地方院校材料力學(xué)課程教學(xué)的探索與研究

孫昊棟，王婭娟

(河西學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 張掖)

一 引言

力學(xué)類課程是土木工程專業(yè)面向工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)新工科背景下土木工程專業(yè)人才起著不可或缺的作用，尤其對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工程而言，力學(xué)課程是根基。材料力學(xué)在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中是繼高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)等數(shù)理課程后的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是架設(shè)在基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程之間的橋梁，在培養(yǎng)學(xué)生唯物辯證法的思想，提高學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新性思維方面上發(fā)揮了重要的作用。

隨著我國高等教育“質(zhì)量工程”的實(shí)施與推進(jìn)，各大高校對課程教學(xué)的研究與改革已經(jīng)做了很多的工作，宋曦和楊靜寧[1]基于教學(xué)內(nèi)容的重新組織與設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和教學(xué)手段的創(chuàng)新對材料力學(xué)的教學(xué)做了探索與研究，達(dá)到了提升教學(xué)質(zhì)量的目的。鄭佩[2]通過對材料力學(xué)教學(xué)改革的思考，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方法的改進(jìn)、完善教學(xué)手段等方面提高課程教學(xué)質(zhì)量。黃元辰和翁國華[3]通過緒論課的引入、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、現(xiàn)代化教學(xué)的運(yùn)用等方面作為切入點(diǎn)，全面提升教育教學(xué)質(zhì)量。盛鷹等[4]通過加強(qiáng)力學(xué)建模能力培養(yǎng)，在教學(xué)過程中注重學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素養(yǎng)為目的，對材料力學(xué)的課程教學(xué)提出了改革意見，有效地提高了教育教學(xué)質(zhì)量。楊靜寧[5]等基于材料力學(xué)“案例庫”建設(shè)的教學(xué)設(shè)計(jì)，提高了教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)一步提升了學(xué)生們的力學(xué)素養(yǎng)。滿田囡等[6]等根據(jù)材料力學(xué)課程教學(xué)中出現(xiàn)的問題，提出“線上線下”混合式教學(xué)體系，對學(xué)生的學(xué)生興趣有了很好的激勵(lì)作用。陳留鳳等[7]基于對材料力教學(xué)新方法的探索與實(shí)踐，提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力。趙清等[8]基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，對教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系、完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方法等方面對材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革。付曉強(qiáng)等[9]基于材料力學(xué)課程的特性，引用案例教學(xué)的方法，有效地提高本科教學(xué)質(zhì)量，很大程度上提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使得學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)學(xué)習(xí)。陳云信和夏燕[10]以材料力學(xué)教學(xué)為例，通過教學(xué)方式的創(chuàng)新、教學(xué)內(nèi)容的梳理及教學(xué)理念的進(jìn)一步凝練，給出了如何建立材料力學(xué)金課，并提出了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識級實(shí)際應(yīng)用能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。董敏和李佳盈[11]以師資隊(duì)伍的建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容的拓展、教學(xué)手段的創(chuàng)新、教材的建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面為抓手，積極提高本科教學(xué)質(zhì)量。曹惠等[12]基于以學(xué)生為中心教學(xué)模型，在教學(xué)方式、教學(xué)理念等方面做了改革與創(chuàng)新，有效地提高了教學(xué)課堂質(zhì)量。

二 現(xiàn)狀及存在問題

土木工程類專業(yè)對于本科生的數(shù)理基礎(chǔ)有著較高的要求，尤其是對于專業(yè)基礎(chǔ)課程的要求更高，為更好地提升材料力學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量，在授課中期，任課教師對各上課班級的教學(xué)情況及學(xué)生們的學(xué)生情況做了調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果整理出了課堂教學(xué)中存在的問題，具體情況如下：

（一） 學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性不高

由于對于新工科背景下人才培養(yǎng)的要求，最新版人才培養(yǎng)方案制定的過程中通識教育課程占比增大，相應(yīng)的材料力學(xué)課程的理論學(xué)時(shí)從2015版人才培養(yǎng)體系中的80學(xué)時(shí)理論教學(xué)及8學(xué)時(shí)實(shí)踐教學(xué)修訂為2019版人才培養(yǎng)體系中的64學(xué)時(shí)理論教學(xué)及16學(xué)時(shí)實(shí)踐教學(xué)，增加了學(xué)生們的實(shí)踐教學(xué)量。由于材料力學(xué)知識較為抽象、公式繁多、理論性強(qiáng)，且各章節(jié)之間的連續(xù)性不強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不能和實(shí)際很好地結(jié)合，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中存在很大的困惑，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣較低，很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（二） 教師授課的方式單一

材料力學(xué)課程由于理論性較強(qiáng)，公式繁雜，教師在上課的過程中注重學(xué)生的邏輯推理過程及理論理解，授課過程中多采用“講授+PPT”授課模式。在講授過程中，形式相對比較固定，一般都是側(cè)重于對理論知識的講解，以一定量的習(xí)題為輔助，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，對學(xué)生來說未免單調(diào)，難以提起學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也限制了學(xué)生的創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)，很難培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和研究實(shí)際工程問題的能力，從而不能深刻地理解理論知識。

（三） 實(shí)踐課程教學(xué)傳統(tǒng)化

材料力學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程目的在于培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力素養(yǎng)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性能力。現(xiàn)階段我院主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏創(chuàng)新性，在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，任課教師講解基本理論知識后，給學(xué)生們演示一遍操作過程，再由學(xué)生們按部就班地完成實(shí)驗(yàn)過程，處理數(shù)據(jù)后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊，這在一定程度上限制了學(xué)生們的創(chuàng)新性，學(xué)生們的認(rèn)知處于理論性階段，與新工科背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)存在了一些差距。

三 材料力學(xué)教學(xué)改革的措施

為提高專業(yè)教師的教學(xué)水平以及更好地完成“教與學(xué)”的融合工作，根據(jù)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的一些問題，任課教師以教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)方法的創(chuàng)新、力學(xué)競賽的推進(jìn)三個(gè)方面為抓手，以提高本科教學(xué)質(zhì)量為目的，展開了材料力學(xué)教學(xué)活動(dòng)方面研究，以探究適合河西學(xué)子的學(xué)習(xí)方法，依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，作者作出以下幾點(diǎn)的改革意見。

（一） 教學(xué)理念的轉(zhuǎn)化

任課教師應(yīng)更恰當(dāng)?shù)乩斫狻敖膛c學(xué)”的教學(xué)理念，教師們自身先從思想上做好轉(zhuǎn)變，課堂教學(xué)中從傳統(tǒng)的以教師“教”為主導(dǎo)向以學(xué)生“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)移，以學(xué)生為中心是當(dāng)前教師教學(xué)中的根本教學(xué)理念。為提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生們積極主動(dòng)地參與到教學(xué)過程中。例如，材料力學(xué)課程緒論課程的教學(xué)中，教師首先給學(xué)生們講解力學(xué)課程的淵源，同時(shí)列舉一些古今中外力學(xué)史上的典型案例，再以材料力學(xué)課程作為基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程之間的橋梁，說明該課程在專業(yè)培養(yǎng)體系中的重要性，最后再簡單陳述該課程的學(xué)習(xí)任務(wù)及內(nèi)容，具體以板塊教學(xué)，以各板塊分解教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生們的目標(biāo)更明確，能夠更清晰地理解該課程，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。

（二） 教學(xué)方法的創(chuàng)新

任課教師在講授的過程中，盡量采用多媒體教學(xué)手段，目前處于多媒體發(fā)展迅猛的階段，信息化網(wǎng)絡(luò)已普及到每個(gè)學(xué)生。例如任課教師在講授材料力學(xué)課程理論推導(dǎo)的過程中以課堂講授為主，同時(shí)推薦大學(xué)慕課中經(jīng)典的視頻課程，學(xué)生們加深對理論知識的理解。同時(shí)，多媒體課件制作的過程中，注重素材的選取，突出知識的結(jié)構(gòu)性，有一定的吸引學(xué)生興趣的因素，例如，在講解梁的彎曲應(yīng)力章節(jié)時(shí)，可適當(dāng)播放高鐵運(yùn)行的短視頻，并指出在2004年以前，中國還未修建高鐵，然而經(jīng)歷了短短的17年，到了2021年1月，中國高鐵的里程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了3.79萬公里，居世界首位，同時(shí)還可以指出高鐵運(yùn)行中存在一些結(jié)構(gòu)或者材料方面的科技問題需要解決，可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生們?nèi)硇牡赝度氲秸n堂教學(xué)中。

此外，為了豐富課堂手段，使教學(xué)方法多樣化、更有效提高學(xué)生的學(xué)生興趣，在材料力學(xué)課堂教學(xué)中，任課教師引入課堂案例教學(xué)，學(xué)生們通過討論、學(xué)習(xí)，增加了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，使得理論教學(xué)和實(shí)際聯(lián)系更為緊密，有效地促進(jìn)了教學(xué)課堂質(zhì)量的提升。

（三） 力學(xué)競賽的推進(jìn)

增強(qiáng)力學(xué)課程的競賽，組織學(xué)生們參加各類力學(xué)競賽，培養(yǎng)學(xué)生們用理論知識解決實(shí)際問題的能力。按照河西學(xué)院土木工程學(xué)院人才培養(yǎng)方案的編訂，學(xué)生在二年級第一學(xué)期學(xué)習(xí)理論力學(xué)知識，第二學(xué)期學(xué)習(xí)材料力學(xué)，這已經(jīng)具備了用力學(xué)知識解決簡單工程問題的能力，教師在授課的過程中組織學(xué)生們參加學(xué)院的力學(xué)競賽，競賽題目基于課本知識，更貼近于工程實(shí)際案例，教師可從實(shí)際工程案例中凝練題目，以增強(qiáng)學(xué)生們的力學(xué)素養(yǎng)。

四 教學(xué)改革實(shí)效

通過課程組教師的研討，任課教師進(jìn)一步從教學(xué)理念、教學(xué)方法的創(chuàng)新、第二課堂的開展等方面對材料力學(xué)課程的課堂教學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革，全面提升本科教育教學(xué)能力，以培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的應(yīng)用型本科人才為最終目標(biāo)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生力學(xué)素養(yǎng)。

課程組教師對學(xué)生在授課過程中采用的教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面所反饋的“教與學(xué)”的信息進(jìn)行整理、總結(jié)與反思，考慮基礎(chǔ)力學(xué)課程在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的適用性及與工程實(shí)踐的緊密性，擬對傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革，教學(xué)效果顯著，學(xué)生們在課堂中的表現(xiàn)更為積極，很好地從被動(dòng)學(xué)習(xí)過渡到了主動(dòng)學(xué)習(xí)，勤于思考，善于鉆研，用創(chuàng)新的方法解決實(shí)際問題。

經(jīng)過學(xué)院初級選拔，選派8名學(xué)生參加“第十三屆周培源大學(xué)生力學(xué)競賽”，1名學(xué)生獲得甘肅賽區(qū)的個(gè)人三等獎(jiǎng)，2名學(xué)生獲得全國優(yōu)秀獎(jiǎng)，通過組織學(xué)生參加力學(xué)競賽，更好地激勵(lì)低年級學(xué)生對力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，善于發(fā)現(xiàn)身邊的力學(xué)，能更恰當(dāng)?shù)赜昧W(xué)知識解決生活中所遇到的問題，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，為后續(xù)的工作奠定了基礎(chǔ)。

同時(shí)，經(jīng)過本學(xué)期材料力學(xué)課堂教學(xué)的改革及教學(xué)方法的創(chuàng)新，相比較而言，學(xué)生的及格率有所提高，農(nóng)業(yè)水利工程191班學(xué)生卷面成績平均分提升到71.5分，80分以上的學(xué)生達(dá)到5人，占全班比例的12.2%，合格率達(dá)到95.1%，較往屆學(xué)生有了很大的提高。下圖為學(xué)生成績分布圖。

圖1 材料力學(xué)成績分布圖

五 結(jié)語

針對我校土木工程類專業(yè)材料力學(xué)的教學(xué)研究已取得了初步的成效，學(xué)生們對于抽象的概念、難理解的理論知識、較為孤立的知識板塊 “力學(xué)”課程轉(zhuǎn)變?yōu)榧茉O(shè)在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的“橋梁”。成功地從教師的“教”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生的“學(xué)”為主導(dǎo)，提高了材料力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實(shí)際工程問題中的能力，有效地提高了本科學(xué)生的力學(xué)素養(yǎng)。