2004年2月,2003年度国家精品课程评选结果揭晓,清华大学袁驷教授主讲的《结构力学》获得网上专家评估最高分,平均分高达97.55分。面对这样的成绩,袁驷教授说:“我们所追求的,是置身于荣誉之外的奉献。”
求解器掀起《结构力学》教学变革
从1995年开始,袁驷教授与同事一起开始了面向21世纪、面向能力培养的“结构力学课程新体系的建设与实践”的课题研究。
经过几年努力,他们突破性地将结构力学创新和发展为三个模块:即经典结构力学、程序结构力学和定性结构力学,并将其形象地概括为“一个基础,两座大厦”。2001年,该课题在申报国家级教学奖项时,包括五位院士在内的九位专家给予高度评价:“在结构力学课程的三个模块中有两个是新建
课程,并用自行研究的、独具便于概念显示特点的教学软件‘结构力学求解器’把三者联系起来,在教学改革等方面迈出了重大步伐”。
“两座大厦”的构筑使新世纪结构力学课程得到进一步改进和发展,使结构力学课程发展为相对完整的三大部分组成的课程结构。这三大部分课程是:重点培养经典方法分析能力(即定量的手算能力)的《经典结构力学》基础性课程;重点培养计算机建模分析能力(即定量的机算能力)的《程序结构力学》时代性课程;重点培养定性分析和判断能力(即定性的脑算能力)的《定性结构力学》前沿性课程。把这三块课程有机、协调地联在一起的,则是具有原创性特点的“结构力学求解器”。
力学专家范钦珊教授评价说,求解器的诞生可谓是“一石激起千层浪”,它带给人们的不仅仅是简捷方便,更是对传统教学方式的巨大冲击。
袁驷教授说,“先前课堂上教师着重讲解的计算被求解器代替,学生作业也可以轻易地用求解器完成,课还怎么教?这给教师教学带来很大的挑战。”
求解器对结构力学领域的作用就如同计算器在数学计算领域的作用。计算器的发明和广泛应用,把人们从复杂的数值计算中解放出来,同样,求解器让学生们从耗费时间与精力的复杂结构计算中抽出身来,把更多精力放在定性研究和创造能力的锻炼和培养上。
袁驷教授在开发求解器时提出一个口号:把繁琐交给求解器,我们留下创造力!
如今,学生版、远程版、网页版、教学版求解器已经在全国范围内广泛应用,掌上版和工程版结构力学求解器也即将面世。英文版和繁体中文版求解器正在制作当中。不远的将来,求解器将漂洋过海,走向世界,造福更多的人。
融入知识产权保护观念的课程
《结构力学》是151门国家级精品课程中唯一具有知识产权保护观念的课程。用袁驷教授的话说:“我们用知识培育人才,要尊重人才首先要尊重知识,要讲究知识产权的保护;这不仅是对自己科研成果的保护,也是对现代社会体制规范的自觉奉行和遵守,更是对国家法治体系一种尊崇和维护。”
《结构力学》网络课程核心技术有相当高的科技含量,一些与课程建设相关的科技创新成果论文,被SCI检索并得到世界同行专家的高度评价。《结构力学》网络课程体系的创造性突出表现在它的开放性和智能化。网络课程体系运用人工智能等计算机技术,建设了包括教学内容、习题测验及其判改等在内的课程内容。
开放性特点是区别于其他网络课程的最大特色。以习题为例,其他网络课程的习题多是封闭式的,习题数量、内容和答案都是固定的,而且基本上学生可随时下载习题。而《结构力学》课程习题则是开放性和交互性的。学生和教师都可以随便改题、随时加题,也可以在线随时解答习题,随时提交解答,随时获得判改。对于不会解答的习题,计算机就像专雇的教师一样,即时提示、答疑和解惑。而智能化程序对习题解法的完备性所给出的奇特解法,有时是教师们都想不到的。因此,现在给学生留作业时,就可以附加一个要求———做到完全正确时为止。另一方面,远程求解技术将核心计算求解模块放在服务器上,要求学生必须在线答题,离线了还想把“教师”下载私用是做不到的。这正是对课程开发过程中关键技术的知识产权保护。袁驷认为,国家应该加强研究新形势下信息平台建设中知识产权的保护问题。
正像袁驷教授所说的:《结构力学》课程是一个系统工程。它既是涉及科学、技术、工程、市场、教育、管理、评估、版权等多个因素的集成系统,也是冲击传统教学范式的辐射系统。而对这个名为“课程”的系统工程,袁驷教授心中有更多的目标。传统教学中教师不可能对每个学生的学习状况都有全面了解,而网络版则实现了这样的目标:系统对学生每一道题、每一步骤以及每道题提交的次数都有记录。基于这些记录信息和统计,可以详细了解每一个学生对课程的掌握情况;针对学生做题的步骤和提交次数,可以判定哪些是教学的薄弱环节。同时系统还可以根据习题完成情况的记录,动态生成适合于他们教学和学习水平的脚本和网页。
“将来的课程就应该是这样的:教育部设置一个功能强大的服务器,把网络课程放上,让全国各个学校来用,各个学校的教学情况都记录在服务器的数据库中,任凭政府做任何方式和任何用途的数据统计和教学评估,也可以在网上对多个学校的学生同时进行考试或测验。”袁驷教授说。
“精品”的境界
对酷爱教学工作的袁驷教授而言,《结构力学》课程凝聚了他和同事多年的努力和心血。他说,这门课程就像是个系统工程。而贯穿这个系统工程建设的理念,则是“前瞻的创新,科学的远见”。把这个作为一种追求去努力和付出,去推动和提高我国《结构力学》课程的教学质量。
“要问我们的课程精在哪里?可以归纳成四条。精在点点滴滴:不够成熟,不够精细不出手;精在方方面面:不成系统,不够完善不出手;精在前瞻的创新:不足新意、不居前沿不出手;精在科学的远见:不引趋势,不领潮流不出手。一句话,可以说精在‘精益求精’。”袁驷教授说。
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在今年二月十日教育部授予一百五十一门课程为国家精品课程之日,有关专家对袁驷教授主讲的《结构力学》作出如下评述:该课程师资力量雄厚,队伍结构合理,其特色体现在:(一)创新性:课程无论是内容体系、编写的教材、研制的软件和建立的网络课程等,都有很高的科学创新、技术创新和理念创新的含量;(二)先进性:既保留了结构力学的学科体系,又有实质性的改革和发展,顺应并符合新世纪教学发展的规律,代表并引领了课程发展的趋势和方向;(三)示范性:无论是课程体系、教材、软件等,都在全国高校中有较大的影响,具有较广泛的辐射性和示范性。