“結(jié)構(gòu)可靠性”課程混合式教學(xué)模式探索

蘇毅 任淑紅 方鵬亞 王瑤瑤

摘?要：本研究基于鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院面向飛行器質(zhì)量可靠性專業(yè)開設(shè)的一門重要的核心課程——結(jié)構(gòu)可靠性課程，對課程現(xiàn)狀、課程思政、考核方式等方面進(jìn)行分析研究，提出了以慕課和雨課堂建立學(xué)習(xí)平臺(tái)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重過程考核，引入課程思政等方面為導(dǎo)向的教學(xué)研究，以拓展學(xué)生的知識(shí)面和提高學(xué)生參與度為目標(biāo)，對課程進(jìn)行深入有效的探索研究，為培養(yǎng)學(xué)生成為復(fù)合型應(yīng)用人才服務(wù)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)可靠性;課程思政;學(xué)習(xí)平臺(tái);過程考核

結(jié)構(gòu)可靠性課程是鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院飛行器質(zhì)量與可靠性專業(yè)對大三學(xué)生開設(shè)的一門力學(xué)類核心課程，它和學(xué)生之前學(xué)的理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)這類傳統(tǒng)的力學(xué)課程有明顯不同，傳統(tǒng)的力學(xué)課程大都是基于確定性理論的，解決的都是工程實(shí)際中的平均行為，但是往往工程實(shí)際都具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)可靠性課程是對傳統(tǒng)力學(xué)課程的補(bǔ)充和拓展。通過這門課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生熟悉工程可靠性的知識(shí)，運(yùn)用專業(yè)的知識(shí)對工程結(jié)構(gòu)的破壞進(jìn)行評價(jià)和分析。

結(jié)構(gòu)可靠性課程公式繁雜，內(nèi)容抽象，原理較復(fù)雜。很多學(xué)校都是為研究生學(xué)生開設(shè)的，而可靠性專業(yè)因?qū)I(yè)需要為本科生開設(shè)。學(xué)生需要熟練掌握高等數(shù)學(xué)、概率論、材料力學(xué)等課程。這就對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有較高的要求，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為課程難度較大，逃避學(xué)習(xí)的情況比較嚴(yán)重。針對目前課程中存在的問題，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院在該課程上采用線上線下的混合式教學(xué)模式[1]，積極采取多種教學(xué)方法和手段[2]，完善改進(jìn)課程考核方式，恰當(dāng)?shù)匾胨颊逃瑥亩岣呓虒W(xué)質(zhì)量，進(jìn)而拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)維度，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用能力和思辨能力的培養(yǎng)。因此，為更好地服務(wù)于學(xué)生，通過教學(xué)改革和創(chuàng)新，適當(dāng)?shù)匾攵喾N教學(xué)方法和思政教學(xué)等多種教學(xué)手段[34]，是非常有必要的。

一、課程現(xiàn)狀分析

（一）授課對象學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的差異化

從近三年的授課情況來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差異化很大，基本上形成了兩極分化的情況。特別是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差的學(xué)生，由于之前先修課程學(xué)得不扎實(shí)，知識(shí)儲(chǔ)備不夠，在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)可靠性課程時(shí)候，接受新知識(shí)的能力差，老師在講授新課的時(shí)候，為了能夠更好地照顧這部分學(xué)生，不斷地重復(fù)復(fù)習(xí)欠缺的知識(shí)。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，覺得這樣上課學(xué)習(xí)效率不高，課堂的參與度不高，使得課堂氛圍比較沉悶。

（二）教學(xué)方法和考核方式單一

在近幾年的授課方式上，往往采用教師授課，學(xué)生接受的方式。雖然在講授的過程中，極力地和學(xué)生互動(dòng)，輔以習(xí)題課的方式，希望學(xué)生能參與到課堂學(xué)習(xí)互動(dòng)氛圍中，但學(xué)生的整體參與度不高，很少積極主動(dòng)回答問題，互動(dòng)往往只能帶動(dòng)少部分的學(xué)生，而學(xué)生的情緒會(huì)影響到老師的情緒，老師臨場發(fā)揮亮點(diǎn)減少，思維的火花很難碰撞，影響上課的效果。在考核方式上，雖然采用開卷考試，但是題型不夠豐富，過程考核重視的不夠。因此，該課程的授課方法還有很大的提升空間。

（三）缺乏思政內(nèi)容

在傳統(tǒng)教授的過程中，往往認(rèn)為結(jié)構(gòu)可靠性課程是工科的課程，而工科的內(nèi)容和思政教育關(guān)系不大，這是對思政教育的狹隘認(rèn)知。因此，針對課程思政教育的匱乏，深刻的思索結(jié)構(gòu)可靠性課程與思政教育的內(nèi)在聯(lián)系是亟須的。

二、改革措施

為了進(jìn)一步提高教學(xué)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革，達(dá)到課程為人才服務(wù)的目標(biāo)。本文主要從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、考核方法和課程思政這四個(gè)方面進(jìn)行探索改進(jìn)，主要改革的內(nèi)容如下：

（一）混合式教學(xué)模式

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，可以利用的網(wǎng)絡(luò)資源也非常多。“結(jié)構(gòu)可靠性”課程團(tuán)隊(duì)以超星學(xué)習(xí)通為平臺(tái)，采用線上自主學(xué)習(xí)，線下課堂講解結(jié)合的混合式教學(xué)模式。將各個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)錄制成小視頻，每個(gè)視頻用小問題為斷點(diǎn)分成兩三個(gè)小部分，避免學(xué)生為了應(yīng)付學(xué)習(xí)，不完整看完視頻。教師同時(shí)可以圍繞每個(gè)視頻進(jìn)行文字講解、單元測試、典型習(xí)題集做成課程資源，最終一并上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上。慕課上有很多的教學(xué)資源，授課教師可以根據(jù)課程內(nèi)容下載相關(guān)資源，并通過二次剪輯，配合教師自身的理解和解讀做成視頻為課程所用，這樣可以吸取其他老師的經(jīng)驗(yàn)同時(shí)節(jié)省大量時(shí)間，讓學(xué)生取各家之長。結(jié)構(gòu)可靠性課程所涉及相關(guān)的基礎(chǔ)理論如材料力學(xué)應(yīng)力應(yīng)變的概念、概率論中威布爾分布、正態(tài)分布的概念等做成小視頻上傳，這樣學(xué)生可以多次重復(fù)地學(xué)習(xí)，節(jié)省更多查找資料的時(shí)間，課堂效率也可以隨之提高。整個(gè)教學(xué)的過程包括課前的預(yù)習(xí)，這個(gè)階段需要學(xué)生花費(fèi)一定的時(shí)間和精力，部分學(xué)生會(huì)有畏難、懶惰的情緒，那么在做視頻和課件的過程中盡可能地做到兼具知識(shí)性和趣味性，讓學(xué)生有自覺學(xué)習(xí)的興趣。在課堂學(xué)習(xí)的過程中，以學(xué)生為主導(dǎo)，教師做到穿針引線的作用，同時(shí)將多種教學(xué)方法融合在一起，讓課堂變成一個(gè)討論的課堂，當(dāng)然這很難做到，需要教師對課堂有超強(qiáng)的掌控力，對學(xué)生掌握知識(shí)程度的差異性、性格心理有一定的了解。所謂臺(tái)上一分鐘，臺(tái)下十年功，要想上好一節(jié)課，真正做到以學(xué)生為主體，教師一定要認(rèn)真地備課。由于授課教師經(jīng)驗(yàn)不足，良好的課堂氛圍的出現(xiàn)不是教師短期的努力就可以做到，知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系如同樹干與樹枝之間關(guān)系一樣慢慢種植在學(xué)生心里。一門優(yōu)秀課程的建設(shè)是需要不間斷改進(jìn)、創(chuàng)新的。雨課堂是老師上課的好助手，在PPT里引入雨課堂，能很好地輔助教師掌控課堂，如實(shí)現(xiàn)學(xué)生點(diǎn)名、在線互動(dòng)和答題等數(shù)據(jù)化支持，使教師對每位學(xué)生的課堂表現(xiàn)更加清晰。最后，課后鞏固這一環(huán)節(jié)也必不可少，教師通過布置一定數(shù)量的典型習(xí)題，幫助學(xué)生重新梳理知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)學(xué)生的反饋情況，了解學(xué)生課堂掌握的情況，那么下一次的授課中，教師有計(jì)劃將重點(diǎn)問題、難點(diǎn)問題還有易錯(cuò)易混淆的概念重新講解，依靠思維導(dǎo)圖讓學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的地位、意義和用法有清晰的認(rèn)知，最后鼓勵(lì)學(xué)生討論為什么在習(xí)題的時(shí)候會(huì)犯錯(cuò)誤。從而在每章的學(xué)習(xí)中，形成有效的閉環(huán)。教師不應(yīng)放棄每位學(xué)生，師生共同努力將結(jié)構(gòu)可靠性的新知識(shí)學(xué)好的同時(shí)更要復(fù)習(xí)鞏固容易遺忘和不熟練的先修課程的基礎(chǔ)知識(shí)，也為部分學(xué)生考研做支撐。

（二）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

授課學(xué)生都是航空專業(yè)的學(xué)生，因此在授課內(nèi)容上需要偏重于航空結(jié)構(gòu)的可靠性問題。在課程內(nèi)容和章節(jié)的安排上，可以將概率論和疲勞斷裂的基礎(chǔ)知識(shí)引入。

第一章：緒論，含可靠性的基本概念，結(jié)構(gòu)可靠性定義，失效的概念，結(jié)構(gòu)可靠性的分類與計(jì)算，結(jié)構(gòu)可靠性的發(fā)展歷史。

第二章：結(jié)構(gòu)可靠性的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，含線性代數(shù)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布、指數(shù)分布等常用的概率密度函數(shù)的典型分布，區(qū)間估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)，實(shí)對稱矩陣的特征值和特征向量的求解等基本方法。

第三章：結(jié)構(gòu)可靠性的基本公式和概念，含結(jié)構(gòu)功能函數(shù)，結(jié)構(gòu)可靠性的普遍表達(dá)式，應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布的可靠度計(jì)算。

第四章：結(jié)構(gòu)可靠度的近似計(jì)算，含干涉面積法、中心點(diǎn)法、改進(jìn)一次二階矩法、JC法、相關(guān)變量的獨(dú)立變換法、蒙特卡洛法等。

第五章：結(jié)構(gòu)可靠性的試驗(yàn)估計(jì)，含結(jié)構(gòu)可靠性的點(diǎn)估計(jì)，正態(tài)分布強(qiáng)度參數(shù)未知情況下結(jié)構(gòu)可靠度的區(qū)間估計(jì)，應(yīng)力和強(qiáng)度服從正態(tài)分布參數(shù)均未知的條件下結(jié)構(gòu)可靠度的區(qū)間估計(jì)等。

第六章：疲勞可靠性的基本公式，含交變應(yīng)力，SN曲線，疲勞應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型和疲勞可靠性設(shè)計(jì)分析等。因?yàn)闆]有合適的教材，課題組自編了教材，通過超星學(xué)習(xí)通給學(xué)生發(fā)送了電子版的講義，供學(xué)生學(xué)習(xí)和參考。隨著授課經(jīng)驗(yàn)的積累，課題組正嘗試編寫適合航空專業(yè)學(xué)生的結(jié)構(gòu)可靠性教材。

（三）過程考核融入教學(xué)過程中更加自然

考核不是目的，考核是為了更好地督促學(xué)生學(xué)習(xí)，獲取新的知識(shí)。授課教師應(yīng)靈活地運(yùn)用考核這種方式，更不能因考核把學(xué)生和教師孤立起來。考核應(yīng)該強(qiáng)調(diào)公平，但需要兼?zhèn)淙诵曰梢愿訌?qiáng)調(diào)過程考核在考核中占據(jù)的比重。在預(yù)習(xí)階段，在考核的時(shí)候也需要考慮這部分成績，如果學(xué)生提出了有價(jià)值的問題，可以給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)可以根據(jù)預(yù)習(xí)的時(shí)長、看視頻的次數(shù)、做習(xí)題的質(zhì)量等作為預(yù)習(xí)階段的成績，這部分成績占總成績的15%。課堂講授部分，在課堂活動(dòng)環(huán)節(jié)，可以由一個(gè)學(xué)生主答，如果回答不全時(shí)可以尋求別的同學(xué)的幫助，那么根據(jù)回答問題的比重給相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)，這部分考核需要營造一個(gè)友好互助、通力協(xié)作的氛圍等，那么僅僅靠機(jī)械考核做不到，而需要更加靈活的方式。教師和學(xué)生共同努力把課程做扎實(shí)。授課教師是導(dǎo)演，而學(xué)生是演員，過程好了，學(xué)生自然就可以輕松獲取到知識(shí)，這需要有共同的信念。在授課過程中，單純地靠引導(dǎo)，很難達(dá)到想要的效果，需要學(xué)生預(yù)習(xí)好，心中對老師提出的問題有一定的解答基礎(chǔ)，這樣授課老師的引導(dǎo)才能有的放矢，課堂氛圍才能不會(huì)因?yàn)槔蠋煹囊粋€(gè)提問，學(xué)生不會(huì)解答而氣氛尷尬。就像一場相聲表演一樣，需要捧哏和逗哏的共同表現(xiàn)，這需要有默契和互相了解作為基礎(chǔ)。授課教師可以根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、參與課堂活動(dòng)的次數(shù)，主動(dòng)回答問題的次數(shù)等來確定課堂講授部分分?jǐn)?shù)，這部分比例占20%。課后鞏固部分，可以根據(jù)學(xué)生習(xí)題完成情況來給分?jǐn)?shù)，這部分比例占15%。過程考核中還有一部分分?jǐn)?shù)作為老師對每個(gè)學(xué)生的綜合印象分?jǐn)?shù)，這部分分?jǐn)?shù)是根據(jù)學(xué)生在整個(gè)課程中的表現(xiàn)，成績提高是否明顯，是否積極主動(dòng)參與，是否積極幫助同學(xué)等，這部分打分很主觀，需要教師更加注意發(fā)現(xiàn)每位學(xué)生的閃光點(diǎn)，這部分成績占總成績的10%。最后一部分是期終考試成績占40%，本門課程的考試采用開卷考試。這是因?yàn)檎n程的公式較多，課程的目的是考核學(xué)生靈活運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)解決工程問題的能力。開卷考試可以選擇的題型更多，如分析題、設(shè)計(jì)題、論述題、計(jì)算題這些主觀題組成，這主要考查學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)是否具有查找資料、分析問題和解決實(shí)際問題的能力。

（四）拓展課程思政素材

針對課程思政問題，可以從以下三個(gè)方面來探索結(jié)構(gòu)可靠性課程和課程思政的關(guān)系。

（1）從結(jié)構(gòu)可靠性發(fā)展的歷史中提煉思政素材[5]，從結(jié)構(gòu)可靠性發(fā)展各個(gè)階段的經(jīng)典案例結(jié)合結(jié)構(gòu)可靠性的近似算法里的干涉面積法、中心點(diǎn)法、JC法這些主流方法產(chǎn)生的歷史背景進(jìn)行講述，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門課程在工業(yè)制造中的重要性，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

（2）從結(jié)構(gòu)可靠性領(lǐng)域內(nèi)的知名專家和學(xué)者中汲取能量。結(jié)構(gòu)可靠性近百年的發(fā)展進(jìn)程中出現(xiàn)的著名的科學(xué)家和工程師，如我國的載人航天奠基人、火箭之王錢學(xué)森教授，飛機(jī)壽命與結(jié)構(gòu)可靠性專家高鎮(zhèn)同，結(jié)構(gòu)工程專家趙國藩等，他們對航空航天事業(yè)，土木工程事業(yè)的巨大的推動(dòng)作用和影響，他們的奉獻(xiàn)精神和愛國情懷都非常值得我們學(xué)習(xí)。

（3）從重大結(jié)構(gòu)可靠性事故中進(jìn)行反思，比如與同學(xué)探討推動(dòng)飛機(jī)設(shè)計(jì)思想發(fā)展的幾次重大的飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞斷裂事故。同樣航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史也有近半個(gè)世紀(jì)了，國內(nèi)外對它的設(shè)計(jì)維護(hù)和使用也有豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是不管是成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)還是新研制的，都不可避免地出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)可靠性的故障。經(jīng)驗(yàn)告訴我們結(jié)構(gòu)可靠性問題不能馬虎，每位質(zhì)量可靠性人員都肩負(fù)著重?fù)?dān)。另外結(jié)構(gòu)可靠性與產(chǎn)品的六性如可靠性、安全性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性等以及工業(yè)4.0建設(shè)甚至國家綜合國力都息息相關(guān)，與思政教育具有較多可以相互融合的地方。在授課的時(shí)候通過合理的引導(dǎo)，將思政教育恰當(dāng)?shù)厝谌肴粘５慕虒W(xué)活動(dòng)中，潛移默化地提升學(xué)生的人文素養(yǎng)，更容易培養(yǎng)他們的愛國情懷。

結(jié)語

基于結(jié)構(gòu)可靠性課程公式繁雜，授課對象差異性大以及考核方式單一等問題，為了更好解決學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)可靠性課程困難現(xiàn)狀，不斷提高課程的教學(xué)質(zhì)量，切實(shí)提升學(xué)生參與的積極性，本文從優(yōu)化課程內(nèi)容、考核方法融入教學(xué)、采用多種教學(xué)手段、引入思政教育等方面內(nèi)容進(jìn)行研究，旨在改善課堂效果，提高授課效率，為培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才服務(wù)。

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課題項(xiàng)目：2021年度河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目“基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的盾構(gòu)維修輔助系統(tǒng)研究”（212102310004）

作者簡介：蘇毅（1983—?），女，漢族，湖北襄陽人，工學(xué)博士，講師，研究方向：有限元法、疲勞可靠性;任淑紅（1978—?），女，漢族，山東德州人，工學(xué)博士，講師，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性與維修性;方鵬亞（1986—?），男，漢族，河南鄭州人，工學(xué)博士，副教授，研究方向：失效物理與可靠性方向;王瑤瑤（1992—?），女，漢族，河南焦作人，碩士，助教，研究方向：機(jī)械裝備維修性與可靠性設(shè)計(jì)。