杜金龍 饒秋華 劉靜

摘 要 為應(yīng)對新工科建設(shè)要求，打造材料力學(xué)一流課程，需要樹立“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念，通過強(qiáng)化目標(biāo)導(dǎo)向，開展逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，重塑教學(xué)內(nèi)容，實(shí)行混合式教學(xué)模式，開展差異化教學(xué)，采用基于案例的啟發(fā)式教學(xué)法，加強(qiáng)過程考核，改革評價(jià)體系，從而強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)改革實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣顯著提高，自主學(xué)習(xí)能力和解決復(fù)雜問題的能力普遍增強(qiáng)，目標(biāo)達(dá)成度明顯提升，取得了較好的改革成效。對同類課程教育教學(xué)改革具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 新工科 教學(xué)改革 材料力學(xué)

中圖分類號(hào)：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.030

Abstract In order to meet the requirements of emerging engineering education construction and create a first-class course of mechanics of materials， it is necessary to establish the teaching concept of "student as the center"， strengthen the goal orientation， carry out the reverse teaching design， reshape the teaching content， implement the blended learning mode， carry out the differentiated teaching， adopt the heuristic teaching method based on cases， strengthen the process assessment， and reform the evaluation system， so as to strengthen the classroom teaching effect， improve the quality of teaching. The practice of teaching reform shows that students' interest in learning has been significantly improved， their ability of autonomous learning and solving complex problems has been generally enhanced， and the degree of goal achievement has been significantly improved， which has achieved good reform results. It can be used for reference in the teaching reform of similar courses.

Keywords emerging engineering education; teaching reform; mechanics of materials

為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，教育部自2017年以來推進(jìn)新工科建設(shè)，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式。[1]開展新工科建設(shè)，要求在高等學(xué)校課程建設(shè)與改革方面，把培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力擺在首位，在教學(xué)中努力實(shí)現(xiàn)高階目標(biāo)，將知識(shí)、能力、素質(zhì)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力。

材料力學(xué)是土木、機(jī)械、航空航天等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)計(jì)劃中占有重要地位。在新工科建設(shè)背景下，為培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代要求的創(chuàng)新人才，需要對課程進(jìn)行創(chuàng)新和改革。

1 主要問題

1.1學(xué)習(xí)深度不夠

目前一些專業(yè)在調(diào)整教學(xué)計(jì)劃時(shí)，不同程度的壓縮了材料力學(xué)課程的教學(xué)學(xué)時(shí)，造成學(xué)時(shí)不足與教學(xué)內(nèi)容過多，要求過高的矛盾，教學(xué)中知識(shí)內(nèi)容的深度無法保證。

1.2教學(xué)方法不科學(xué)

講授為主，缺乏互動(dòng)。教學(xué)重點(diǎn)主要集中在對概念的講解和公式的應(yīng)用上，忽視對實(shí)際工程問題的分析和求解。教學(xué)活動(dòng)單一，主要以講題、做題為主要方式。目標(biāo)低階，以識(shí)記、理解為主，缺少應(yīng)用、探究、批判、創(chuàng)新等高階認(rèn)知目標(biāo)。理論聯(lián)系實(shí)際不夠，造成學(xué)生只會(huì)做題卻沒有工程概念，不清楚力學(xué)模型是如何來的，做題和解決實(shí)際工程問題有什么聯(lián)系等。缺乏對學(xué)生工程思維和批判思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3學(xué)習(xí)評價(jià)不合理

評價(jià)是學(xué)習(xí)的指揮棒，好的評價(jià)應(yīng)以促進(jìn)學(xué)習(xí)為標(biāo)準(zhǔn)。但傳統(tǒng)教學(xué)模式下，過多注重總結(jié)性評價(jià)，而忽視過程性評價(jià)。即便有過程性評價(jià)，其評價(jià)指標(biāo)也不合理，量化程度不夠，缺乏有效監(jiān)督，無法反饋學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況，更不能對過程學(xué)習(xí)提供建議和指導(dǎo)。

2 改革措施與實(shí)踐

針對存在的問題，為能達(dá)到新工科和“金課”建設(shè)的要求，[2]確定如下課程教學(xué)改革實(shí)施的總體思路：基于混合式教學(xué)理論，輔助利用信息化教學(xué)手段，開展“以學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展為中心”的課程教學(xué)改革。

2.1 轉(zhuǎn)變理念，由“教師教”為中心轉(zhuǎn)向“學(xué)生學(xué)”為中心

“教師教”強(qiáng)調(diào)從為什么教，教什么，如何教等問題去設(shè)計(jì)教學(xué)，主要圍繞課本內(nèi)容展開教學(xué)。忽視學(xué)情分析、學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)方式對教學(xué)效果的影響，不考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和反饋。隨著高等教育進(jìn)入普及化階段，由于學(xué)生學(xué)習(xí)方式的多元化，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的差異化，學(xué)習(xí)需求的個(gè)性化，學(xué)習(xí)目標(biāo)的多樣化，學(xué)習(xí)成效的兩極化，使得“以教為中心”已不適應(yīng)提高教學(xué)質(zhì)量的要求。教育部建設(shè)一流課程，打造“金課”，其核心是“兩性一度”，[3]基礎(chǔ)是轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，即從“以教為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)為中心”。[4]“以學(xué)為中心” 不是呵護(hù)、順從、包辦，變成學(xué)生的“保姆”，而是把教學(xué)重心放在學(xué)習(xí)效果和學(xué)生發(fā)展上，使學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成效達(dá)成一致，在師生構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體的基礎(chǔ)上，教師成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，推動(dòng)者和賦能者。

2.2 構(gòu)建線上智慧教學(xué)平臺(tái)，提供豐富資源，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)

基于超星學(xué)習(xí)通建設(shè)了材料力學(xué)智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)，通過提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源，方便學(xué)生隨時(shí)、隨地進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)。通過信息化學(xué)習(xí)平臺(tái)，開展線上線下融合的混合式教學(xué)。課前發(fā)布導(dǎo)學(xué)資料和學(xué)習(xí)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，通過學(xué)生反饋，了解學(xué)生實(shí)時(shí)的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方案。與課程教材配套的課前導(dǎo)學(xué)資料包括：教學(xué)PPT，教學(xué)視頻（MOOC平臺(tái)）、各學(xué)習(xí)小節(jié)的知識(shí)體系、學(xué)習(xí)方法建議、問題導(dǎo)學(xué)、解題指導(dǎo)、討論問題、課前測試題目等;課堂教學(xué)過程中通過“超星學(xué)習(xí)通”APP開展各種活動(dòng)，包括簽到、選人、搶答、主題討論、評分、問卷、課堂測試等。可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生對課堂教學(xué)的掌握情況，以便有針對性地進(jìn)行集體解答或個(gè)性化輔導(dǎo)。課后通過“學(xué)習(xí)通”布置作業(yè)，發(fā)布拓展學(xué)習(xí)資料。根據(jù)課程大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)反饋教學(xué)效果和評估學(xué)生學(xué)習(xí)情況，收集學(xué)生的建議，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，利用“學(xué)習(xí)通”在線平臺(tái)，可實(shí)時(shí)答疑，也為師生互動(dòng)、生生互動(dòng)提供了快捷、方便的渠道。教學(xué)實(shí)踐表明，基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的智慧教學(xué)APP在教學(xué)過程中的應(yīng)用，可以大大提升學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，強(qiáng)化教學(xué)過程中的學(xué)生參與度，確保以學(xué)生發(fā)展為中心的教與學(xué)。

2.3 開展差異化、分層次教學(xué)，解決學(xué)習(xí)預(yù)期多樣化問題

將學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)任務(wù)和作業(yè)要求按基礎(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)、提高設(shè)置三個(gè)層次，學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的層次，通過目標(biāo)的設(shè)定，以闖關(guān)的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自我效能感。在滿足基本教學(xué)要求的基礎(chǔ)上，對于學(xué)有余力，對未來持較高期望的學(xué)生適當(dāng)進(jìn)行“拔高”教學(xué)。而對基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)跟不上教學(xué)進(jìn)度，學(xué)習(xí)期望不高的學(xué)生，在教學(xué)中適當(dāng)降低難度，通過針對性輔導(dǎo)、答疑幫助他們樹立信心，找到正確的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)成績。

2.4 加強(qiáng)目標(biāo)導(dǎo)向，完善教學(xué)設(shè)計(jì)

課程目標(biāo)應(yīng)貫穿教學(xué)全過程，且能對畢業(yè)要求起到支撐作用。[5]材料力學(xué)課程目標(biāo)包括：（1）知識(shí)目標(biāo)。掌握材料力學(xué)的基本概念、基本公式、基本方法。（2）能力目標(biāo)。掌握最基本的分析方法，培養(yǎng)建立力學(xué)模型的能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。（3）素養(yǎng)與課程思政目標(biāo)。培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑，交流溝通，團(tuán)隊(duì)合作、自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。培養(yǎng)學(xué)生具有初步的科學(xué)研究觀和正確的工程倫理素養(yǎng)。根據(jù)布魯姆認(rèn)知理論，[6]目標(biāo)（1）屬于低階目標(biāo)，目標(biāo)（2）、（3）屬于高階目標(biāo)。新工科建設(shè)背景下應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)對高階目標(biāo)能力的培養(yǎng)。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)和課程目標(biāo)一致，且應(yīng)清晰、可量測。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，改變傳統(tǒng)的依據(jù)課本內(nèi)容而忽視教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的做法，采用先確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，然后確定教學(xué)過程，最后確定教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評價(jià)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)。[7]凸顯以學(xué)生為中心，目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)理念。

2.5 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)難點(diǎn)，促進(jìn)高階目標(biāo)達(dá)成

根據(jù)混合式教學(xué)的要求，設(shè)置30%左右的教學(xué)內(nèi)容完全由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師只進(jìn)行答疑。其他內(nèi)容課堂教學(xué)時(shí)也僅對重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講授。教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)體現(xiàn)了“突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)”的基本原則。讓更多的教學(xué)時(shí)間用于開展討論，案例分析，課堂測試，練習(xí)等活動(dòng)，提高學(xué)生分析實(shí)際問題的能力、批判思維能力和創(chuàng)新的能力。 此外，圍繞教學(xué)目標(biāo)和拓展學(xué)習(xí)的需要，教學(xué)內(nèi)容中還加入了一些課本上沒有的內(nèi)容，對于增加課程難度、拓展課程深度，積極推進(jìn)課程內(nèi)容更新起到了積極的作用。（1）融入大量實(shí)際工程案例。通過生活中和工程上具體案例的講解，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)也有利于對課本基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握;（2）增加材料力學(xué)發(fā)展史和著名力學(xué)學(xué)者介紹等人文內(nèi)容。第一，有利于培養(yǎng)興趣，增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)，加深對課程知識(shí)體系的認(rèn)識(shí);第二，這部分增加內(nèi)容成為很好的課程思政輔助內(nèi)容，有利于價(jià)值塑造和引領(lǐng);（3）增加課程相關(guān)的科學(xué)前沿內(nèi)容。比如教學(xué)中介紹有限元求解材料力學(xué)問題的內(nèi)容，簡單介紹常用的有限元商業(yè)軟件，如ANSYS、ABAQUS等，介紹利用MATLAB、EXCEL VBA求解材料力學(xué)的方法;介紹非線性材料力學(xué)的部分內(nèi)容，介紹材料力學(xué)在復(fù)合材料力學(xué)中的應(yīng)用等?？茖W(xué)前沿內(nèi)容的介紹有利于拓展學(xué)生知識(shí)視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

2.6 開展基于工程案例和問題的啟發(fā)式教學(xué)

教學(xué)中，通過引入大量工程案例進(jìn)行分析和討論，啟發(fā)學(xué)生對工程問題本質(zhì)的理解，學(xué)會(huì)正確的工程問題力學(xué)建模方法。比如，講授“壓桿穩(wěn)定”時(shí)，設(shè)計(jì)了這樣的案例：“為什么一根細(xì)長金屬桿所受的最大應(yīng)力沒有超過強(qiáng)度許用應(yīng)力，卻破壞了？如何解釋這種現(xiàn)象？”在“動(dòng)荷載”教學(xué)中，引入了“九江大橋受貨船撞擊破壞的工程案例。讓學(xué)生思考沖擊動(dòng)荷作用下的結(jié)構(gòu)安全問題”等等，既激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，又使學(xué)生盡快明確學(xué)習(xí)目的。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合課程內(nèi)容，由淺入深，層層遞進(jìn)地分析并解決這些與材料力學(xué)相關(guān)的實(shí)際案例，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。[8]通過對實(shí)際問題的演算，掌握了工程結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的承載能力分析的計(jì)算方法，培養(yǎng)了在工程設(shè)計(jì)中有關(guān)力學(xué)方面的分析計(jì)算能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)推理、嚴(yán)密的邏輯思維、正確的工程問題表達(dá)能力。通過啟發(fā)、引導(dǎo)式教學(xué)，在力學(xué)與工程實(shí)際問題的結(jié)合中培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)，提高了分析問題和解決問題的能力。

2.7 加強(qiáng)過程評價(jià)，健全評價(jià)體系

改革教學(xué)評價(jià)方式，強(qiáng)化過程考核，建立了科學(xué)、客觀的學(xué)習(xí)激勵(lì)和成績評價(jià)體系。

成績評定標(biāo)準(zhǔn)為：總評成績=過程成績（40%）+期末考試（60%）。

期末成績按百分計(jì)，采用閉卷筆試的方式，題型為案例分析計(jì)算題，題量為6-7題，考試時(shí)間為100分鐘。

過程成績按百分計(jì)，由學(xué)生的預(yù)習(xí)任務(wù)完成情況，作業(yè)、學(xué)習(xí)討論、課前測試、課堂測試、資料閱讀情況、階段學(xué)習(xí)考試、教學(xué)視頻觀看學(xué)習(xí)等多方面綜合測評構(gòu)成，并對表現(xiàn)突出者給予適當(dāng)加分。

學(xué)習(xí)過程評價(jià)還包括繪制思維導(dǎo)圖，錄制題目講解視頻，課堂講解表達(dá)能力，小組協(xié)作完成任務(wù)，撰寫小論文等綜合能力的考核。評價(jià)方式可以是教師評價(jià)，學(xué)生自評以及生生互評。過程學(xué)習(xí)考核均通過“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)記錄完成，從而做到學(xué)習(xí)評價(jià)的客觀、公正、可量、可測。

3 改革成效

材料力學(xué)教學(xué)改革實(shí)踐表明，學(xué)生到課率高，課堂聽講認(rèn)真，互動(dòng)積極，參與度高，思維較活躍，能夠做到應(yīng)答積極，具有較高的求知欲和專注度。（1）通過改進(jìn)教學(xué)方法增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)習(xí)效率;（2）課堂吸引力提高，課堂教學(xué)出勤率高（95%以上）;（3）作業(yè)完成情況較好，能夠保證在規(guī)定時(shí)間保質(zhì)保量完成并提交作業(yè);（4）主動(dòng)參與課堂和課后學(xué)習(xí)、討論的情況較好，能夠積極完成布置的拓展閱讀任務(wù)，能夠積極思考問題，提出問題，參與問題討論;（5）學(xué)生批判思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力顯著提升。具體表現(xiàn)在通過開展開放式、討論式教學(xué)，學(xué)生表現(xiàn)出對很多問題強(qiáng)烈的探究精神。對于一些問題的求解能夠勇于提出自己的見解，批判性的去討論和分析問題。同時(shí)，對所學(xué)理論內(nèi)容能密切聯(lián)系實(shí)際，積極思考理論是如何求解實(shí)際問題的，不斷提高解決實(shí)際工程問題的能力。

4結(jié)語

新工科背景下，應(yīng)樹立“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念，強(qiáng)化目標(biāo)（結(jié)果）導(dǎo)向，重塑教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，改革評價(jià)體系。教學(xué)中做到細(xì)化學(xué)習(xí)任務(wù)，確保作業(yè)質(zhì)量;師生有效互動(dòng)，疑問及時(shí)解決;問題導(dǎo)向?yàn)楸?，密切?lián)系實(shí)際;注重過程考核，評價(jià)體系合理。從而有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提升課程挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

基金項(xiàng)目：中南大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2020jy065-2）;湖南省普通高等學(xué)校課程思政建設(shè)研究項(xiàng)目（HNKCSZ- 2020-0050 ）

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