徐 鋒 范 劍 許晨光

?(臺州學院航空工程學院，浙江臺州318000)

?(浙江大學寧波理工學院，浙江寧波315000)

過往的很長時間里，高等教育中“三重三輕”現(xiàn)象普遍存在，即“重教書、輕育人，重智育、輕德育，重科研、輕教學”[1]，造成的結果之一是低階、陳舊、灌輸、封閉和不用心的“水課”蔓延，使人才培養(yǎng)離既定目標漸行漸遠，也造成了高校教學資源的極大浪費[2]。2018 年11 月教育部高等教育司司長吳巖在第11 屆大學教學論壇上明確表示應率先在新工科等“四新”建設中打造“金課”，把“金課”作為“四新”建設的重要內(nèi)容抓出成效。而且特別申明了國家級“金課”中要包含相當比例的地方高?！敖鹫n”，“金課”不是只為部屬院校而設，中國高等院校所有的好課都可以選作國家級“金課”[3]。

1 存在問題

“金課”課堂之“金”在于：高階開放、對話質(zhì)疑、知行合一、學思結合。特別是在新工科建設背景之下，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才更需要“金課”作為基礎支撐。而地方高校作為直接服務地方經(jīng)濟社會發(fā)展的區(qū)域與行業(yè)科技服務基地和技術創(chuàng)新基地，在人才培養(yǎng)、課程設置和“金課”建設上亦應突出應用型特色，但目前僅從材料力學課程來看，教學重點仍集中在對概念的理解和公式的運用上，忽視了課程的應用性及其與工程實踐的密切聯(lián)系[4]，教學模式仍以知識傳授為主(以教為主)，課堂狀態(tài)僅能停留在回答(answer)或低質(zhì)量的互動(dialogue)，很難做到質(zhì)疑(critical)和辯論(debate)。而且，由于課程理論性強、力學模型抽象，學生難以與實際工程緊密聯(lián)系，造成他們在學習過程中對課程重視程度不夠，覺得課程枯燥乏味等現(xiàn)象，難以在教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和工程思維能力，這與地方高校的應用型培養(yǎng)目標和“金課”建設的內(nèi)涵均存在一定差距。近年來，圍繞工程教育理念，一些教學工作者就材料力學的教學改革進行了一些有益的探索，如CDIO 模式[5]、翻轉(zhuǎn)課堂[6]、探究式教學法[7]、課程體系建設[8]、團隊建設[9]等，但對標“金課”內(nèi)涵的具體實效性的討論，特別是反應地方院校特色的材料力學教學改革的高質(zhì)量研究尚不多見，因此，能夠因地制宜、因材施教的可借鑒方法不多，但構建主義理論認為環(huán)境和學習者的個體特性對學習結果具有決定性作用[10]，拋開地方高校的具體環(huán)境和學習者個體特性來討論材料力學“金課”建設也很難有實質(zhì)性效果。

目前，地方高校材料力學課程面臨的具體問題主要集中于以下三個方面。

(1) 教學環(huán)境變化。隨著新工科和卓越計劃的推進、地方高校轉(zhuǎn)型升級，課程設置、教學目標及培養(yǎng)定位等變化明顯，但基礎力學課程的教學大綱、內(nèi)容和目標，教學方法、形式和手段更新及應對速度緩慢，造成“教”與“學”不匹配；

(2)教學過程困難。受到課程內(nèi)容理論性強、工程模型抽象、課時壓縮、理論與實驗錯位等因素影響，學生學習過程中常遇到機構看不懂、原理弄不清、公式不理解等問題，多數(shù)學生對課程有畏難厭學情緒；

(3)教學結果不理想。課內(nèi)外實踐環(huán)節(jié)缺失，課程考評指標和方法陳舊，以至于教學雙方在利用基礎力學解決實際問題的工程思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上均動力不足。

材料力學課程作為工科學生接觸到的最早涉及工程問題的專業(yè)技術基礎課程，承擔著培養(yǎng)學生的邏輯思維、力學建模和解決復雜工程問題能力的任務和目標，課程承前啟后，地位舉足輕重，課程質(zhì)量的“水”或“金”直接影響后續(xù)的機械原理、結構力學、課程設計乃至畢業(yè)設計等重要課程和實踐環(huán)節(jié)。如何在夯實學生力學理論的基礎上培養(yǎng)他們的工程思維和實踐創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的學習動力和專業(yè)志趣，建設有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”[11]已成為新工科背景下地方高校打造材料力學“金課”亟待解決的問題。

2 應對策略

基于上述存在的問題，總結下來，材料力學課程要達到“金課”內(nèi)涵需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學觀念，改革教學內(nèi)容、方法和評價策略。前者是認識的關鍵，后者是實踐的關鍵。

2.1 教學內(nèi)容改革

教學內(nèi)容之改革應致力于從主要取決于教什么向主要取決于學什么轉(zhuǎn)變。前者基于課程導向教育理念，后者基于成果導向教育理念[12]。地方高校正在緊跟步伐嘗試走工程認證的路子，以課程目標、畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標為導向反向設計材料力學的教學內(nèi)容，即遵循著“社會需求→培養(yǎng)目標→畢業(yè)要求→課程體系→課程目標→教學內(nèi)容”的邏輯關系來重組材料力學的知識模塊(如表1)，在新工科建設和卓越工程2.0 的推動下，能夠契合地方產(chǎn)業(yè)特色的多元化和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是材料力學課程內(nèi)容模塊設置的主要依據(jù)。根據(jù)邏輯目標的遞進關系，材料力學課程把內(nèi)容分成了由易到難的四個模塊，即基本概念、宏觀分析、微觀分析和綜合訓練，培養(yǎng)學生利用材料力學知識凝練問題、分析問題并綜合解決復雜工程問題的能力(圖1)。對于應用型的地方院校來說，要明確復雜工程問題的內(nèi)涵，根據(jù)學校定位和學生層次確定“復雜”是意味著綜合而不是僅指繁瑣、困難之意。

表1 基于成果導向的知識模塊重組

圖1 課程多元化教學方法的實施策略

在實際教學過程中，(1) 基本概念講解要抓住本質(zhì)和細節(jié)，注重知識之間的邏輯關系，譬如：不僅要講好應力是什么，還要講好應力與平均應力的區(qū)別，更要讓學生明白為何要引入應力參數(shù)；不但要能梳理基本變形的知識體系，還要講清楚引入單元體和應力應變狀態(tài)分析的原因，讓學生在學習的過程中體會知識內(nèi)在的邏輯和連貫性，而非孤立被動的接受知識；(2) 對于學生分析問題能力的培養(yǎng)，要引導學生總結材料力學解決問題的邏輯思路，譬如：宏觀分析模塊的基本變形問題都可以由“外力→內(nèi)力(圖)→應力(變)→校核”的思路解決問題；而微觀分析模塊則在培養(yǎng)學生分析能力的基礎上更要強調(diào)對綜合知識的運用，為綜合訓練模塊打好基礎；(3) 對學生綜合能力的培養(yǎng)，要根據(jù)學生能力水平和學習定位來確定工程問題的難度，重在綜合知識的融會貫通，而非僅強調(diào)難度的增加，而綜合能力亦不僅局限于知識的運用能力，還有協(xié)作和交流能力，闡述和表達能力等等，譬如：可以通過課內(nèi)外實踐環(huán)節(jié)，如分組討論、調(diào)研和匯報的方式加強綜合能力的鍛煉。

2.2 教學方法改革

教學方法之改革應致力于從主要取決于怎么教向主要取決于怎么學轉(zhuǎn)變。前者是以教為中心的教學模式，后者是以學為中心的教學模式。注重學生特質(zhì)和水平，改變以教師、課堂和教材為中心的傳統(tǒng)模式，讓學生成為教學的主體，主動求知，積極探索，勇于質(zhì)疑，學思結合。

為了有效促進學生對材料力學課程學習的志趣，我們做了“多微”素材的探索，譬如：(1) 對于工程模型抽象的示意圖、原理圖采用微視頻形式展現(xiàn)，利用啟發(fā)引導或?qū)ｎ}形式展開課堂討論，從“理論→模型→工程→模型→理論→計算”的循環(huán)路徑中讓學生掌握基礎力學與工程問題之間的關系，培養(yǎng)他們的工程思維和解決實際復雜工程問題的能力。(2) 讓學生對某些運動機構仿制簡單模型，在“微實踐”中培養(yǎng)他們相互協(xié)作和溝通能力，并從實踐中體驗基礎力學課程對后續(xù)專業(yè)課程的重要支撐作用，從而提高他們學習材料力學課程的動力和興趣。(3) 考慮到目前課后作業(yè)因抄襲現(xiàn)象嚴重已無法了解學生的真實學習狀況，可以通過對重點知識模塊進行課堂“微測試”，階段性考核學生對知識的掌握程度，并及時做出教學調(diào)整。但在課時已經(jīng)壓縮的情況下利用課堂時間進行測試，要求教師能夠把握知識模塊的“精講”原則，充分利用以“教”為主向以“學”為主轉(zhuǎn)變的教學理念。(4) 對于重、難點知識在章節(jié)結束時可以利用“微課堂”模式進行翻轉(zhuǎn)課堂，讓學生形成“教學小組”制定“微教案”，走上講臺講述其對該知識的理解，分享學習經(jīng)驗。多微素材的創(chuàng)建真正實現(xiàn)了讓學生在“做中學、學中做”，不僅“學知識”，而且“長能力”。

同時，為了豐富教學手段，充分利用線上教學資源，為課堂教學提供有效補充，我們還嘗試了譬如：(1) 建設精品在線開放課程，創(chuàng)建云班課，讓學生擺脫時間和空間制約，隨時拿起手機，學習知識難點，開展線上頭腦風暴；(2) 開發(fā)新形態(tài)教材和云教材，讓書本變成可立體交互的多媒體平臺，讓自主學習更輕松有趣；(3) 開發(fā)虛擬實驗教學平臺，讓學生通過虛擬“微實驗”系統(tǒng)搭建構件的載荷和變形形式，觀察結構基本變形的實驗現(xiàn)象，以虛補實、虛實結合，解決理論與實驗課程錯位問題。等等諸如此類的因地制宜、因材施教的教學過程建設希望能夠讓學生充分認識基礎力學課程的本質(zhì)是“重要的、有用的、有趣的”，從而改變學生學習過程中的畏難和厭學情緒。

2.3 教學評價改革

教學評價之改革應致力于，從主要取決于教得怎么樣向主要取決于學得怎么樣轉(zhuǎn)變。前者是投入導向的評價，后者是產(chǎn)出導向的評價。限于現(xiàn)有考評機制導向，教與學雙方仍把重點放在了考試結果上，而考試結果并非教學根本之“產(chǎn)出”，和地方高校的培養(yǎng)目標也并不一致。適當降低筆試分值比例，增加“非筆試”環(huán)節(jié)在考評中的比重，注重過程性考核和評價可以有效激發(fā)教學雙方在課內(nèi)外實踐的主動性。

因此，制定靈活柔性的考評策略，并注重以產(chǎn)出為導向的持續(xù)改進，可以不斷激發(fā)學生創(chuàng)新與實踐熱情，譬如：(1) 現(xiàn)有綜合測評方法往往采用“平時＋期中＋期末＋實驗”模式，只有平時這一項為“非筆試成績”，以往的平時成績基本由“課后作業(yè)＋點名”來確定，由于課后作業(yè)抄襲嚴重，點名的強制性引起學生反感等，平時成績已很難客觀反映學習情況，而且無法激發(fā)學習興趣，更難以培養(yǎng)學生參與實踐的熱情，圖2 中列舉了一部分“非筆試”的實踐形式(但不僅限于此)，由學生根據(jù)個人能力和興趣愛好選擇其中一種(但不限于此)的方式完成實踐項目，對于能夠體現(xiàn)創(chuàng)新能力和工程思維能力的項目還可以通過“微課堂”形式由學生親自上臺講解，并在平時成績中給予較大分值比例；(2) 各環(huán)節(jié)的具體比重需要體現(xiàn)柔性機制，柔性不是任意，既可以對某一類別的非筆試項目規(guī)定分值，也可以根據(jù)學生的整體表現(xiàn)對各環(huán)節(jié)的比重做調(diào)整；(3) 柔性考評中已基本忽略了傳統(tǒng)的課后作業(yè)，取而代之的是不定期課堂測試環(huán)節(jié)，教師布置課后作業(yè)由學生課下自覺完成，而以課堂測試來檢驗教學效果，作者從過去兩個學期的實施情況來看，一定程度上實現(xiàn)了教學雙贏；(4) 強調(diào)學生在新的考評機制中的主體作用，注重以產(chǎn)出為導向的柔性考評機制的持續(xù)改進，不斷提高教學效果對培養(yǎng)目標的達成度，讓柔性考評機制形成良性閉環(huán)系統(tǒng)。

圖2 靈活柔性的考評策略

3 實踐效果

經(jīng)過近兩年的教學實踐，學生對材料力學課程的認知和態(tài)度從“聞風色變”到逐步改觀，學生反饋和評價集中在“課程與專業(yè)關系密切，實踐性強，老師認真負責，上課充滿激情，教學方法適合”等。在理論課時不斷壓縮的情況下，通過知識模塊調(diào)整、精講多練和線上課堂等手段，從深度和難度接近的期末測試結果分析來看，學生的卷面及格率仍穩(wěn)定在70%以上(72.81%/2016年，70.73%/2017年)，相比過去多年60%以下的卷面及格率而言，提升10%以上。而通過加強非筆試環(huán)節(jié)的考評和師生雙方的重視和努力，學生在撰寫報告、力學競賽、模型制作等能力方面也有了較大提升，共獲得省級大學生力學競賽一等獎1項、二等獎3項，三等獎5項，實現(xiàn)學校在此項賽事的重大突破。在全國大學生包裝結構設計大賽中，以有限元法分析包裝結構力學性能的參賽作品“植物秸稈包裝容器結構設計及有限元分析”獲全國二等獎。在課程對專業(yè)培養(yǎng)目標的達成度分析中，分析工程問題、清晰表達設計目標、實施機械領域相關實驗等方面表現(xiàn)良好(當量值分別為0.86/0.82/0.90)，學生在知識和能力上的全面提升也為“高水平、應用型”培養(yǎng)目標和專業(yè)認證做出一定貢獻。另外，經(jīng)過多年努力和摸索，課程組的青年教師的教學水平也得到了大幅度提升，多位教師獲得省、校級教學技能大賽獎項。2016 年，作者獲得了浙江省第九屆青年教師教學技能競賽一等獎。材料力學課程也通過學生反饋，專家聽課以及現(xiàn)場會評等環(huán)節(jié)最終被評為校首屆“魅力課堂”，多年課程建設成果也獲得了校、市級教學成果二、三等獎。青年教師的快速成長是對課程教學不斷摸索的成果之一，也更高效地反哺著課程教學。

4 總結

“金課”概念提出的時間雖短，但使一門課程成為金課的努力一直在進行，材料力學屬于工科專業(yè)的技術基礎課程，地位舉足輕重。課程建設過程中嘗試的教學內(nèi)容、方法和評價的改革措施經(jīng)過兩年多的實踐檢驗，得到了良好的反饋和成效，可為同類院校的金課建設提供參考。