王麗君 于麗波

(南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院航空運輸與工程學(xué)院，江蘇 南京 210000)

學(xué)習是基于教師指導(dǎo)下的發(fā)現(xiàn)，而不是信息的傳遞[1]。隨著時代的進步與發(fā)展，在當今信息化的大時代背景下，傳統(tǒng)的講授方式已經(jīng)無法滿足學(xué)生對知識的需求，更無法滿足社會的需要。為此，必須做出改革，我們應(yīng)該把“授人以魚”變成“授人以漁”?！笆谌艘詽O”則是以掌握方法為核心，以解決問題為目的，以師生合作為特點，激發(fā)學(xué)生去主動獲取知識，并且能夠靈活應(yīng)用已學(xué)知識，從而解決工程實際問題[2-3]，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才，在整個教學(xué)過程中架起了知識教育和素質(zhì)教育的橋梁，同時也促進了教師的研究型教學(xué)與學(xué)生的研究性學(xué)習[4]?；谀暇┖娇蘸教齑髮W(xué)金城學(xué)院土木工程專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)的實踐經(jīng)驗與反思，從教學(xué)內(nèi)容、思政元素、實踐教學(xué)、教學(xué)方法和課程考核等方面入手，進行方法總結(jié)和提煉，其成果可為同類院校土木工程類相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)改革提供一些參考和借鑒。

1 課程內(nèi)容

材料力學(xué)是一門理論性較強的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課，與理論力學(xué)一起共同構(gòu)成其它各門力學(xué)課程的基礎(chǔ)，同時也是其他專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課之間緊密聯(lián)系的紐帶，是理論與實際工程緊密結(jié)合的橋梁。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握受力構(gòu)件變形及其變形過程中構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力的分析和計算方法，掌握構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性分析理論在工程設(shè)計、事故分析等方面的作用，為構(gòu)件的經(jīng)濟合理設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法，并為學(xué)好有關(guān)的后續(xù)課程打好必要的基礎(chǔ)。課程不僅要實現(xiàn)知識傳授和能力培養(yǎng)的教學(xué)目的，從學(xué)生的思想態(tài)度、學(xué)習能力、綜合素質(zhì)全方位的實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和思想育人有機結(jié)合的“三位一體”的課程教學(xué)總目標。

2 現(xiàn)有問題

由于材料力學(xué)理論性較強、概念抽象、公式推導(dǎo)復(fù)雜，教材中的章節(jié)劃分順序使知識點變得較為散亂，缺乏聯(lián)系，加上長達64課時的學(xué)習，學(xué)生很容易學(xué)習了新知識忘記前面章節(jié)的內(nèi)容，對整個材料力學(xué)知識框架的建立和知識的掌握非常不利。在目前社會傳統(tǒng)教育整體缺失的大環(huán)境下，工科學(xué)生的人文情懷更顯匱乏，盡管他們思維活躍且自學(xué)能力強，但是理論聯(lián)系實際的運用能力相對欠缺，需要加大實踐教學(xué)和案例教學(xué)的力度。目前土木工程專業(yè)課程從第3學(xué)期開始，材料力學(xué)是土木工程專業(yè)學(xué)生進入大學(xué)以來初次接觸的較有難度的專業(yè)基礎(chǔ)課程，遇到理論性強或沒有興趣的知識點，上課很容易走神。

3 改革創(chuàng)新

3.1 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，如果按照教材順序進行，則對每種基本變形重復(fù)“外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形—強度校核”這一過程，教學(xué)過程單一，容易使學(xué)生對后面的學(xué)習失去興趣，也不利于知識的全面掌握。因此，對課程內(nèi)容進行重新整理和排序，對不同的基本變形(拉壓、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲)按照“外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形—強度校核—超靜定結(jié)構(gòu)”這一思路進行串聯(lián)，例如，同時把拉壓、扭轉(zhuǎn)、剪切、彎曲的內(nèi)力放在一起講解形成對比教學(xué)。通過對比有利于學(xué)生快速掌握相關(guān)知識點，同時還可以達到以此類推，舉一反三的效果，留出更多課時進行實踐教學(xué)。再者，將第八章組合變形及連接部分的計算放在第七章應(yīng)力狀態(tài)和強度理論之前，將附錄Ⅰ截面的幾何性質(zhì)放在第四章彎曲應(yīng)力之前，作為一章獨立的內(nèi)容進行講解。利用中國大學(xué)MOOC(慕課)、英華課堂等線上課程資源，作為教學(xué)補充和擴展，并于2022年建設(shè)《材料力學(xué)》微課程，獲校級重點教學(xué)項目，為學(xué)生提供有針對性的線上教學(xué)，微課程言簡意賅，學(xué)習環(huán)境無約束，隨時隨地點開即可學(xué)習。

3.2 課程思政與工科知識有機融合

材料力學(xué)開篇緒論對材料力學(xué)的任務(wù)、基本假設(shè)、研究內(nèi)容做了簡要闡述，其中材料力學(xué)發(fā)展概述尤為重要，也是非常好的思政切入點，進一步說明了材料力學(xué)的重要性。講授緒論課時結(jié)合材料力學(xué)力學(xué)發(fā)展史，明確執(zhí)著、創(chuàng)新、求真、務(wù)實、協(xié)作的科學(xué)精神；結(jié)合古今中外一些重大工程中力學(xué)原理運用，明確學(xué)好《材料力學(xué)》對學(xué)好專業(yè)課程重要性；結(jié)合《中國制造2025》和中國政府的“制造業(yè)強國戰(zhàn)略”，引導(dǎo)學(xué)生樹立遠大理想和愛國主義情懷，對相關(guān)思政元素熟記于心，在整個教學(xué)過程中，無論是理論教學(xué)還是實踐教學(xué)，適時融入。

3.3 工程實例與理論知識相結(jié)合

對于理論性比較強的課程，實踐教學(xué)無疑是重點，也是難點，在理論教學(xué)設(shè)計中注重知識與工程案例的結(jié)合。在課程開始導(dǎo)入工程事故案例，提高學(xué)生運用所學(xué)知識來分析實際工程問題的能力，并在分析工程實際問題的過程中，使學(xué)生逐步建立起辯證的工程科學(xué)觀，通過貼近生活的例子，使學(xué)生直觀感受到材料力學(xué)的魅力。

針對土木工程專業(yè)，為了更好培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、合作精神和工程實踐能力，教育部在2007年設(shè)立了大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，并逐步形成了國家級、區(qū)域級、省級、校級的多層次賽事，促進了高校的創(chuàng)新教育與實踐教學(xué)改革[5-8]。國內(nèi)諸多高校對于結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的模式及試題進行了較為廣泛的討論[9-10]，并與教學(xué)改革相結(jié)合，進行了多方面的探索與實踐[11-12]。本著以賽促教，以教促賽，兩者相輔相成，力求成效最大化，故成立土木工程創(chuàng)新工作室，作為專業(yè)實踐教學(xué)平臺，充分實現(xiàn)課上與課下學(xué)以致用。經(jīng)過教師指導(dǎo)—學(xué)生討論—動手操作—實踐檢驗—解決問題，整個過程激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習的熱情，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，研究問題的興趣。

3.4 學(xué)生為主體以及教師為主導(dǎo)

整個教學(xué)過程中注重學(xué)生的思考、交流，運用啟發(fā)式教學(xué)，合理利用暫停給予學(xué)生思考時間，不講過深過寬泛的內(nèi)容。特別是對一些重要的概念進行反復(fù)提問，同時潛移默化地將新舊知識進行關(guān)聯(lián)，多次梳理知識框架，使學(xué)生明確材料力學(xué)這門課程的學(xué)習目標和任務(wù)，時刻清晰記憶課程知識框架。針對不同基礎(chǔ)的學(xué)生采取有差別的教學(xué)方案，注重課下輔導(dǎo)與答疑，在作業(yè)的安排上遵循因材施教，對于基礎(chǔ)薄弱學(xué)生則布置一些基礎(chǔ)概念和例題，對于程度較好，有考研需求的同學(xué)則在兼顧基礎(chǔ)的同時側(cè)重一些歷年真題和拔高題，對于熱衷參與競賽對結(jié)構(gòu)分析有需求的同學(xué)，引入數(shù)值模擬分析教學(xué)，有針對性地進行軟件指導(dǎo)。

3.5 教學(xué)方法

教學(xué)方法和手段上主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1)課前回顧：以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習前期所學(xué)的知識，緊接著提出本次課的內(nèi)容，提高前后知識之間的銜接度和學(xué)生的課堂參與度。

2)導(dǎo)入階段：結(jié)合工程實例，闡述結(jié)果，強調(diào)本章節(jié)的重要性，結(jié)合案例融入思政元素，激發(fā)學(xué)生探求問題的好奇心。

3)提出問題：通過對一些簡單結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計計算，使學(xué)生深刻認識到校核構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定性是進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的關(guān)鍵條件。

4)理論推導(dǎo)：利用網(wǎng)絡(luò)多媒體，并輔以板書對公式推導(dǎo)過程加以詳解，以引導(dǎo)提問為主，提高公式推導(dǎo)過程中學(xué)生的參與度，讓學(xué)生理解數(shù)學(xué)知識在整個分析過程中的應(yīng)用，培養(yǎng)用數(shù)學(xué)思維解決工科問題的思維習慣。

5)回顧與總結(jié)：總結(jié)本節(jié)學(xué)習內(nèi)容、學(xué)習重點，提出與下節(jié)課相關(guān)聯(lián)的課后思考題，促使學(xué)生去預(yù)習，為下一節(jié)課作鋪墊。

3.6 課程考核

課程考核包括期末考試和過程性考核兩部分。期末考核方法為閉卷考試，考試時間為120min，采用百分制，60分為及格，期末考試成績占總成績的50%。

過程性考核成績占總成績的50%，主要包含平時考勤、思想表現(xiàn)、作業(yè)成績、期中測試和階段性測驗。其中考勤占10%，思想表現(xiàn)占5%，作業(yè)成績占10%，期中測試成績占15%，階段性測驗成績占10%。思想表現(xiàn)主要通過平時與學(xué)生交談、學(xué)生的言談舉止、學(xué)生學(xué)習的積極性及主動性、課堂學(xué)習表現(xiàn)等方面進行評價。

4 教學(xué)成效

選取有關(guān)教學(xué)創(chuàng)新的典型8個問題，分別為問題1：按照“外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形—強度校核—超靜定結(jié)構(gòu)” 這一思路對課程內(nèi)容進行重新整理和排序效果如何；問題2：課程思政與理論教學(xué)相結(jié)合是否合適；問題3：在課程教學(xué)中引入工程實例，是否幫助你更好的理解課程內(nèi)容；問題4：“課前回顧—導(dǎo)入階段—提出問題—理論推導(dǎo)—回顧與總結(jié)”的教學(xué)方法，是否激發(fā)了學(xué)習該門課程的主動性和積極性；問題5：老師的教學(xué)手段運用如何；問題6：課程PPT是否清晰明了，生動易懂；問題7：《材料力學(xué)》的課程考核方案是否；滿意8：《材料力學(xué)》課程的總體創(chuàng)新性教學(xué)是否滿意。以問卷的形式發(fā)給學(xué)生，進行授課滿意度調(diào)研，問卷發(fā)出127份，收回118份。

從統(tǒng)計結(jié)果圖1可以看出，教學(xué)創(chuàng)新成果受到學(xué)生一致好評，平均滿意度達到94.48%，在調(diào)研的8個問題中問題8、問題2、問題4相對占比較大，分別為13.1%、12.8%、12.7%(見圖1)，說明學(xué)生對該教學(xué)改革總體較為滿意，特別是課程思政的融入和“課前回顧—導(dǎo)入階段—提出問題—理論推導(dǎo)—回顧與總結(jié)”的教學(xué)方法。

圖1 滿意度調(diào)研對比圖

從2020年開始進行教學(xué)改革后，學(xué)生的成績發(fā)生了大幅度變化。不及格率由2019年的55.46%下降到2020年的16.86%再到2021年的16.82%，良好率從17.64%上升到39.75%再到41.12%，優(yōu)秀率則從9.24%上升到13.25%再到14.95%。不難發(fā)現(xiàn)通過教學(xué)改革大大降低了不及格率，有效提高了課程的通過率，同時大部分學(xué)生的成績都有了提高，良好人數(shù)增多(見圖2)。

圖2 2019-2021年學(xué)生成績對比圖

5 結(jié)語

通過以應(yīng)用型高校為背景，以材料力學(xué)教學(xué)過程中出現(xiàn)的普遍問題為出發(fā)點，遵循“新工科”人才培養(yǎng)模式。通過一名高校教師的思考與實踐，從課程教學(xué)和課程思政兩方面詳細闡述了對于材料力學(xué)這門課程的創(chuàng)新性改革具體方案，同時對改革創(chuàng)新成果加以總結(jié)；對同類院校土木工程專業(yè)材料力學(xué)課程的教學(xué)改革有重要的借鑒意義。其次，為了提高學(xué)習的便捷性，在今后的教學(xué)過程中還需要繼續(xù)擴充和完善微課程的建設(shè)。