，真正使得“教”与“学”相互促进，此外，通过教师与学生的交流，增进了双方的感情。

4.2 存在的问题

实验实施过程，由于课时较少，要使教学有条不紊按照进度开展，需要教师有极强地把控能力。而往往实际操作过程中，由于讨论或汇报内容过多使得教学进度难以按照预期进行。其次，PBL教学过程中，教学与学生的配置极其重要，而教师数量有限，常导致个别学生由于无法及时得到老师指导从而引起其学习积极性下降。因此，PBL教学在实验教学中开展仍需不断改进与完善。

总而言之，PBL教学引入医学免疫学实验后学生学习兴趣、自主学习能力及综合分析能力均得到极大提高，PBL教学值得深入研究、改进及推广。

参考文献：

[1] 方亮，陈丽华，金伯泉.医学免疫学引入PBL教学模式的机遇与困境 [J].基础医学教育，2012，14（10）： 724-726.[2]韩超峰，陆元修，李天亮，等.PBL教学模式在医学免疫学教学中的应用[J].基础医学教育，2013，15（5）：456-457.[3]李蕴，何秀娟，龙军，等.传统教学结合PBL或结合文献汇报在医学免疫学理论教学中的应用体会[J].中国高等医学教育，2010，（8）： 58-59.

2.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇二

关键词：创新,课程,PBL教学

创新教育是通过教育教学帮助、引导学生获得创新精神与创新技能的过程, 或指教育教学中突出对学生创新品质的培养与塑造。国外关于创新教育的研究, 成形于20世纪20、30年代, 二战以后美苏等发达国家基于政治、军事争夺的目的, 掀起创新教育的热潮, 创新教育取得了实质性的发展, 理论研究、研究内容、研究方法和研究工具有了新的突破。20世纪80年代以来, 对创造力研究有了更新的进展, 影响较大的有斯腾伯格 (Stemberg) 在1988年提出的“创造力的三维模型理论”以及他与洛巴特 (Lubart) 1993年提出了创造力多因素理论。同时世界主要发达国家均提出创新教育目标, 美国则强调教育的首要目的就是释放学生的创造力, 要培养“骨髓中都充满未来思想和未来意识的人”和“世界一流的创新人才”。日本提出, 教育要成为“打开能够发挥每个人的创造力大门的钥匙”, “教育要适应技术新时代而提高学生的人格品位, 发展学生的想象力、谋划能力和创造性智力以及为创造而进取的不屈不挠的意志力”, 使受教育者成为“面向世界的日本人”。

1 国内高校创新教育现状

当前国内的创新教育热潮始于1999年, 10年来进行了不懈的创新探索:①目前全国大多数的高校开设了创新方法类的课程;②几乎所有高校都鼓励教学中通过方法的改进培养学生的创新能力;③有些高校借鉴国外重要创新案例经验, 通过制度柔化, 为学生提供更多、更灵活的创新时间与空间;④大多数高校对学生发表论文、发明创造、参赛获奖等制定了一定的奖励机制;⑤较多的院校在原有教育教学条件基础上, 经过统筹协调, 开辟了创新教育基地。其中前两种方式被认为是最具持久性和普及性的方法, 但实践中也暴露出一些问题:一方面, 创新课程有脱离实践和专业教学的嫌疑;另一方面, 学生又沦为被动接受者, 虽灌输了一些方法技巧, 但创新人格、创新能力难以有实质提高。

2 引入PBL教学模式的意义

PBL (Problem Based Learning) 教学模式, 在医学教育中是指以临床问题作为起点, 激发学生学习的动力和引导学生掌握学习内容的教学模式。1969年它由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创, 80年代后期在北美获得了较快的发展。至1991年, 美国70%的医学院已不同程度地采用PBL模式教学。自90年代后, 欧洲部分医学院也开始进行PBL课程的试验。香港大学医学院于1997年开始进行PBL教学, 目前PBL教学已占该校全部医学教育的60%, 而美国哈佛大学医学院已全部应用PBL教学取代LBL教学 (Lecture Based Learning) 。现在, PBL教学已成为国际上较流行的一种教学方法。

PBL教学法在教师的指导下, 学生以问题为基础, 以自学讨论为主体, 突破了传统的以教师讲授为主的教学模式和陈旧的教育思想, 有利于知识的建构与整合, 能够培养学生的综合素质, 更能够锻炼学生的实践能力。在创新课程中引进PBL教学模式进行教学, 根本目标是通过引进并发展PBL教学模式, 提高教学效果, 真正促进学生创新素质的全面发展, 最终将构建起适合当前社会环境, 符合现代教育要求的具有较强操作性, 并有普遍参考价值的创新课程PBL教学模式。吸收PBL的优点, 可以提高学生学习创新的主动性, 有助于促进创新教学与专业、实践相结合, 改善教学效果, 全面发展学生多种实践能力, 实质性提高学生的创新能力。

在创新课程中引进PBL教学模式的意义主要包括以下几个方面:

提高创新课程教学效果, 促进学生创新素质发展。这是引入PBL教学模式的最直接的目的, 也是最直接价值与意义所在。创新课程相比其它专业知识的学习, 更需要学生主动参与, 或者说没有学生的主动参与整个课程将一无所获。PBL教学法恰可以充分调动和发挥学生的积极性和主观能动性, 因此必将提高创新课程效果, 促进学生创新素质更快发展。

不仅能够促进学生核心创新素质, 而且必将促进其综合素质全面发展。在PBL教学模式中, 学生成为真正的主体, 发现问题→查找资料→组织讨论→总结结果, 一系列的学习、研究环节均由学生自主完成。因此, 除了创新素质的发展, 还有其它各种能力的发展, 例如:自学能力、研究能力、社交能力、组织能力等方面的发展。

有利于促进创新教学与专业学习的融合, 促进学生专业课程学习。PBL教学法以问题为基础展开知识的分解与重构, 因此更加便于将专业问题引入创新课程中, 使创新与专业达到完美结合。

将为其它学科引进PBL教学提供很好的借鉴, 具有普遍的参考价值。创新课程知识体系相对单纯, 运用PBL教学模式进行教学更方便、更具灵活性, 可以先走一步, 为其它学科专业运用PBL模式提供参考与借鉴。

3 创新课程中引入PBL教学法的关键问题

我国长期以来实行的是学科中心的教学思想与方法, 引入PBL教学模式必然面临一系列问题与矛盾。保证PBL教学模式顺利实施与发展, 必须科学解决一系列关键问题:

要开发系列教学问题。当前国内引进PBL教学模式面临的第一大问题是教学问题的开发, 因此, 必须集中精力开发出一系列科学、适用、系统的教学问题。首先这些问题应具备发散性, 这样才能展开讨论和学习, 其次这些问题应具备系统性问题及其展开基本可以覆盖学习的全部内容, 再次这些问题要与专业教学紧密联系;这些问题以临床实践中的创新案例或疑难问题为主, 具有启发性、引导性, 力求创新与专业相融合;问题相互之间有联系和呼应, 能够体现创新教学的基本轮廓。

教学设计的优化。PBL教学过程其本身是比较程序化的, 引入创新课程尚无先例, 加之创新课程本身的独特性, 因此教学会表现为更多的不可预测性, 这就加大了教学设计的难度, 因此应以多预案、团体教学的形式进行, 既充分体现学生学习的主体性, 同时又积极探索教学设计的优化和程序化。概而言之, 由原来教师讲授为主转变为PBL为主, 教学基本程序应为:课前呈现问题→学生寻找答案→课堂讨论, 教师引导→学生总结→教师补充→反思、改进。

评价体系的优化。没有有效的评价, 教学改革就失去了参照点, 因此必须建立全程的多元评价体系, 检验教改成效, 激励学员创新和成长。为了客观地评价学生学习的效果, 评价体系需要进行全面优化, 突破原有期末一考定成败的做法, 建立全程多元评价体系:评价过程向教学全程延伸, 评价体系涵盖活动全方位, 包括“学习态度、问题理解、资料搜集整理、表达能力、逻辑推理、创新动机、创新方法技巧”等等。

教师指导能力的发展。成功引进PBL教学模式的关键在于教师 (指导团队) 的指导能力。PBL教学模式中, 教师的作用不是削弱而要加强。通过微格教学模式促进教师指导能力的发展。微格教学, 即小班化教学时全程摄像记录, 课后由教学指导小组进行评议提出改进建议, 以提高教师指导能力。

3.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇三

发酵工程PBL教学课程改革一、创新型教学改革的迫切性

随着高校教学改革的不断推进，多媒体教学技术的广泛应用，高校教学改革的关键逐渐突出表现在学生自主学习能力和创新能力的培养。对于大学生来说，学习既是他们的任务，又是今后在社会上生存和发展的手段。为此，建立在自我意识发展基础上的“能学”；建立在学生具有内在学习动机基础上的“想学”；建立在学生掌握了一定的学习策略基础上的“会学”，是目前高等学校培养创新型人才的教学活动中重要的一环。

目前，已有很多教学研究方法和策略。如引导式、合作式、探究式等均不同程度地弥补了传统教学方式的不足，但这些教学方法和策略在执行的过程中也暴露出一定的局限性和不足之处。例如，引导式学习在一定程度上难以广泛的激发学生自主学习的能力和积极性，学生仍处于一种被动的学习状态，不能够很好地发现问题、解决问题。合作式学习常常会出现部分學生偷懒、抄袭现象；探究式学习中常常因学生的知识能力和学习能力有限，完成教学任务所需的时间较长，难度较大。因此，进一步改革传统的教学模式，贯彻以学生为中心的教学改革理念，突出以学生为主体，激发学生自主探究，主动学习，合作学习，使学生从“要我学”变成“我要学”，从被动的接受者变成主动的获取者，是当前课程改革的主要内容和时代要求。

二、PBL教学理念的应用现状

PBL （problem-base learning） 教学是由美国的神经病学教授Borrows于1969年在加拿大的麦克玛斯特大学医学院首先试行的一种新的教学模式，现在已成为国际上一种十分流行的教学方法。PBL是以问题为基础以学生为中心，培养学生自学能力，发展学生综合思考能力和解决实际问题能力的教学理念。近年来 PBL教学理念在高等医学类院校的教学过程中取得了较明显的教学效果。

与传统教学相比，PBL作为一种新的教学模式，目前已经在国内的高等教育教学中逐步得到推广应用，并且取得了较好的教学经验。例如，张涛等，在临床微生物学教学中实践了PBL 教学法，激发了学生的学习兴趣，促进了学生综合能力的培养及创造性思维的建立。越来越多的学者在PBL教学实践中研究结果表明，PBL教学法能够提高学生的学习兴趣，提高学生的独立思考、分析、解决问题的能力等。

三、发酵工程课程引入PBL教学理念

发酵工程课程是一门实践性很强的专业课程，主要内容包括菌种筛选、培养基制备、发酵过程控制以及各类发酵产品的生产工艺。大量的工艺过程原理需通过实验、实践、毕业实习等环节，学生才能更好地理解和掌握，而理论课堂往往存在课程内容枯燥、学生学习兴趣不浓等现象。

因此，笔者针对近年来发酵工程课程教学经验提出了“以实践问题为基础，激发学生自主学习”的发酵工程课程PBL类教学改革。即在实践性强的发酵工程课程中引入PBL教学理念，模拟PBL教学实施策略，按照提出问题、小组讨论、收集资料论证、总结评价等环节开展发酵工程PBL教学改革，突出以学生为中心，激发学生自主学习兴趣，提高教学效果。

四、发酵工程课程PBL教学改革实施策略

1.根据课程内容设计PBL类教学

首先，按照发酵工艺类型如酒精发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵、抗生素发酵等分成多个PBL课程教学模块，模拟PBL教学环节设计教学方案。其次，设计基础性问题，如酒精、柠檬酸、抗生素等发酵机制类型及发酵工艺特点等；再次，设计开放性问题，如由酒精发酵延伸总结乳酸、甘油、丙酸丁酸等发酵工艺特点，由柠檬酸发酵延伸总结醋酸、衣康酸、葡糖糖酸等发酵工艺特点。

2.课堂教学实施

整个教学程以小组为单位，学生以自由组合的方式分为5～6人一组。首先，各小组对基础性问题开展文献查阅、自主学习，选派代表从发酵类型机制原理，发酵条件等方面对每个问题进行汇报，各小组提问，汇报组成员补充说明和回答；其次，由教师引导学生开展对开放性问题的课堂讨论，形成自己的解决方案；再次，各小组总结归纳，并对所学知识点进行横向纵向归纳总结，最终形成统一的方案；最后，各小组拿出最终方案，并通过实验课程验证方案是否可行。

3.建立课堂教学评价体系

教学评价体系的建立对于及时反馈教学效果，改进教学方法，提高教学质量的关键环节。在发酵工程教学评价上，我们采用问卷调查的形式，从总体教学效果、教师组织实施情况和学生主观感受三个方面评价。教师课堂组织实施情况评价项目设置包括教学准备、时间安排、教学互动、多媒体手段应用四个方面，各项目评分采用10分制共计40分；学生主观感受评分项目包括学习主动性、综合分析能力、系统理解知识、创新能力、团队协作、展现个性等六个方面，各项目共计60分。总体教学效果分优秀、良好、一般、差四个等级建立教学评价体系。

五、结语

在实践性强的发酵工程课程中引入PBL教学理念，模拟PBL教学模式，学生对发酵知识学习的积极性和主动性，明显增强，学生的独立思考能力、表达能力和自学能力均得到了锻炼。同时，教师通过引导，并对课程实施过程中出现的不足问题再给予指导和点评，提出改进意见及下一步要求，以帮助学生理清思路、改进方法，达到了提高学生分析与解决问题能力的目的。因此，在发酵工程课程中实施PBL教学策略，是激发学生的自主学习兴趣，提高课堂教学质量的一种有效的教学途径和手段。

参考文献：

[1]张德江.激发教育：教育教学改革之路[J].中国高等教育，2010，（20）：38-40.

[2]刘占英，周文学，李利军.不同教学方法在生物工艺学教学中的应用[J].内蒙古农业大学学报，2011，13（57）：152-154.

[3]张国伟.在高等医学院校开展PBL教学研究的经验与总结[J].基础医学教育，2012，14（2）：111-113.

[4]王艳，张明辉. PBL教学法在医学教育中的应用及发展[J].医药前沿，2012，（12）：54-56.

[5]张涛，陈艺林，徐萍萍.PBL 教学法在临床微生物学教学中的应用[J].基础医学教育，2012，14（01）：3-5.

[6]任晓莉，赵润柱，梁保红.发酵工程课程的教学改革与实践[J].微生物学通报，2011，38（01）：127-130.

4.《土力学基础工程》课程教学大纲 篇四

一、课程的性质和任务

本课程包括土力学（专业基础课）和基础工程（专业课）两部分，是建筑工程类专业一门主要课程。它的理论性和实践性都很强。本课程的主要任务是：学习土力学的基本原理和概念，运用这些原理和概念，结合有关结构设计理论，分析和解决地基基础问题。

二、教学基本内容

（一）授课内容

绪论

土力学、地基及基础的概念。地基与基础在建筑工程中的重要性。本课程的内容、特点、要求和学习方法。本学科简史及发展方向。

第一章 工程地质概述

矿物与岩石的类型和特征。土的成因类型。不良地质条件。地下水的埋藏条件，土的渗透性，地下水对建筑工程的影响。

第二章 土的物理性质和地基土的工程分类

土的组成和特性，土的物理性质指标及换算。土的物理状态、特征指标。地基土的工程分类。

第三章 地基的应力和变形

土的自重应力。基底压力的简化计算。地基中附加压力的计算及分布规律。

土的变形特点。土的侧限压缩性。地基最终沉降量。

沉降与时间关系。

地基的容许变形值。

第四章 土的抗剪强度和地基承载力

土的抗剪强度。土的极限平衡条件。抗剪强度指标的测定及取值。影响抗剪强度指标的因素。

地基的临塑载荷、临界载荷、极限载荷。

确定地基承载力的方法。

第五章 土压力和土坡稳定

三种土压力的概念。静止土压力。

朗金土压力理论。库仑土压力理论。

挡土墙设计。

土坡稳定分析。

第六章 建筑场地的工程地质勘察

工程地质勘察的目的和内容。勘察方法。勘察报告的内容、阅读和使用。验槽。

第七章 浅基础的设计

浅基础的类型。基础埋置深度的选择。地基计算。基础底面尺寸的确定。刚性基础、扩展式基础的设计方法。柱下条形基础、十字交叉基础、墙下板式基础及箱形基础的设计要点。地基、基础、上部结构共同工作的基本概念。减轻不均匀沉降危害的措施。

第八章 桩基础及深基础

桩及桩基础的类型。单桩竖向承载力。群桩竖向承载力。桩基础的设计。

深基础简介：箱桩基础、大直径桩墩基础、深井、地下连续墙。

深基坑的护坡。

第九章 软弱地基的处理

软弱地基的特性。软弱地基处理方法简介。

第十章 地震区的地基基础

震级和烈度。地基基础的抗震验算。地基震害及抗震害措施。

第十一章 特殊土地基

湿陷性黄土地基。膨胀土地基。冻土地基。红粘土地基。

（二）土工试验

密度、含水量。

液限、塑限

固结试验。

直剪试验。

三、大纲说明

（一）本课程的基本要求

１、土力学是本课程的理论基础。要求掌握土力学中土的物理性质、地基应力、变形、抗剪强度、地基承载力和土压力的基本概念、基本理论和计算方法。

２、根据建筑物的要求和地基勘察资料，会选择一般地基基础方案。

３、运用土力学的原理进行一般建筑的地基与基础设计。

（二）各章内容说明

绪论

建立土力学、地基、基础的基本概念。了解本课程的特点和在本专业中的地位。了解本学科的学习方法及发展概况。

第一章 工程地质概述

了解主要造岩矿物的物理性质，岩石的分类和主要特征；第四纪沉积物的类型、分布规律及特征；不良地质条件。掌握土的渗透规律。了解地下水对工程的影响。

第二章 土的物理性质和地基土的工程分类

重点：土的三项指标。土的物理特征和地基土的工程分类。

必须掌握土的物理性质指标的定义、测定、换算和应用。熟悉地基土的工程分类方法。

了解粒径级配对无粘性土性质的影响。

一般了解粘土矿物、水和离子的相互作用。

第三章 地基的应力和变形

重点：矩形和条形荷载面积下的附加应力计算。土的压缩性及其指标的确定。最终沉降量的计算。

熟练掌握土的自重应力计算，基底附加压力的计算。运用角点法计算地基中附加应力。用固结法试验测定土的压缩性指标，按分层总和法和《规范》（《建筑地基基础设计规范(GBJT-89)》，简称《规范》，下同）法计算最终沉降量。

能够正确使用教材的图表、计算附加应力。了解地基中附加应力分布规律和载荷试验确定变形模量的方法。

了解饱和土在固结过程中土的骨架和孔隙水对压力的分担作用及变形和时间的关系。

第四章 土的抗剪强度和地基承载力

重点：抗剪强度定律。土的极限平衡条件、抗剪强度指标的测定和取值方法。地基承载力的确定。

正确理解土的抗剪强度定律和极限平衡条件。掌握用直剪仪和三轴仪测定土抗剪强度指标的方法。正确理解排水条件对确定饱和粘性土抗剪强度指标的影响。

明确地基临塑载荷、临界载荷和极限载荷的意义及应用，对其计算公式推导过程只作一般了解。

熟练掌握用《规范》确定地基承载力的方法和步骤。

第五章 土压力和土坡稳定

重点：朗金土压力理论和库仑土压力理论。

正确理解三种土压力的概念，并应掌握静止土压力、主动土压力的计算方法（包括规范的方法）。

会设计重力式挡土墙，对其它类型挡土墙只作一般了解。

土坡稳定只介绍条分法。

第六章 建筑场地的工程地质勘察

学会阅读、使用工程地质勘察报告。

掌握验槽的方法及局部不均匀地基处理。

第七章 浅基础的设计

重点：常用的刚性基础、扩展基础的设计方法。

掌握浅基础的类型及适用条件；基础埋置深度的选择；基础底面尺寸的确定；软弱下卧层地基承载力的验算方法。

掌握刚性基础剖面尺寸确定及扩展基础的配筋计算。

对箱形基础、十字交叉基础、墙下板式基础只作一般了解。

第八章 桩基础及深基础

重点：单桩竖向承载力的确定和桩基础的设计。

了解桩基础的类型及适用条件。掌握确定单桩竖向承载力的方法。掌握桩基础的设计步骤和方法。

对深基础的几种型式和基坑护坡只作一般了解。

第九章 软弱地基的处理

了解软弱地基的特性及常用处理方法。

第十章 地震区的地基基础

了解震级、烈度的概念。

了解地基基础抗震验算。了解饱和土液化的概念。掌握饱和土液化判别方法及抗液化措施。

第十一章 特殊土地基

根据各教学班所在地区的特殊土的情况，选择有关内容进行面授，使学生了解该特殊土类的特性和相应的处理方法。

（三）习题课和课外习题

各教学班的辅导教师，对重点章节应适当安排习题课，并检查学生课外习题完成情况。

（四）土工试验

掌握所做试验的原理和方法，写出试验报告。

大纲中的密度、含水量试验，可结合液、塑限试验、直剪试验或固结试验进行。本课只做三次土工试验。

四、教学媒体及学时分配

１、本课程的主要教学媒体为文字教材（学习指导书、主教材）和音像教材等。

２、教学环节和时数分配

5.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇五

1 有限元分析传统教学方法与PBL模式的利弊分析

1.1 有限元分析课程的传统教学

研究生有限元分析课程的传统教学方法,主要是通过系统介绍机械结构有限元分析的概念、原理,让学生理解有限元法的数学、力学基本概念,由此掌握机械结构分析的各类问题的理论和方法.教学模式是以教师为主体和以课堂讲授理论知识为中心,采取大班全程灌输、填鸭式教学.

这种教学模式的优点是:(1)学生掌握有限元分析的整体知识结构相对全面而系统.(2)学生对具体知识点的学习所花费时间相对较少.由于教师直接将概念、原理、公式推导讲授给学生,学生能较快地获得若干具体知识点.

这种教学模式的弊病是:(1)导致基础理论学习和实际应用脱节.传统教学法将知识的学习与问题的解决之间主从关系颠倒,学生体会不到学习是为了解决实际问题,反而感到提出问题只是为了学习知识.更谈不上将有限元分析与工程实际连接,形成了“学用分离”;(2)难以调动学生的学习积极性.学生始终处于被动地接受知识的地位,普遍感到枯燥抽象,甚至部分学生对有限元理论产生一种“畏惧”心理,大量繁琐的公式推导使数学、力学基础差的学生学起来很吃力.

1.2 PBL教学模式

PBL是1969年美国Barrows教授在加拿大首创的“基于问题的学习”(problem-based learning),即以问题为导向、以学生为中心的教学方法[1,2].强调以学生的主动性学习为主,把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中.让学生通过自主探究,来解决问题.在解决问题的过程中,学习隐含在问题背后的科学知识,在完成相关内容学习的同时,对所学知识的实用价值有较好的理解,并形成解决问题的技能、自主学习和终身学习的能力.

这种教学模式的优点是:(1)学习的主动性、积极性高.由于学生以小组为单位,以问题为先导,为完成真实性的设计任务,主动通过多途径如查阅书籍、网络检索、听课、和他人讨论、合作等而猎取知识,提高能力,学习的目的性十分具体,知识的价值可直接感知,且可获得强烈的成就感,因而大大调动了学习的热情.同时,由于学生主动参与学习,较多地形成了长期记忆,从而提高了学习效果.(2)将理论与实际紧密地联系了起来,针对工程实际问题来学习,能够有效地培养学生分析和解决实际工程问题的能力.(3)将教学与应用研究有机地结合了起来.教师不仅仅是传授知识,更多地是遵循认知规律,以学生为中心设计教学过程、提供教学资源,关键环节上对学生进行启发、激励、引导和指导,授之以渔,将学生带到科学发展的前沿阵地,培养学生的创新意识和创新能力,培养学生的评判和探索精神.(4)使学生的团队合作意识得到了很好的培养.

这种教学模式存在的弊端是:(1)对学科整体框架概念不强,知识缺乏连续性和系统性;(2)学生往往需要花费更多的时间和精力在相同知识的学习上.

2 有限元分析课程引入PBL的教学实践

鉴于以上分析,在有限元分析课程中引入PBL教学模式,采取了与传统教学方法作适当的嫁接、融合,有步骤地、循序渐进地予以实施.

2.1 改革课程体系整合知识结构

对课程体系进行了改造,从教学计划的制定入手,压缩传统的纯理论内容的比例,加强工程实际问题应用.构建了基于有限元理论、有限元软件操作及二次开发和工程实际问题应用的三位一体的有限元课程体系,实现了有限单元法课程教学的模块化、分层次、项目式教学.我们动态地引进企业生产中的实际问题和科研项目,将工程实际问题的解决思路、分析方法和解决方案带到教学当中,使教学与科研、工程应用相结合,在给学生建立起基本理论框架的基础上,将偏重于理论推导的教学转向了与工程实际紧密结合的应用性教学.

将基础理论分为梁(一维)、壳(二维)和块(三维)3部分,专题应用分静态、动态、疲劳、热应力及优化5部分, 结合工程实际问题交叉组合,形成以问题为导向的各个专题系列,减少大量繁琐的、枯燥的理论证明,加强对实际工程问题的模型建立和分析.具体PBL教学过程如图1所示.

2.2做好问题设计分步具体实施

2.2.1 PBL教学模式的问题设计

问题设计是PBL教学的前提.PBL中的问题模式必须是能够自由探索的,应接近现实或具有真实情景,对学生有一定的挑战性.要通过解决这些问题,培养学生的高级思维能力,培养学生建立理论和运用计算机技术解决实际问题的综合能力,培养学生创新精神及合作意识,培养学生自主学习和终身学习的本领,调动学生的学习积极性.我们以企业中的新产品设计、旧产品改进、产品研发中的实际问题作为背景设计问题的基础,对其精心选择和进一步设计,做到:

(1)问题能引出相关的基本概念和原理.在设计问题时,首先要确定学生需要获得的基本概念和原理,由此出发设计要解决的问题.

(2)问题要有开放的,有足够的想象空间,可激发学生的学习动机,鼓励他们去探索,并注意问题的难度适中,计算量不要太大.

(3)问题具有重复性.各个概念应在几个问题中多次涉及,以便使学生构建起更灵活的知识,同时也避免重要概念的可能遗漏.

(4)问题的选择要具体考虑教学目标以及学生的知识、局部与整体、阶段和综合、技能水平和时间等因素.

(5)根据研究型、创新型的复合型人才培养目标,要把分析问题、解决问题、发现问题的能力的培养体现在导向问题的设计中.

2.2.2具体实施过程

第一阶段,基础理论学习.由于有限元课程理论性较强,必须保留必要的理论教学.与传统教学不同的是:(1)这部分课时大为缩短,内容极为精炼;(2)教师在讲解某类知识点前要提出相应的实际问题,以引发学生学习兴趣.然后,以解决这些问题为目的讲解知识点,引导学生由此建构知识体系,并跟随教师共同解决问题;(3)学生要针对某一个主题检索资料、发言讨论,最后老师点评.

第二阶段,熟悉有限元分析软件.第一步,结合所学理论知识,上机做有限元分析软件的操作练习.其内容有:验证既往所学材料力学的有关理论和规律;将机械振动理论中的一些简单问题通过有限元分析软件动态地展现出来;运用参数化建模,直观反映不同材料、不同尺寸的结构与变形、应力随载荷变化而变化的规律及分布等.这里,学生可以根据自己的知识面和兴趣,带着问题自主地选择练习内容.例如:应力集中现象、圣维南原理、压力容器分析、桁架、钢架、斜弯曲、压杆稳定、自由振动等.通过这些练习,既可初步熟悉有限元分析软件,又可对有限元相关理论知识加以巩固.第二步,运用工程实际的案例和专题背景资料作有限元分析实际应用的示范性教学.这些实际案例,可综合地进一步加深学生对有限元分析方法和分析软件应用的理解,且是自主能动的学习,有助于激发学生的学习兴趣和调动学生的学习积极性.这里,教师不仅要给学生提出问题,引导学生建立解决方案,更重要的是要通过案例,让学生学会建立解决方案的方法与途径.

第三阶段,运用有限元理论和分析软件进行工程实际的项目研究.首先由教师精选一个工程项目,做为问题导向式学习实例.如图2所示,通过解决一个个问题,让学生掌握分析的理论和方法.接下来,将学生分为3～4人一组,以学校、课题组和导师的科研课题、对外服务的工程项目为背景内容,指导学生再实践.其程序是:提出问题→收集资料→建立分析方案、模型→软件计算→小组总结→撰写报告→全班汇报答辩.即:组织每个小组,针对工程实际问题或企业项目,先检索资料,继之运用有限元理论提出解决方案,建立计算模型,再运用大型有限元商用软件完成计算任务,最后进行小组讨论、总结,每个人完成自主命题的计算报告(word文件),在课堂上进行全班PPT交流.同时,每个小组必须准备一个时间不低于20分钟的报告,每个小组主题发言人报告后,必须接受其他小组的提问,提问与回答的时间约为20分钟.这一系列活动,使学生由被动的学习转变为主动求知.教师努力营造一个主动的学习氛围,积极引导学生与其小组同学交流沟通,让学生在探索中不断发现新问题,解答新问题,在讨论中加深对正确理论的理解,同心协力共同提高.

2.3 创新评价体系正确评定成绩

有限元课程引进PBL教学后,如何评价学生对有限元课程的学习成绩,建立一套科学的学习评价体系是非常重要的,也是对后续课程PBL教学的推动.

传统的有限元课程考核是以一张笔试试卷,通过概念题和计算题,考核课程的若干知识点的掌握为目标.新的评价体系,不仅要考核这门课程的知识点的掌握,还要考核学生是否具有对这门课程自我再学习的能力,考核学生能否将所学到的有限元知识应用于工程实际以及应用过程中的创新能力.在具体考核方法上,采用过程阶段评价方法.从文献检索能力、综述归纳能力、小组讨论表现、项目完成过程中的表现、研究报告的质量、实际应用的创新点,论文答辨、团队协作精神等多方面、多环节进行评价.具体考核内容见表1.

2.4 教学效果评价

在传统教学模式下,学生因畏惧繁琐的理论,考试成绩大多在60～70分之间,还不能进行有效的工程应用.自引入PBL教学模式,经过几年实践,取得了良好的教学效果.因所有学生都认真完成了专题研究报告,个别同学的分析具有相当的深度和难度,因此成绩显著提高.65%的学生成绩在90分以上,30%在80～90分,5%在80分以下.其突出的工程分析能力和独立研究能力得到了全体硕士生导师的认可和好评,在接下来的专业项目研究中都能独当一面.导师们异口同声的说:“真是帮了我们的大忙”.

3 PBL教学模式难点处理

3.1 教学内容与课时数的矛盾

工科研究生有限元课程课时一般在36～48学时,而PBL教学模式实际所需课时比传统教学模式要多得多.如何解决教学内容与课时数的矛盾?我们采取拉长教学时间跨度,调动学生利用课外时间学习研究,取得了较好的成效.我们将课程安排为每周集中教学一次(2～3课时),把学习过程变成一种有趣的创造性劳动,留下许多待解决的问题让学生课后主动地饶有兴趣地研究,使学习变得欲罢不能,从而使1次教学延续为若干课时的课外自学.同时,在课内教学中,我们给出一定的时间让学生阐述研究成果,使得课堂气氛热烈,学习效率提高.

3.2 理论教学和工程应用的矛盾

有限元法理论涉及的学科较多,如泛函分析、矩阵理论、数值分析、计算机技术以及各应用领域中的热、电、磁等.然而,既往的教学实践告诉我们:学生在学习过程中,往往难以将这些理论与工程应用相联系,从而使理论教学与工程应用变成了“两张皮”.若一味强调理论教学,势必更加导致“学用分离”;如果只强调教会学生解决具体工程问题,又必定陷入实用主义的泥沼.如何解决这一矛盾?我们在引进PBL教学中,以有限元软件ANSYS等应用软件作为沟通理论与工程实际的桥梁.引导学生在学习应用有限元软件解决工程实际问题的过程中,一方面加深对基本理论的理解,一方面提高实际解决问题的能力.这样,虽然花费在纯理论教学中的课时不多,只是精讲,但通过有限元软件这一桥梁,让学生在运用软件解决具体工程项目中的实际问题的过程中,进一步自觉地加深对基本理论的钻研与理解,同时又充满激情地将理论直接地应用于具体实践.

3.3 有限师资和众多学生的矛盾

引入PBL教学,学生从理论学习到工程项目解决,都需要分成若干相对独立的小组,需要有更多的教师进行教学指导.就当前我国高校实际情况而言,师资数量与逐年扩大的学生数,难以达到这样的要求.我们在教学实践中,采取组织博士生和高年级研究生担当“助教”的方法解决这一矛盾,收到了较好的效果.我们对经过精心挑选的“助教”,先进行PBL教学的辅导培训,然后让他们深入各学生小组,按我们制定的教学大纲和具体方案,引导学生学习、研究,并答疑解惑.主讲老师一方面巡回于各学生小组进行指导,一方面定期召集“助教”反馈教学情况,针对具体问题,采取进一步具体措施.这不但在一定程度上缓解了师资不足的矛盾,而且也使高年绵研究生得到了进一步学习、锻炼的机会.

参考文献

[1]杜翔云,Anette K,Jette EH.PBL:大学课程的改革与创新.高等工程教育研究,2009,(3):29-35

6.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇六

【关键词】工程流体力学 石油教学 学习 改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）12-0231-02

近几年随着后备储量持续增长，我国的石油工业以前所未有的速度向前发展，这就要求石油工程技术人员必须掌握扎实先进的专业知识。石油工程专业有其自身浓郁的行业特点，其目标是培养能在石油工程领域从事油气钻井工程、采油工程、油藏工程、油气储运等方面人才。在油气勘探开发储存运输过程中，存在广泛而复杂的流体流动现象，所以工程流体力学一直以来都是石油工程专业的核心基础课。

一、上好“绪论”课

“绪论”是教材的开篇之言，通常对全书有一个概括性的介绍。包括内容的设置、该学科的发展简史、与相关学科的联系和今后的发展方向及动态。在教学过程中，充分备课，形象生动地上好绪论课，使教师在后继的教学工作中事半而功倍。总结多年的实践经验，讲好“绪论”可从以下几个方面对教学产生积极的作用和影响：1.可激发学生的学习兴趣和求知欲。知之者不如好之者，好之者不如乐知者，三个层次呈递进状态，乐学是最高层次的学习热情，浓厚的兴趣能推动学生独立进行探索性的学习，而且在学习中主动克服困难，排除干扰；2.可促使学生在学习过程中将流体知识运用到专业课中，使知识融会贯通，有利于加深对专业知识的理解；3.可帮助学生了解学科的前沿动态，吸收最新知识，有利于学生对个人求学生涯的整体规划，优化职业生涯。

二、定位教材，扩展内容

很多工科院校都开设了工程流体力学，针对不同的专业，流体力学的学习侧重点肯定不一样，那么对于石油工程专业而言，流体力学知识服务于钻井、采油，偏重于工程运用，所以在讲授过程中不必要求学生熟练掌握每一个公式的推导过程，只需了解就可以，更多讲解与专业相关的实际运用，那么教材的选择就很重要了。广泛阅读流体教材，选择与专业最匹配的教材是首要任务。目前市面上有很多版本内容不同的教材，在定位教材后，难免教材在编排上不是尽善尽美，那么就要对选定教材的内容进行适当的扩展，可以加深加宽知识体系，更有利于激发学生的学习热情。

三、讲究课堂内教学方法和手段

自工作来，对于教学方法和手段进行了不断的摸索完善，工程流体力学侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究，解决工程实际问题。研究方法也遵循“实践-理论-实践”的基本规律。在实际教学过程中，发现学生最大的问题在于——不知道怎么学，不是学不会，而是没有找到适合这门课的学习方法。所以需要教师讲究课堂教学方法，采用合适的教学手段，让学生不至于感到知识晦涩难懂，继而失去学习兴趣。例如：每次上课前提问回答上次课的学习重点内容，集中学生的注意力，在此同时给了学生收拾情绪的时间，以利于新课的讲授；在上课过程中对于有散发性的问题，可以采用提问的方式调动学生主动思考，并给予一定的奖励；如果章节内容相对简单易懂，可以促使学生自己上台讲授，一方面激发学生自主学通学透，另一方面建立学生强大的自信心。

四、积极收集反馈信息

一方面在课间与学生主动沟通，了解学生的思想动态，拉近与学生的距离，才能最广化地获得反馈信息，润滑师生关系。另一方面及时布置练习，既要起到巩固的作用，又要充分发现学生的学习难点，然后有的放矢的解决难题。要想获得预期的效果，教师在布置作业前必须精心研究习题内容，布置有代表性的习题，既不重复也不遗漏，然后尽快批改作业，在知识遗忘的截止时间前纠正错误，使学生形成正确的知识结构。

五、善用多媒体工具

随着科技越来越发达，原本的板书形式慢慢远离学生的视线，取而代之的是多媒体教学，在充分享受信息化的同时，要考虑学生的接受能力与接受程度。目前学生普遍反映多媒体教学虽然信息量大，但对于较大的信息量，学生难以全部接受，更容易形成抵触心理。在充分征求学生的意见后，得到的结论是：善用多媒体工具——用于展示图片、动画和教学影像。

将板书与多媒体合理地结合在一起，板书用于基础知识的学习，多媒体展示流体复杂的流动状态与工程实际运用，便于学生的理解接受，最大化地保持学生的学习热情。

六、重视实验课

目前，学生中普遍存在重理论轻实践的心理，做实验敷衍了事，写实验报告只用粘贴复制就可以了，无论数据合理与否，应付交差就完事了，数据不正常也不思考，实属本末倒置。流体力学是一门以实验为基础的力学分支，实验探究不仅是教学的内容，更是培养学生科学素养的手段。加强实验教学有利于激发学生学习兴趣、有利于培养学生动手能力、有利于概念的构建、有利于模型的建立、有利于定律的导出、有利于结论的检验、有利于创新能力的培养。特别是流体力学中很多经验公式，都是大量做实验总结出来的，所以实验是理论的源泉。现在实验课均是实验教师演示给学生看，然后学生参照实验指导书依葫芦画瓢做一遍，遇到问题依赖于教师，不主动思考，完全失去了做实验的意义。

七、结论

工程流体力学是一门专业基础课，对专业知识的学习有着至关重要的意义，对工程流体力学的教学思考是永无止境的，作为一线教师，要在工作中不断摸索实践，积累丰富的教学经验，在教学中实践改革，提高教学质量，使学习工程流体力学的过程充满乐趣与动力。

参考文献：

[1]李会芬.热能动力类《工程流体力学》课程学习的几点建议[J].广西大学学报，2007，（10）.

[2]黄卫星，肖泽仪，伍勇，魏文韫.过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求[J].化工高等教育，2010，（1）.

作者简介：

7.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇七

《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课, 在航空、交通运输、土木水利等工程领域有着广泛的应用。工程力学包括静力学、材料力学两大部分内容, 其主要任务是使学生掌握物体的受力分析和平衡规律;掌握基本构件的强度、刚度和稳定性问题的分析及计算;具备将工程中的力学问题简化为力学模型并运用相应的力学公式进行求解的基本能力, 具备解决工程实际问题的基本能力。该课程的主要目的是通过对简单构件的受力分析及强度、刚度和稳定性计算, 实现为工程设计提供理论基础与决策依据的目的。因此, 本课程的学习对于土木专业学生后续专业课的学习及工作都起着重要的基础性理论支撑作用。鉴于该课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点及其重要性地位, 本文特对《工程力学》课程教学和实验改革模式进行探讨, 以提出一套既利于教师教学、又利于学生理解掌握的教学和实验综合改革模式。

二、教学方法和手段改革

1. 充分利用多媒体及网络辅助教学。

由于《工程力学》课程主要讲授的是工程建设领域的梁、轴、柱等构件的受力及功能设计问题, 与工程实际问题结合紧密, 其课程理论性强、工程结合紧密, 而教学学时有限的特点特别突出。为有效解决上述问题, 在《工程力学》课程改革中可采用多媒体与传统板书相互结合的授课方式。在教学中, 教师可充分发挥多媒体的优势, 多媒体授课不仅可以节省大量板书的时间, 而且可以引入大量的动画、工程实例等, 其图、文、声并茂及较好的交互性特点可提高学生的感性认识、传输更多的教学信息, 这样更利于学生的理解和掌握。其次, 在《工程力学》课程教学时, 针对应用型人才培养的特点, 加强案例教学的内容与时间。实践证明:省略大量繁杂的理念推导过程, 把时间用于案例教学上, 更能让学生牢固掌握理论知识并能灵活运用, 真正把所学应用于工程实际。同时, 课后教师还可以借助QQ群、微信等网络平台与学生进行及时交流, 通过辅导答疑、学习进展追踪等进一步提高教学效果。

2. 采用启发、互动式教学。

《工程力学》课程的工程应用性决定了其每一章节知识点的开展基本都是围绕具体的工程实例开展的, 而土木专业的学生在日常生活、学习过程中已经对房屋建筑中的梁、柱等实际工程构件已经有了一定的感性认识。因此, 教师在授课时可有效结合课程的实际特点, 通过教室里面的梁、柱、门等实际工程构件的受力特点、变形规律等对学生进行启发、互动式教学。如在讲授房屋建筑中最为常见的梁、柱、板构件时, 可让学生对教室的结构进行观察, 首先分辨出什么是梁、柱构件, 然后启发学生思考梁和柱两种工程构件在受力载荷特点、变形特点、主要工程作用方面有什么不同。在学生们充分思考和讨论后, 最后由教师对上述问题进行详细讲解, 这样可让学生很快地了解基本构件的概念, 并熟练掌握荷载作用的基本原理等知识。

3. 微课教学手段的引入。

近年来, 网络和多媒体教学方法逐步成为各类教学活动的主流教学手段。但随着应用的发展, 多媒体教学模式也具有一定的缺陷和不足, 如:很多教师课程教学多以宣读PPT为主, 满堂灌, 学生在PPT中迷失, 找不到教学重点和难点等。因此, 需要组织一些主题明确、时间精短, 能详细展示重、难点的多媒体片断及课后自助学习的互动平台来深化学习效果。也正是为有效解决上述问题, “微课”教学模式逐渐在全球范围内兴起。“微课”以微型的知识点讲解为主, 通过简短的微视频, 借助文字、声音或动画等多媒体技术, 并配以相应的作业与讨论, 设计开发的时长在5~10分钟。“微课”教学模式不仅提供给教师一个知识挖掘的平台, 还告诉学生如何根据学习所需搜索相应的资源, 自主地挖掘所需的知识点、有针对性地开展学习, 并且这种主题集中的“微课程”能够有效地节约学习时间。鉴于上述“微课”教学模式的优点, 作者特提出在以后《工程力学》课程教学中引入“微课”教学模式, 与课堂教学有效结合, 达到更好的教学效果。

三、课程考核方式改革

教学质量是高等院校办学的立校之本, 而考试又是检验教学质量的最基本、最重要的手段。《工程力学》课程作为一门专业必修基础课程, 其学习的好坏直接关系到后续专业课程的学习。鉴于该门课程的理论性特点及重要性地位, 本文特对该课程的考核方式进行有效改革, 在以往传统的期末考试方式基础上, 注重加强对学生平时上课学习、必修实验以及开放性实验、力学竞赛等第二课堂学习等方面的考核, 其中:平时成绩占20% (包括学生出勤、上课回答问题、开放性实验参加积极性等方面) , 实验成绩占10%, 期末考试占70%, 重点对基本概念和方法等知识点进行考查, 采用多样性的题型对学生学习的掌握程度进行全方位考核, 考试题型及难易度分值比例设计如下。

四、实验设计

1. 实验室实验设计。

力学研究方法包括理论分析方法、实验分析方法和计算机分析方法。其中, 实验研究方法在力学领域占有十分重要的地位。实验教学是《工程力学》课程教学的重要组成部分, 它与理论教学相辅相成, 实验是力学理论的基础, 理论也需要实验的验证。力学实验方法可以用于检验理论分析的正确性, 检验工程结构设计的合理性、安全性和可靠性。对于已经投入运行的工程结构, 例如高层建筑、大型桥梁等, 为了确保安全, 需要对这些结构的动力学响应、动态的应力和位移进行实时监测, 这些实时测试都是以力学实验技术为基础的。鉴于上述力学实验对于理论课程学习、工作的重要性和意义, 特在《工程力学》课程尝试开设下列必修实验和开放性试验。

2. 数值模拟实验设计。

长期以来《工程力学》实验内容属于常规、验证性试验, 内容单一, 缺乏综合性、创新性试验, 难以提高学生的动手能力和培养学生的综合素质。随着计算机技术的发展, 借助现代数值模拟技术虚拟模拟《工程力学》实验, 并依靠数值模拟软件强大的后处理功能, 将虚拟模拟的实验结果直观地展现在学生面前。目前比较常用的数值模拟软件有基于离散元原理的UDEC、3DEC, 还有基于有限元原理的ABAQUS、ANSYS、MARC等, 这些软件具有强大的前处理及后处理功能, 对于模拟《工程力学》中的实验非常有利。通过数值模拟实验将《工程力学》的教学与数值仿真技术结合起来, 不仅可以提高学生的学习积极性和分析创新能力, 减小学时少对课程教学的影响, 还可以培养学生的学习兴趣、提高学生的计算机应用能力。为此, 本次《工程力学》实验教学改革将引入数值模式技术进行实验教学探讨, 如:悬臂梁横力弯曲现象模拟、矩形截面梁应力集中现象的模拟等。

五、力学竞赛及第二课堂开设

为有效提高学生对于《工程力学》课程学习的积极性和创新意识, 做好全国大学生周培源力学竞赛和湖南省大学生力学竞赛的工作, 落实教育部关于教学质量工程和教学改革工程, 提高应用型本科学生科技创新能力、实践能力和就业能力, 展现我校办学实力, 提升我校形象, 力争在大学生力学竞赛取得更好的成绩。特结合理论力学、材料力学 (工程力学) 课程的教学特点及教学团队优势, 开展力学竞赛的初赛、专项培训、复赛等相关教学改革工作, 并将学生的学习及参与情况纳入专业学分方面的第二课堂考核。

六、结语

《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课, 对于土木类学生后续专业课的学习及工作都具有重要的基础作用。本文正是鉴于该门课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点, 提出从教学方法和手段、课程考核方式、实验设计以及力学竞赛等方面对该门课程的教学模式进行改革, 最终形成了一套系统的教学和实验综合改革模式, 该课程改革成果对于地方院校培养复合应用型人才将具有重要的意义和作用。

摘要：《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课, 对于土木专业学生后续专业课的学习及工作起着基础性理论支撑作用。本文针对该门课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点, 提出从教学方法和手段、课程考核方式、实验设计以及力学竞赛等四个方面对该门课程的教学模式进行改革探讨, 最终形成一套系统的教学和实验综合改革模式, 以为应用型土木专业学生的培养提供理论依据和决策支持。

关键词：工程力学,课程教学,实验,改革模式,微课

参考文献

[1]张旭光, 王秀振, 李莉, 等.独立学院土木专业材料力学课程实验教学研究与探讨[J].高等建筑教育, 2013, 22 (5) .

[2]龙连春, 刘海宏, 杨庆生.材料力学概念数值模拟分析系统[J].实验技术与管理, 2013, 30 (8) .

[3]杨永明.高校工程力学课程教学改革研究与实践[J].重庆科技学院学报 (社会科学版) , 2013, (1) .

[4]马林, 李天珍.工程力学课程互动式教学研究[J].湖北广播电视大学学报, 2010, 30 (3) .

8.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇八

1 立足基础能力的培养

结构力学课程概念多、内容繁、求解技巧灵活性强,要想将结构力学知识融会贯通,必须加强对基本知识、基本理论和基本计算方法的掌握。

1.1 基础能力培养的目的

结构力学课程教学的最终目的是培养学生的“结构力学素质”,提高学生分析问题和解决实际问题的能力。基本知识、基本理论以及基本计算方法的建立是分析问题和解决实际问题的基础,如果基本知识、基本理论和基本计算方法掌握得不透彻,理解得不清晰,那么学生在分析和解决实际问题时就会有思维局限,形成思维定式更不用来谈“创新性”了,最终会导致学生缺乏独立分析问题和解决实际问题的能力。[2]

1.2 结构力学课程内容的设置

对于结构力学这门课程来讲,课程设置一般分为基础与专题两个部分。基础部分内容包括:结构几何组成分析;静定结构(梁、刚架、拱、桁架等)受力分析;虚功原理和静定结构的位移计算方法和原理;梁影响线的绘制及影响线的应用;超静定结构的计算的力法以及位移法及力矩分配法等。专题部分内容包括:结构矩阵分析;结构动力计算;结构稳定性计算及结构极限荷载等。[3]

但是从土木工程专业的培养特点出发,结合地方高校培养目标要求,我们重新整合了课程内容,分成2个模块教学:第一模块为必修教学内容,第二模块为选修教学内容。第一模块内容包括结构几何组成分析、静定结构(梁、刚架、拱、桁架等)受力分析、虚功原理和静定结构的位移计算方法和原理、梁影响线的绘制及影响线的应用、超静定结构的计算的力法、位移法及力矩分配法、结构矩阵分析、结构动力计算基础,为必修教学内容,侧重于结构力学的基本概念、基本理论和基本实用计算与应用方法;第二模块内容包括结构动力计算、结构稳定性计算及结构极限荷载,为选修教学内容,侧重于专业延升和提高。

1.3 基础能力培养的方法

基本概念、基本理论以及基本计算与应用方法的掌握和综合运用可以培养学生的分析问题能力。比如我们要对实际工程结构进行综合全面地分析,实际上由于实际工程的边界条件、环境因素等影响比较复杂,我们只能略去次要因素,依据能反映结构的真实受力并使力学计算得到简化为原则,经过抽象和简化处理,得到计算简图,然后对其进行综合分析。

培养学生要根据结构力学的各种计算方法特点,对不同的具体问题我们要选择恰当的计算方法,才能对结构受力和变形进行正确的分析。当然,也可以通过初步掌握的计算机应用有限元进行数值计算,从而对结构的计算结果进行定量和定性校核和分析。例如,可以结合桥梁结构、高层建筑等空间结构,通过教师的适当启发,充分发挥学生的分析能力,把空间简化为平面结构进行简化计算。除完成基本实验外,结构力学实践课程也应结合学科竞赛,为学生创造实验条件。

2 土木工程专业结构力学课程教学实践

2.1 课程教学实践的特点

学生实践活动是培养学生创新能力和动手能力的重要有效途径。通过学生的一些试验性的实践活动可以加深学生对知识的理解,培养学生的综合分析能力[4]、数据处理以及查阅资料的能力、创新能力,还可以培养学生的团队合作精神。通过一些实践活动或实验,也可以很好地调动学生的学习兴趣和积极性,能够把上课所学习的知识应用到具体的实践活动中,从而加深对理论知识的理解。例如大学生结构模型设计就是一种很好的实践活动,从学生制作结构模型的过程中,学生需要联系理论知识去设计一个合理的结构方案,对结构受力做出定性的判断,制作出结构新颖、受力合理的结构形式,可以极大地提高学生对受力概念的理解,培养了学生的创新精神;而通过学生的结构模型,老师也可以了解学生对结构构件受力的把握程度,从而适当调整课程的教学内容。而通过对结构模型进行加载试验可以引导学生进行自主学习,扩展思维,比如结构设计模型大都是一个三维空间体系,由于学生在结构力学课程里面只学习过平面体系结构的计算方法,要进行三维空间结构的计算,可以去学习简单有限元软件的应用(如sap2000等),或者考虑如何去把一个三维的空间结构简化成平面结构进行内力计算分析。前者需要学生去自主学习新的软件的应用,可以加强学生的学习能力;后者则需要学生理论联系实际,把所学的知识综合应用到具体结构里面,简化结构计算模型,从而把一个复杂的结构简化为一个简单的平面结构进行计算。

2.2 课程教学实践实例

下面通过一个实践活动看看实践对课程教学的促进作用。图1所示为高校结构模型设计选拔赛时模型的加载点示意图,加载点为两点加载,是个偏载。图2、图3所示为模型制作及加载试验的场景。

从图2、图3中可以看出结构模型是个三维空间对称结构,要对空间模型进行理论计算,可以引导学生联系结构力学的理论知识,把复杂的东西简单化,略去次要因素、以反映结构的真实受力情况和使力学计算得到简化为原则把三维的空间结构模型简化为平面结构模型进行简化计算。先取小倒拱的计算模型(如图4所示),将作用在小倒拱上的两个加载点的力加到结构模型上,通过计算可得到支座反力,然后把得到的支座反力传递到主倒拱上(如图5所示),这样就可以把一个空间的受力分析问题简化为两个平面上的受力问题,理论联系实际,简化了计算过程从而解决实际问题。

通过结构模型设计竞赛,学生参与的热情非常高,在课堂理论教学中可以明显感到学生对结构力学学习兴趣的增强,如课堂注意力集中、课间课后提问活跃等。达到了在趣味中感受结构力学的魅力,在趣味中提升对结构整体受力的感性认识的教学目的。土木工程专业结构力学课程教学应多加入实践性活动。

3 结束语

结构力学是一门重要的工程实用型专业基础课,教师应针对这门课程的特点和学生的特点,立足对学生基础能力培养的同时,加强土木工程专业结构力学课程实践教学,不断提高教学质量。结构力学课程的实践教学能让学生增强学习兴趣,帮助学生学会独立思考,并能灵活应用所学知识,与课堂理论教学形成良性互动,客观上显示了基础型和实践性教学的互动在促进学生对课程理论知识的掌握、培养学生创新性和解决实际问题能力的重要作用。

摘要：如何激发学生学习结构力学课程的兴趣,培养学生的创新性和解决实际问题的能力,是结构力学教学过程亟待解决的问题。根据结构力学课程的特点,立足基础能力的培养,探讨了土木工程专业结构力学课程教学实践特点和方法,提高教学质量。

9.工程热力学课程引入PBL教学模式的探讨 篇九

关键词：土力学,水头,知识结构,因材施教

引言

土力学是土木工程和工程管理专业较为重要的一门基础课.土木工程事故的发生,往往与土力学相关,如近年来上海大楼的整体倒塌和杭州地铁车站基坑的塌陷等.因此,工程管理专业的学生为了保证未来工作中工程的安全性,必须打下较好的土力学基础.

土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系,力学性质复杂.土力学的教学要以一系列的力学课程为前提,包括研究质点和刚体的理论力学,研究固体的材料力学、弹性力学和塑性力学,及研究流体的流体力学.然而对于工程管理专业的本科生,先学工程后学管理,关于工程方面的课程仅仅是整个专业培养方案的一部分.因此,大量的力学课程以压缩的形式进行,或者没法安排相关的课程.对于固体的认识,往往用工程力学这一门课来涵盖;而对于流体的认识,在不少学校是缺乏的,因为无法将流体力学纳入专业培养方案的大类基础课程.这就对土力学的教学提出了挑战.

针对工程管理专业的学生往往力学基础薄弱或缺失的特点,进行土力学教学时,重要的概念应以具体形象的方式引入.土力学中的水头概念涉及到土中水的渗流、土体的固结沉降等知识,是一个非常重要的概念.下面将以水头概念为例讨论面向工程管理专业学生的土力学教学方法.

1 现有土力学教材关于水头概念的引入

各经典教材对水头概念都进行了引入,如:东南大学等四校合编的《土力学》[1]:“根据D·伯努利(Bernoulli,1738)定理,所谓水头(hydraulic head),其定义为”;同济大学编写的《土质学与土力学》(第4版)[2]:“伯努利方程可用下式表示为:”;清华大学编写的《土力学》[3]:“所谓水头,实际上就是单位重量水体所具有的能量.按伯努里方程,液流中一点的总水头h,可用位置水头z,压力水头和流速水头之和表示,即”;Das教授编写的美国高校通用教材“Principles of Geotechnical Engineering”[4]:“Fromfluid mechanics,we know that,according to Bernoulli’s equation,the total head at a point in water under motion can be given by the sum of the pressure,velocity,and elevation heads,or”;土力学之父Terzaghi等编写的土力学教材“Soil Mechanics in Engineering Practice”[5]:“Waterflows through soils in response to a gradient in total or hydraulic head(h)defined as”.上述各教材引入时都对式中符号进行了说明:h表示总水头,z表示位置水头,u或p表示压力,v表示水流速率,γw表示水的重度,g表示重力加速度.

由此可见,土力学教材的编者们都认为读者是已经学习过伯努利定理和水头概念的,教材中仅仅是再次给出了其定义,而对其物理意义没有解释或解释较少.这就给工程管理专业的学生带来了学习的困难.

2 水头概念的具体引入

没有接触过流体力学的工程管理专业学生对于水头是陌生的,而大家对水是非常熟悉的.水的主要特点是其流动性.课堂上,首先以提问的方式让大家思考水流动的特点,引用俗语“水往低处流”来调节气氛,并画出水流动的示例,见图1.水单元体A经过一定的时间会流向A1,流动经过的线称为流线.在垂直于流线的方向画一条虚线,上面取一个水单元体B.那么A能否流向B呢?答案是不会,因为A与B是平衡的,A没有理由流向B.既然是平衡的,那么以某一个量来衡量,两者必然是相等的,这个量是能量,更准确的,是势能.即A与B两个水单元体的势能是相等的.由此开始引入水单元体的势能.

为方便讨论势能,考虑流速趋近于0的情况,见图2.相比于B单元体,A单元体的高度要大.类比于高中物理中关于物体的重力势能,A单元体就具有重力势能,或称位置势能.假设A与B单元体的重力都是mg,两者的竖向距离是hp,以B所在的水平面为位置势能参考面,那么A单元体的位置势能为mghp,而B单元体的位置势能为0.仅以位置势能来比较,A与B两者的位置势能不相等,因此必然还有其他的势能项才能使两者的总势能相等.对于流体中的B单元体,它受到周围水的压力,那么水压力是否能产生压力势能呢?类比于弹簧,当弹簧被压缩时,弹簧会储存弹性势能;而如果一个装有水的针筒,针头被完全堵住,而活塞向前挤压的话,那么水受压会产生压强,水同样会存储压力势能.由此引出水的压力势能的概念.

要计算压力势能,先计算压力.A单元体与大气相通,可以认为其压强pA=0,而B单元体在A单元体下hp距离处,那么由初中物理知识可以得到B处的压强pB为

其中γw为水的重度.由此可以计算得到,见图2.如果从B点引出一个测压管,测压管上标上刻度,那么测压管中的水柱高度就是hp.现在已经将水压力转换为了一个水柱的高度,那么它与压力势能在单位上相差什么呢?相差的是质量的单位.那么如果将压力势能表示为质量mg与水柱高度的乘积,那么B处的压力势能为.而A单元体的压强为0,其压力势能为0.这样,如果水单元体的势能表示为位置势能和压力势能的和,那么A单元体的势能为

而B单元体的势能为

因此A,B两单元体的势能相等.这从一方面验证了水单元体的势能定义为位置势能与压力势能之和的合理性.这里将某单元体的压力势能表示为,而p是该单元体所受的压强.

对于水流动的情况,水单元体还具有动能.类比于物体的动能,重力为mg的水单元体的动能同样为.因此,一个一般的水单元体的机械能为势能和动能之和,表示为

这里z为水单元体相对于某位置势能参考面的高度.而单位质量水流的机械能为,将其定义为水头h,即得

即,水头包括位置水头、压力水头和速度水头.由于水在土体中渗流时,水的流速一般是非常小的,速度水头往往可以忽略,这样就得到土力学之父Terzaghi关于水头的定义,即位置水头与压力水头之和.

势能是一种能量,其大小有些抽象;现在将它表示为水头,而其位置水头可以用尺来量得,压力水头可以用带刻度的测压管量得,两者之和为一个高度,比较形象.速度水头为单位质量的物体以初始速度v竖直向上运动所能达到的高度,或者压强为0的单位质量水流以初始速度v竖直向上喷射所能达到的高度;这里速度水头的高度是以物体或水流的初始位置为参考面的.由上所述,水头是单位质量水流机械能的直观表达式.还可以通过生活中的现象来体验一下水头.如图3中的喷泉,假设中间水柱是竖直向上喷的,那么在最高点的时刻,水流速度为0,速度水头为0;因与大气相通,压强为0,压力势能为0;因而总的水头即为位置水头.如果以喷泉水池的边为参考面,那么总的水头可以通过目测,大致为3 m,非常形象.

以上对于水头的引出,没有经过严密的推导,而是由生活经验和已有中学物理知识引出,学生们易于接受,非常喜欢.如果要推导伯努利定律,那么要先解释流体黏性和理想流体的概念,并经过一些严格的数学推导;而工程管理专业的学生对此不大容易接受,且教学时间也不允许.伯努利定理有应用的局限性,仅适用于无黏性理想流体的定常流动,而上述关于流体机械能的解释更具一般性.深刻理解了流体机械能的概念,还可以分析更为一般的机械能转换现象,比如图3喷泉中水单元体在上升和下降的过程中,其位置势能、压力势能和动能分别如何转换.

3 总结

工程管理专业的学生往往力学基础薄弱或缺失,面向一般土木工程专业学生的教学方法并不容易让工程管理专业的学生所接受,因此并不适用.对于这些学生,在备课时要充分了解学生现有的知识结构和掌握程度,更加注重因材施教.这给教师带来了挑战,但也带来了教学方法的灵活性:方法得当,会同时给学生和教师带来乐趣和良好的教学效果.本文以水头概念为例,讲述了其教学方法:不直接引用流体力学中的相关结论,而是从生活体验和已有中学物理知识出发,逐步引入水头概念,形象具体.其教学经验可供从事工程管理专业土力学教学的同行参考.

参考文献

[1]东南大学,浙江大学,湖南大学,苏州科技学院.土力学(第3版).北京:中国建筑工业出版社,2010

[2] 袁聚云,钱建固,张宏鸣等.土质学与土力学(第4版).北京:人民交通出版社,2009

[3] 陈仲颐,周景星,王洪谨.土力学.北京:清华大学出版社,1994

[4] Das BM.Principles of Geotechnical Engineering(5th Edn).Canada:Nelson,2001