“金課”視角下基于翻轉課堂的《材料力學》課程教學改革與實踐

李霄琳　周立明

【摘 要】基于教育部提出的避免"水課"、打造"金課"的新要求，對《材料力學》課程進行了教學改革，主要包括：前沿性、時代性教學內容和先進性、互動性教學形式的設計;學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維的培養以及多元化考核評價體系的建立。通過以上措施，打造“兩性一度”的《材料力學》課程。

【關鍵詞】材料力學;翻轉課堂;教學改革

中圖分類號： O341-4;G434 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0156-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.067

Teaching Reform and Practice of "Mechanics of Materials"Course Based on Flipped

Classroom Aiming at"Gold Lessons"

LI Xiao-lin1 ZHOU Li-ming1，2

（1.College of construction engineering，jilin university，Changchun Jilin 130026，China;

2.School of mechanical and aerospace engineering， jilin university，Changchun Jilin 130026，China

【Abstract】Based on the Ministry of Education's new requirements of avoiding"water lessons"and creating"gold lessons"，the teaching reform of"Mechanics of Materials"was carried out，mainly including：the design of cutting-edge and contemporary teaching contents and advanced and interactive teaching forms;Students' comprehensive ability to solve complex problems，cultivation of advanced thinking and establishment of diversified assessment and evaluation system. ?Through the above measures，we will create a "advanced、creationary and challenging"course of"Mechanics of Materials".

【Key words】Mechanics of Materials;Flipped Classroom;Teaching Reform

2018 年8月，教育部印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》提出“各高校要全面梳理各門課程的教學內容，要提升大學生的學業挑戰度，合理增加課程難度，拓展課程深度，擴大課程的可選擇性，淘汰‘水課、打造具有高階性、創新性和挑戰度（兩性一度）的‘金課”。

材料力學課程作為一門面向機械類、土木類、交通類、材料類等工科類本科生開設的專業基礎必修課。它為工程設計提供了有關強度、剛度和穩定性計算的理論和方法，與工程實際聯系緊密，構筑了作為工程技術根基的力學知識體系結構，是奠定學生基礎力學知識與工程專業技能的重要課程。一直以來材料力學課程作為大面積專業基礎課，多實行以教師講授為主的“滿堂灌”、“填鴨式”大班授課模式，課堂內容重經典、缺乏時代性，教學方法重理論、缺乏實踐性，學生被動接受知識，缺乏學習主動性和創新意識。顯然這樣的授課模式與打造“金課”的目標背道而馳，因此實施材料力學課程的教學改革已經是迫在眉睫的事情。

此外隨著“翻轉課堂”“慕課”“微課”等新型教學模式的涌現，目前已經有很多高校開展了相應的教學實踐[1-3]，其中翻轉課堂教學模式從2012年起被國內教育工作者認識并逐步被接受，目前已經成為教師們認同和喜愛的教學方式之一。而且經過多年多校翻轉課堂的教學實踐[4-6]，證實了翻轉課堂是激發學生學習興趣、實現創新型人才培養目標的一個有效授課手段。此外翻轉課堂的實施，拓展了學生學習的時間和空間，學生可以在課前通過教師提供的學習資源完成部分知識點的自學，由此給教師提供了充足的課內時間為學生們介紹前沿性、時代性的教學內容，開展多樣的課程實踐和研討課，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。為此我校建設工程學院材料力學教研組開展了小班授課環境下材料力學翻轉課堂的教學改革，使課堂教學從傳統“靜態的、被動的、個人的、接受式的”以“教為中心”的教學范式走向“互動的、參與的、合作的、探究的”以“學為中心”的新范式。

1 前沿性、時代性的教學內容

在授課過程中引入周培源力學競賽的部分內容，提高課程的深度，加深學生對材料力學基本知識的理解;在授課過程中引入與材料力學課程知識相關的國內外最新研究動態并結合自己的科研課題向同學介紹當前國際學術界的研究前沿，提高課程的高度;將實際工程案例引入課程，引導學生利用所學的材料力學知識對實際工程問題進行分析，提高課程的廣度，由此打造具有深度、高度、廣度和前沿性、時代性的材料力學課程。

2 先進性、互動性的教學形式

2.1 材料力學網絡教學平臺的搭建

當今的大學生大多是互聯網時代的原住民，他們對于新鮮事物的接受能力很強，對于圖形、視頻等的接受程度很高，而對于傳統教材卻難以專心閱讀和學習。因此，在材料力學授課過程中選擇了部分知識點進行翻轉，錄制微視頻上傳至教學平臺供學生課前學習，由此不僅鍛煉了學生的自主學習能力而且節省了課堂教學的時間。此外在教學平臺上還提供了便于學生拓展知識面的資源、豐富的思考題、練習題等，供學生參考學習或自主測試，組織在線測驗等。構建“個體自學、同伴助學、網絡拓學、實踐研學、展示互學和教師導學”的材料力學翻轉課堂教學新模式，打造以學生為中心的課堂。

2.2 “學習通”等軟件的應用

在材料力學授課過程中利用了超星學習通的簽到功能，節省了學生出勤考核的時間。設計眾答、搶答和小測驗等環節，讓學生及時了解自己掌握知識的情況及班上的成績排名，老師也可以及時了解學生的學習情況，便于教學方式的設計。此外在研討課環節利用分組任務的模塊功能，便于統計小組成員的平時成績。

2.3 材料力學研討課的開展

在材料力學授課過程中引入一些研討課，目的是為了給學生們創造在合作環境下進行研究型學習的機會，使學生體驗探索式的學習方式，激發學生探求知識的興趣。研討課具體實施時采用小班式、分主題、研討式教學模式。課程主要包括：研討內容設計、學生課前查閱資料、課堂展示、課后撰寫報告、評定成績五個環節，其中研討內容的設計是研討課效果好壞的關鍵，愛因斯坦曾經說過：“興趣是最好的老師。”因此，我們的教學團隊在設計研討內容時依據積累的科研和教學經驗，結合課程培養目標和學情，精心設計能夠激發學生興趣，觸動學生思維神經的研討主題，主要分為工程型、科學前沿型、軟件應用型等類型，其中工程型是為了提高學生們對實際結構的抽象建模能力，以研討課的形式發布任務讓同學們分組用手機拍攝身邊可以用材料力學知識分析的結構，繪制計算簡圖，分析結構的受力和變形特征。軟件應用型是為了激發學生利用軟件對復雜工程問題進行力學分析的興趣，讓同學們通過查閱資料，介紹自己感興趣的一種或幾種數值模擬軟件。科學前沿型是為了使學生了解學科前沿，拓寬學術視野，同樣以研討課的形式發布任務讓同學們分組搜集新材料的相關資料，了解新材料的力學性能和應用領域，并在課上分享給大家。

3 解決復雜問題的綜合能力和高級思維的培養

3.1 數值模擬軟件操作實踐

隨著計算機軟硬件技術的迅猛發展，給工程分析，科學研究都帶來了急劇革命性的變化，引導學生學習數值模擬軟件，能夠利用軟件對工程問題進行數值計算，這是當前時代對工程科技人才提出的新要求，為此在授課過程中向學生介紹數值模擬軟件ansys的基本操作以及如何利用軟件對材料力學問題及工程問題進行模擬分析。借助軟件將抽象的力學概念，直觀形象地展示出來，便于同學們理解，并且通過軟件對所學的理論加以驗證，在此基礎上結合自己的科研課題介紹復雜工程問題的數值求解過程，培養學生利用軟件解決實際工程問題的能力。

3.2 結構設計力學實踐活動

利用學習通發布任務，讓學生使用發放的指定材料，設計并制作一個簡單結構，并通過加載實驗測試模型的承載能力。學生在利用所學的材料力學理論知識的基礎上，可以借助CAD軟件進行快速建模，利用ansys軟件進行力學分析，此外還可以利用材料力學課程實驗的實驗設備和實驗方法對材料的力學性能進行實驗測試，由此不僅通過實踐加深了學生對材料力學理論的理解，而且培養了學生利用軟件解決實際問題的能力和創新能力。

4 即時診斷

在翻轉課堂授課過程中要經常對學生的知識點掌握情況進行診斷，如果學生自主學習部分的知識點掌握地不好就在課堂上對此部分知識進行講解，即時診斷的方式可以采用在線測驗、問卷調查等方式。

5 課程考核

在材料力學的課程考核方面遵循“重視基礎，挖掘深度，激發智慧”的原則，提高傳統課程考核的難度，對最終成績進行設計，分成五個部分，包括：期末考試，材料力學試驗，線上自主學習表現，實踐課、研討課表現，作業綜合評定。主要考核學生靈活運用基本概念和基本理論的能力，分析和解決問題的綜合能力以及創新思維能力。

6 結語

材料力學的課程改革是一個持續的探索過程，構建以學生為主體，以教師為主導，以傳授知識為中心，以解決問題為目的，以創新實踐為特點的課堂;培養學生主動獲取知識，靈活運用知識，解決實際問題的能力;旨在通過教學與研究、教學與實踐、教學與創新的結合，培養具有創新精神和實踐能力的創新型科技人才。在教學內容上堅持“力學知識與工程案例、動手實踐相結合”和“興趣與挑戰相結合”，在教學設計上堅持“先進技術與多元混合教學模式相結合”，在教學過程中堅持“啟發引導和師生互動相結合”，由此打造“兩性一度”的材料力學課程。

【參考文獻】

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[3]馬天魁.互聯網時代的新型教育模式變革探究[J].大學教育，2016年第5期：48-49.

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[6]譚寧，吳瑩，伍曉紅，等.大班授課環境下理論力學翻轉課堂的實踐[J].大學教育，2019年第4期：18-20.