基于案例驅動式材料力學課程教學的探索與實踐

林紅+楊蕾+鈕瑞艷

摘要：材料力學是一門理論與實際緊密結合的專業基礎課，為提高學生的學習興趣，拓展學習的深度和廣度，采用案例驅動式的教學。在課堂上結合工程案例講解，并鼓勵學生獨立思考、自主建立力學模型，進一步通過分組合作完成案例的分析，并提出解決方案。這種教學模式以“研究性的學”代替“傳統式的教”，有助于學生的理論與實踐有機結合。

關鍵詞：材料力學；工程案例；研究性教學；學生為中心

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0167-02

材料力學是一門理論與實際緊密結合的專業基礎課，重在培養學生對工程設計中強度、剛度、穩定性問題的分析能力。在傳統教學模式中，學生的學習以被動式為主，缺少分析討論、綜合概括、質疑發現等主動式的學習訓練環節。另外，盡管材料力學課程內容本身與實際工程緊密相連，但學生不了解如何將實際工程問題抽象為力學模型和定解條件。因此，為了更好地培養學生的創新思想和創新能力，提高學生應用材料力學知識解決實際工程問題的水平，我們對傳統教學方法加以革新和突破，探索案例驅動式的研究性教學模式在材料力學課程教學中的應用。

一、案例驅動式的教學理念及改革路線

案例驅動式的研究性教學是一種教與學相互統一、相互提高的過程。這種教學方法借助案例材料提供的信息，學生在教師的組織引導下，運用所掌握的基本理論來探究案例問題、提出解決方案。我們的教學理念包括：以學生為主體，以案例為教學載體，以多種教學模式為手段，以“研究性的學”代替“傳統式的教”。

基于此，我們建立了如下的改革路線圖，具體包括：（1）每章課程開始之前，引入適合課程教學的具有前沿性、基礎性與交叉性的工程案例問題；（2）在研究性教學過程中，引導學生獨立思考、自主建立力學模型；（3）課后，結合網絡學習與團隊學習等新的教學形式，激發學生的學習熱情，擴展課外的自主學習空間；（4）課程結束時，用教學的全程考核來評定學生最終的課程成績；（5）項目執行中，由組成員分工聽課、發放調查問卷，對新型教學模式進行監控，必要時進行適當調整。

二、案例驅動教學的新舉措

1.教學思路上，由傳統的“知識點講解型”轉變為“案例驅動型”，從而將實際生活及工程實踐中的材料力學問題融入學習中。如：講拉壓靜不定時，引入“三個和尚沒水吃”的寓言；在講截面的幾何性質時，結合古代“七根筷子”的故事；在講動應力的概念時，引入飛針穿玻璃的例子；在講解提高彎曲強度的措施時，結合橋式起重機改造和家庭用晾衣架的設計；在講壓桿失穩時，結合了腳手架倒塌和海洋石油平臺失效等工程事故的案例等。通過案例驅動的教學，極大地提高了學生的學習興趣，拓展了學習的深度和廣度。

2.教學方法上，堅持啟發式、參與式教學。根據具體情況有針對性地、循序漸進地提出問題，如：在講軸向拉壓桿橫截面上的應力時，首先提示學生關鍵是正應力的分布；又提示應力看不見摸不著，學生可以想到分析“變形”，因此進行變形規律試驗，且由表及里需要“平面假設”；進一步提示需要“應力—應變”的胡克定律獲得應力分布規律；隨后，由靜平衡方程，推出正應力公式；當然，最后還需要學生考慮這個計算公式的適用條件，從而引出圣維南原理。這樣，學生會對這一部分內容很有興趣，并對知識的來龍去脈有了清晰的認識。同時，為節省出課時用于案例研究，教學內容上采用類比方法及框圖的方式歸納總結各部分間的關系。

3.在教學形式上，選取一些具有承前啟后性質的章節，進行翻轉課堂教學，這個過程中學生之間可以互相質疑、糾錯、指正。同時，案例教學過程中，將學生分成幾個學習小組，進行分工討論交流，并利用網絡學習資源查閱資料，提出案例問題的解決方案、進行數據分析，并最終撰寫總結報告、進行答辯。

4.課程結束時對學生進行了問卷調查，為進一步改進課程的教學積累了寶貴的資料。問卷設置問題包括：課程授課形式、教學重點難點內容、案例大作業難度、學生學習感受及意見和建議等方面。其中，關于“研究性大作業的設置頻率”，大部分同學認為合適的頻率為“每章一次”或“更少”。至于研究性學習過程中“最大的困難”，約10%的學生選擇“沒有時間完成討論題”，約17%的學生認為“不知道如何解決”，超過半數的同學選擇“不知道解決方案應該做到什么程度”，這表明大多數學生能夠及時掌握課堂授課知識，并能學以致用，同時也正反映出案例的開放性，另有約7%的學生認為是“其他困難”，包括“不知道如何表述自己的解決方案”“無法拓展思路”等。關于案例驅動式教學的“課堂效果”，接近3/4的學生認為“好”，學生評價研究性課堂不僅能夠提高他們的學習興趣和熱情，且增強了應用這門課的知識解決實際問題的能力。

三、結語

經過連續多個學期的改革實踐檢驗表明，這種教學模式能夠激發學生的學習積極性，拓寬學生的知識視野，增強學生的獨立思考能力和創新能力，因而取得了較好的課堂內外教學效果。通過在此提出兩點建議：（1）在教學過程中引入工程案例進行分析、討論，勢必占用課時，因此，為更好地保證教學效果，必須精心選取工程案例，同時合理劃分學時計劃；（2）為成功實現基于案例驅動的教學形式，需要重點研究如何對課程的期末總成績進行有效評價，尤其是各組案例大作業成績的給定，為保證在這一評價過程中做到公平、有效，我們認為需要多個案例大作業分階段考察，且每組人數限制在2—3人左右，并明確每個成員具體的貢獻。

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Exploration and Practice on the Teaching of Material Mechanics Based on Case Driven

LIN Hong1，YANG Lei2，NIU Rui-yan1

（1.College of Pipeline and Civil Engineering，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China；

2.College of Science，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China）

Abstract："Material mechanics" is a major basic course that closely integrating theory with practice. In order to improve students' learning interest，to expand the depth and breadth of learning，the case driven teaching is adopted. In the class，first introduce the project case，and then encourage students to think independently，to establish a mechanical model，and further through the analysis of the case of cooperation in groups，and at last they can put forward solutions. This kind of teaching mode use "research study" instead of "traditional teaching"，which will be helpful for students to combine theory with practice.

Key words：material mechanics；project cases；research-oriented teaching；student-centered