运用课堂演示实验,促进学生创新能力培养1)

如何激发学生的创新意识、培养创新能力是当前教学的中心任务之一。本文笔者根据在流体力学课程教学中将简单易行、灵活多样的演示实验带进课堂,引发学生兴趣,启发创新思维方面的教学实践,总结了几点经验和体会。     

以提升创新能力为目标的基础力学实践教学初探

创新型基础力学人才的培养既要注重专业知识的学习,又要重视学生思辨、质疑与应用能力的提升。受限于不断削减的学时,传统基础力学课程仍以讲授为主,难以开展有效的实践教学环节。这种重理论轻实践的模式易导致学生学习兴趣下降、综合能力不足。为弥补实践短板,国内高校正逐步开展各类型大学生实践项目。本文以大学生创新训练项目为例,系统介绍项目实施期间教师有效的引导方式,以期为新时期力学人才培养贡献力量。

     

以《力学设计与操作》课程为例，浅谈力学创新实践型教学

面对新一轮科技革命和产业变革,培养实践水平与创新能力兼具的工程人才,必须落实到课程改革．本文提出了一种力学创新实践型教学模式,以学生为中心,成果为导向,从知识、能力、价值观三个层次的培养目标出发,通过开设《力学设计与操作》课程实现对教学设计的具体实施．经过七年的持续优化改进迭代,将“学与做”稳固结合,注重理论授课与竞赛促学的反馈优化调整,发展了优质本科生科创团队,教学成果显著,深受学生欢迎．本文是对该课程的介绍、分析与总结,希望对我国“新工科”建设背景下创新型的卓越工程人才课程改革起借鉴作用．     

新工科背景下的材料力学虚拟实验仿真范例库建设

面向新工科创新拔尖人才培养,建设了材料力学课程专属的虚拟实验仿真范例库,尤其融入了火箭筒壳轴压稳定性分析与设计、冬奥滑雪头盔变刚度抗冲击设计等工程案例,构建了问题导引、交互、体验、反思为一体的信息化混合式学习场域,完善了材料力学科教融合工程化教学资源体系。该范例库基于Python语言建立了一系列标准构件及工程实例的建模与有限元分析参数化脚本,可实现典型工程结构的强度、刚度和稳定性有限元分析的自动实施与演示。在此基础上,本文还提出了材料力学课程全学习周期多元形成性评价体系,实现对学生新形势下学习状态与能力的诊断性评价,以促使学生合理制订学习规划并自主开展学习,使得虚拟实验技术的实际教学效果最大化。教学实践表明,该虚拟实验仿真范例库有利于培养学生工程创新能力,激发学生力学报国情怀,成为材料力学课程思政的重要载体。

     

创新流体实验仪器,探索创新型人才培养

实验教学是理论联系实践的关键环节,对于学生的综合素质培养和提高有重要意义,而传统的实验教学模式已难以满足社会对工程应用型创新人才的要求.本文结合流体力学实验教学改革实践,探讨了改进自制流体力学实验仪器设备对提升大学生创新精神和创新能力的作用.创新化的实验教学,有助于激发学生自主实验的积极性,进而增强了他们应用已学知识解...     

新媒体创作在工科基础课程教学中的应用——以理论力学课程为例

随着我国高等教育迈向深化改革的新发展阶段,传统工科教学也面临理论结合实践、基础结合创新、传统结合多元的改革新目标和新要求。本研究以理论力学课程教学为例,提出了一种以学生为主体的短视频创作在工科基础课程教学中的应用模式,有效提升了学生学习效率和知识掌握程度,对开拓学生学习能力和创新思维具有显著促进作用。该模式为工科多元教学提供了新的思路,对与时俱进优化工科教学改革具有重要参考价值。

     

基于拓扑优化和深度学习的新型结构生成方法

计算机辅助设计已广泛应用于结构计算和分析,但如何利用计算机智能生成最佳的新型结构还面临巨大挑战。针对这一问题,提出了一种基于拓扑优化和深度学习的新型结构智能生成方法。该方法首先通过结构拓扑优化分析获得不同参数下的优化结果制作训练集图片,并将训练集标签定义为相应的工况类型,然后应用最小二乘生成对抗网络(LSGAN)深度学习算法进行训练并生成大量的新型结构,最后建立评价指标和评估体系对生成的模型进行评价比较,根据需求选择最佳结构设计方案。结合一个铸钢支座节点底板设计的工程案例,详细阐述了上述方法的应用过程,并借助三维重构技术和增材制造技术实现结构模型的一体化制造。研究结果表明,基于拓扑优化和深度学习的新型结构智能生成方法不仅可以自动生成新的结构,而且可以进一步优化结构的材料用量和力学性能。     

研究生最优控制课程教学思考与实践 1)

最优控制课程是控制科学与工程学科研究生学位必修课,同时也是力学(特别是动力学与控制方向)学位课,是一门具有理论深度和广泛工程应用的基础课。本文围绕如何提高课程教学质量、培养学生学习兴趣和创新能力的问题,对最优控制课程的教改核心、教学目标、教学内容、教学材料和教学方法等展开讨论。部分教改措施(如研讨式教学和BOPPPS教学结构)已应用于课程实践且取得良好效果。     

基础力学课程教学中非标准化考核模式的探索与实践

非标准化考核能够更加真实全面地反映学生学习掌握知识、灵活应用知识以及知识建构的能力,更加有利于培养学生的创新能力、科学思维和质疑精神。本文针对基础力学课程教学进行了非标准化考核模式的探索与实践,以学生的学习成效为导向,以“师生协同、知行合一、育教一体”为教学理念,设计建立了线上线下混合式多元化全过程的考核评价机制,加强学生课堂内外、线上线下学习的评价,提升课程学习的深度、广度和难度。实践表明,非标准化考核模式的实施为基础力学课程教学提供了更加全面合理的课程评价体系。本文考核模式与方法可为基础力学教师提供一些严把质量关的教育教学改革借鉴思路,同时也为学习基础力学的学生提高学业学习水平起到积极的引导作用。

     

从量子力学的建立看类比思维的创新作用

通过对量子力学创建过程,特别是对德布罗意、薛定谔、狄拉克、玻恩等物理学家在量子力学的建立与完善过程中运用类比形式的研究方法的分析和研究,阐述了类比思维在科学创新中的重大作用. 发挥类比思维的现代教育价值,把这种创新思维形式移植到教学中来将会对培养创新型人才产生积极的影响.     

安全工程流体力学创新实践教学模式探究

流体力学是安全工程类本科专业的基础必修课.通过创新安全工程流体力学理论教学模式、融合学科专业知识及改革实践教学方法,提出了教学改革总体思路和方案,梳理了安全工程流体力学中的核心知识脉络体系;将看似孤立的基础理论三大方程穿插融合在一起,并延伸至安全工程专业中的流体力学知识点,使学生明确安全工程流体力学学什么、怎么学、如何...     

结构设计竞赛科技创新实验项目的设计与实践1)

结合土木工程专业大学生结构设计竞赛的特点和学生实践能力培养要求,为了研究结构设计竞赛竹皮构件的受力性能,以竞赛用竹皮和胶水为原料,设计了学生科技创新实验项目,对不同长度、厚度的竹皮构件分别进行抗压、抗拉、抗弯实验和胶水与竹皮的复合强度实验,通过对构件加载进行承载力测试。实验表明厚竹皮的拉、压、弯荷重比性能较好,胶水滴注可以提高竹皮的荷重比,竹皮构件受压非线性特性较为明显。该创新性实验项目紧密结合结构设计竞赛开展,具有极强的实践性和研究性,有利于培养学生的团队协作和创新能力。     

基于数字图像相关方法的材料力学实验教学探索

实验教学是培养学生实践和创新能力的重要手段,如何在有限的实验学时条件下,开展丰富高效的力学实验、关联更多的理论知识点是材料力学教学改革亟需解决的问题。本文引入数字图像相关（digital image correlation, DIC）方法,以带孔低碳钢拉伸和高温镍基合金热变形测量等试验为例,对材料力学实验教学进行改革探索。实践表明,基于DIC方法的实验教学可充分发挥出DIC全场变形可视化、测量过程简单、快速精确等优势,显著调动了学生的学习兴趣,加深了学生对多个关联知识点的理解,同时启迪了学生的科学创新意识。

     

DESIGN AND PRACTICE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION EXPERIMENT PROJECT IN STRUCTURE DESIGN COMPETITION1)

结合土木工程专业大学生结构设计竞赛的特点和学生实践能力培养要求,为了研究结构设计竞赛竹皮构件的受力性能,以竞赛用竹皮和胶水为原料,设计了学生科技创新实验项目,对不同长度、厚度的竹皮构件分别进行抗压、抗拉、抗弯实验和胶水与竹皮的复合强度实验,通过对构件加载进行承载力测试。实验表明厚竹皮的拉、压、弯荷重比性能较好,胶水滴注可以提高竹皮的荷重比,竹皮构件受压非线性特性较为明显。该创新性实验项目紧密结合结构设计竞赛开展,具有极强的实践性和研究性,有利于培养学生的团队协作和创新能力。     

理论力学研究导向型教学方法探索与实践

基于“创新性、高阶性和挑战度”的教学理念,提出了理论力学课程的研究导向型教学方法。通过引入工程实际的例题、科技前沿及大国工程等案例,培养学生力学建模、分析实际问题的能力以及家国情怀和崇高的价值理念;通过翻转课堂,调动学生的学习积极性;通过课程小论文的研究,培养学生的批判性思维及查阅文献、力学建模、创新性设计和研究复杂工程问题的能力。实践结果表明,学生的学习积极性、翻转课堂参与度及课程的教学效果得到了有效提高。

     

二十年跨界创新研究的反思与建议

近十年来,人类发展进入到了一个前所未有的急剧变化期——即将跨过人工智能超越人类智能的临界点。在此大背景下,过去两个世纪缘由知识爆炸和人类智能局限而发生的学科越分越细的趋势正发生根本性扭转,即转向以“发现未知–创造未有”大问题为牵引,跨越学科的创新。其中,所谓 “从0到1”创新是指最终能产生全球历史性影响,甚至改变世界的源头创新。任何一项成功的从0到1创新在其从0到1和之后的“从1到N”阶段都难免遭遇“死亡谷”,且每一段都是长达10余年的周期。自2000年起,我的研究从力争在传统学科（力学、应用数学、材料科学）中做得“最好”,全面转向了“跨界”源头创新。经过20年的不懈努力,我和团队在“结构超滑技术”和“拔尖创新人才培养模式”两方面,从一定意义上讲,都跨越了从0到1阶段的死亡谷并步入了从1到N的发展新阶段,现正以双螺旋的方式跋涉迈进。在这一过程中发挥了独特且关键作用的是我60年人生前20年的受教育经历、中间20年的数学与力学研究积淀,和近20年学生直面挑战的勇敢参与,以及与多学科著名教授学者的深度合作。我的研究经历,不仅横跨了STEM(科学、技术、工程、数学),也扩展到更前端的创新教育和更后端的技术产品研发。希望我的分享对怀抱从0到1创新梦想的年轻研究者和学子们,能有所借鉴和启发。

     

材料力学课程思政教学实践1)——以"压杆稳定"为例

针对力学基础课程开展课程思政建设的案例设计与实践,在教育部力学基础课程教学指导分委员会的指导下,本文介绍了烟台大学工程力学国家级虚拟仿真实验教学中心教学团队在材料力学课程思政教学中的方法和举措。以材料力学中"压杆稳定"的一次示范课为例,在欧拉公式推导和应用分析过程中,深入挖掘和融入思政元素,解读其中蕴藏的辩证法原理,阐释可贵的科学家精神,体现课程设计"两性一度"和"思政育人"目标,探讨了具有普适性的力学基础课程思政理念,以期促进交流,提高力学基础课程的协同育人效果。     

A NEW EXPERIMENT TEACHING MODE FOR MACHANICS TO MEET THE NEED OF “NEW ENGINEERING” TALENT TRAINING

“新工科”是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、创新人才培养新要求而提出的我国工程教育改革方向。“新工科”建设的主要目标即培养造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的学科交叉复合型卓越工程科技人才。本文针对“新工科”人才培养理念,分析了当前培养新型工科人才的背景和迫切性,探讨了适应新形势人才培养理念的力学示范中心建设思路和内涵,提出了建设实践教学新模式的途径和举措。     

高速切削实验平台在力学实验教学中的应用

传统的力学实验已无法满足研究生创新性实验教学的需要。为了使研究生在科学研究中掌握实验分析的基本方法和技能,本文基于Hopkinson压杆加载技术建立了一套高速切削实验系统。该实验系统作为一个科研平台,能够实现切削过程的瞬态冻结并完成变形场和切削力的实时测量,可为高速切削机理研究提供基础实验数据。同时,该实验系统也是一个综合性的实验平台。基于该平台,可以完成金相分析、光栅光纤测力、变形场测量以及塑性本构分析等力学实验教学。高速切削实验平台将力学实验与科学研究相结合,有利于培养研究生独立分析与研究的能力,为研究生未来的科研工作打下基础。     

工程教育专业认证背景下地方应用型高校多元混合式一流课程建设——以“材料力学”为例

从工程教育专业认证的视角来看,课程教学已经不再以“内容为本”,教学内容、资源、手段和组织形式等需要围绕实现课程教学目标和达成学生预期学习成果而展开。将金课的“两性一度”、工程教育专业认证的“三大理念”和BOPPPS（bridge-in, objective, pre-assessment, participatory learning, post-assessment, summary）教学模型的“六个模块”相结合,探索了一种“导入有创新、目标较高阶、前测有挑战、以学生为中心的交互、以产出为导向的后测和持续改进的总结”的教学模式。以“材料力学”课程为例,探索在一流课程建设过程中,教师应该“如何教、教什么”才能让学生“乐于学、学的到”,逐步形成了以“课程目标—资源建设—组织实施—综合评价—持续改进”的集知识传授、能力培养和价值塑造为一体的课程教学闭环。