材料力学金课建设的改革研究

材料力学金课建设的改革研究

闫铂 温永钦

吉林建筑大学土木工程学院 长春 130118

摘要：本文以材料力学课程为例，分析了传统教学过程中存在问题，从教学内容、教学方式、教学评价等方面论述了一流本科课程建设过程中如何打造材料力学金课，为其他课程的金课建设提供参考。

关键词：材料力学；金课；教学改革

Research on the Reform of Material Mechanics Gold Course Construction

Yan Bo, Wen yongqin

College of Civil Engineering, Jilin Jianzhu University, changchun, 130118

Abstract: Taking the course of material mechanics as an example, this paper analyzes the problems existing in the traditional teaching process, and discusses how to create a gold course of material mechanics in the construction of first-class undergraduate courses from the aspects of teaching content, teaching methods and teaching evaluation, so as to provide reference for the construction of other courses.

Key words: Mechanics of materials. Gold lesson. Teaching reform

1 引言

材料力学课程是面向土木类、交通类、机械类、材料类等工科类本科生开设的一门专业基础必修课。它为工程结构设计提供了有关强度、刚度和稳定性计算的理论依据，为学生获得解决复杂问题的能力具有重要的作用。在一流本科课程建设（也称“金课”）过程中，新的教学理念和教学方法不断涌现，“以学生为中心”的材料力学课堂发生了深刻变革，传统的教学内容、教学方法、教学手段都难以满足教学改革和创新型人才培养目标的要求。因此，如何去“水”添“金”，是材料力学课程无法回避的问题。

2 材料力学教学中存在的问题

材料力学课程的特点是公式多、理论性强、力学模型抽象、工程应用较难、学生参与度低^[1-2]，教学重点集中在对概念的理解和公式的运用，忽视了课程的应用性以及难以与工程实践密切联系，与培养学生创新意识和工程思维能力和“金课”建设的内涵存在很大差距。目前，材料力学课程面临的具体问题主要集中在以下几个方面。

（1）教学内容深度不够

目前，一些专业在调整培养方案时，大量压缩了材料力学课程的授课学时，造成学时不足与教学内容过多的矛盾。为了解决这样的矛盾，授课教师只能讲授最基本的教学内容，无法保证知识内容的深度，不能满足高阶性、创新性、挑战度等要求。

（2）教学形式不科学

材料力学课程内容理论性强、比较抽象，教学重点主要集中在对概念的讲解和公式推导与应用上。在课堂教学中，主要以讲题、做题为主要方式。学生以识记、理解等低阶认知目标为主，缺少应用、探究、批判、创新等高阶认知目标。学生只会做题，缺少工程概念的理解，不清楚做题与工程实际的内在联系。

（3）教学评价体系不合理

在传统教学模式下，期末考试只是完成了课堂学习成效评价。考试题型经年不变，学生根据历年考题进行押题，也能考出好的成绩，无法如实反映学生真实的学习情况，更不能对下一轮教学提供反思和改进。

3 金课背景下材料力学的改革措施

为了解决以上问题，打造具有“两性一度”的材料力学金课，需要转变传统的教学观念，从教学内容、教学方法和教学评价体系等方面进行改革。

（1）教学内容改革

基于成果导向的教育理念，以课程目标、毕业要求和培养目标为导向反向设计材料力学的教学内容，重组材料力学的知识模块。在基本概念讲解时要抓住问题本质，注重知识之间的逻辑关系，对重点和难点内容进行详细讲解。对简单的教学内容可以让学生自主学习，教师只进行答疑。围绕教学目标，增加课程难度、拓展课程深度，教学内容中还可以引入周培源力学竞赛以及考研题的部分内容，增加学生对材料力学基本知识的理解。增加材料力学发展史和课程思政元素，有利于培养兴趣，增强科学素养，有利于人格塑造和价值引领。结合教师的研究背景和科研课题介绍当前国际学术界的研究动态，有利于开拓学生知识视野，培养学生创新意识，提高课程的高阶性。根据材料力学教材中的问题和结论，如应力集中、三杆桁架超静定问题、压杆稳定特征值屈曲分析问题，使用工程软件如ANSYS、MATLAB将抽象的力学概念，直观形象地展示出来，便于同学们理解，并且通过软件对所学的理论加以验证，既能提高学生的兴趣，又能使学生掌握软件的使用。

（2）教学形式改革

由于疫情的影响，2020年春季学期，多数高校都采用了线上教学模式。超星学习通、智慧树、中国大学MOOC等平台提供了丰富多样的教学资源。通过课前发布学习资料和布置学习任务，指导学生完成预习，培养学生的自主学习能力，通过学生反馈，实时了解学生的学习难点，及时调整教学方案并答疑。教学实践表明，智慧教学平台可以大大提升学生的主动学习热情，强化教学过程中的学生参与度，确保以学生发展为中心的教学过程。

基于问题的启发式教学是培养学生创新能力的有效途径。如在材料力学教学过程中提出一个适合学生难度的问题后，让学生们进行讨论，在充分交流的基础上回答，对于一些有难度的问题，教师在自己解答的过程中，同学也可以对照发现是哪个环节的哪个方面遇到了困难，应该怎么解决。这样的方式学生是主动思考，能很好地激发学生的学习欲，调动积极性，提高自己努力解决问题，增加了自信；由此让材料力学课程成为具有深度、高度的金课。

引入结构设计竞赛活动，让学生使用给定的材料，设计并制作一个简单结构，并通过加载实验测试模型的承载能力。学生通过制作构件，感受结构的受力和传力规律，借助有限元软件进行力学分析，通过实验设备进行加载破坏，加深学生对材料力学理论的理解，培养学生解决实际问题的能力和创新能力。

（3）教学评价改革

在教学评价方面应制定灵活的评价方式，适当降低期末笔试的分值比例，通过增加“非笔试”环节在考评中的比重，激发学生创新与实践热情。例如，由学生根据个人能力和兴趣爱好选择课程试验、课堂讨论、反转课堂、模型制作、研究论文、力学竞赛等形式获得较高的平时成绩。此外，在新的考评机制中应强调学生的主体作用，注重以产出为导向的教学评价机制的持续改进，不断提高教学效果对培养目标的达成度。

4 结语

材料力学是工科专业的重要专业基础课程，地位举足轻重。建设材料力学金课，应树立“以学为中心”的教学理念，强化结果导向，深化教学内容、教学形式、教学评价体改革，打造“两性一度”的课程。

参考文献

[1] 李霄琳,周立明.“金课”视角下基于翻转课堂的《材料力学》课程教学改革与实践[J].科技视界,2019,274(16):162-163.

[2] 陈云信,夏燕.材料力学金课建设探索与实践[J],安徽建筑,2021,06:101-102.

作者简介：闫铂，出生于1980年，男，理学博士，副教授，主要从事复杂系统的数值模拟研究。

温永钦，出生于1975年，女，工学博士，副教授，主要从事混凝土耐久性研究。

基金项目：2019年度中国建设教育协会教育教学科研立项课题（2019122、2019121）