“雙碳”理念下材料力學課程線上線下混合式教學改革與實施

張騰元，肖欽蘭，吳嬌

（六盤水師范學院，貴州六盤水 553004）

2021 年7 月，教育部印發《高等學校碳中和科技創新行動計劃》[1]，對高校人才培養模式的革新提出了新要求。土木工程作為一門注重實際應用的學科，在教學過程中更應融入碳中和、碳達峰及相關思政內容，培養懂理論、重實踐、有情懷的新時代土木工程人才，更好地服務地方經濟社會發展[2]。

在碳達峰、碳中和的背景下，土木工程正面臨專業轉型帶來的一系列變化，綠色建材是支撐土木工程轉型發展的重要基石。土木工程專業在這一時代背景下，必須培養以社會主義核心價值觀為引領、以愛國主義為核心、以工匠精神為基礎、以科學創新為理念的具有社會擔當和責任心的建設人才。

1 材料力學課程存在的主要問題

材料力學是土木工程專業一門非常重要的基礎課，共64 學時，其中12 學時為實驗教學，其作為理論力學、土木工程制圖的后續課程，結構力學、混凝土設計原理、鋼結構設計原理等課程的前導課程，主要引導學生正確計算構件在拉伸、壓縮、彎曲等狀態下的內力，根據強度理論為構件選取合適的尺寸，分析構件的強度、剛度及穩定性，為從事土木工程設計及建造等相關工作奠定堅實的基礎。

六盤水師范學院土木工程專業開設于2016 年，至今已培養了大批土木類專業人才。在人才培養過程中，材料力學課程教學還存在一些問題。

在教師教學方面：存在著理論與實踐難以深度融合，理論課與實驗課的結合不深等問題，導致學生難以將所學理論應用于實踐，難以通過實踐深入理解理論；以“學生為中心”的教學理念貫徹不到位，單向性的知識傳授方式及應試性考核評價仍占主導地位，以“學”為中心的教學模式沒有真正構建；學科導向明顯，能力培養弱化，強調學科體系與理論深度，重理論推導輕問題發現，學生解決實際問題能力與創新思維未得到系統培養。

在學生學習方面：一是學生基礎參差不齊，二是力學類課程學習難度大，三是學生缺乏克服困難的堅韌毅力和勇氣。

2 “雙碳”理念下材料力學課程線上線下混合式教學改革的方法

2.1 建設線上教學資源

材料力學課程授課教師經過前期的課程建設探索，現階段在“以學生為中心，以能力培養為導向”的教學理念指引下，將原有教學知識點進行拆分、細化，凝練成25 個知識點，結合教學示范包、國家精品公開課，以及教師自行錄制的每個知識點的教學視頻（見圖1），幫助學生學習。其中，教師自己錄制、剪輯的視頻占比在60%以上。為避免學生在視頻學習過程中產生疲倦感，每一個視頻不超過10 min。

圖1 線上知識點內容

25 個知識點分別為：（1）材料力學的任務；（2）材料力學的基本假設；（3）內力、截面法、應力和應變概念；（4）工程中的軸向拉壓問題；（5）拉壓桿的內力；（6）拉壓桿的應力；（7）材料拉伸時的力學性能（實驗）；（8）材料壓縮時的力學性能（實驗）；（9）拉壓桿的強度校核；（10）工程中的扭轉問題；（11）扭轉內力；（12）工程中的剪切問題；（13）剪切和擠壓的實用計算；（14）連接件的破壞問題；（15）截面的慣性矩；（16）工程中的彎曲問題；（17）梁的內力圖；（18）荷載集度、剪力、彎矩之間的關系；（19）疊加法；（20）彎曲應力；（21）純彎曲梁橫截面上的正應力（實驗）；（22）彎曲梁的強度條件；（23）梁的強度校核；（24）提高梁的彎曲強度的措施；（25）應力狀態與強度理論。

課程內容含理論教學內容、實驗內容、PPT、教學視頻等，在實驗儀器、課時有限的條件下豐富了教學內容，并以此為基礎，初步構建新的教學模式，即“線上平臺預習—課堂理論教學—實際動手操作—網絡平臺互動—綜合設計—創新”全方位立體化智慧型教學體系，通過線上線下混合教學模式，不僅達到了課程的知識目標，還能達到相應的能力目標和情感目標。

2.2 開展線上線下混合式教學

為滿足新工科人才培養要求，根據六盤水師范學院專業課程評估要求，貫徹成果導向教育理念，堅持“反向設計、正向支撐”，將專業人才培養目標分解落實到課程中，夯實課程教學與畢業要求指標點的支撐關系，采取了線上線下混合式教學，教學框架見圖2。

圖2 線上線下混合式教學框架

第一，教學鋪墊。教師在課前利用超星學習通平臺進行課程導入，分享工程案例，導入視頻素材。

第二，課堂授課。在傳統 PPT 授課的基礎上，教師利用動畫仿真，增強學生的學習興趣，提高其學習效率；利用小組討論、隨堂測試方式使學生加深對知識點的理解和記憶。

第三，課后鞏固。教師利用思維導圖、PPT 等進行課堂知識總結，通過課后作業檢測學生學習效果，利用超星學習通和QQ 等平臺進行答疑解惑，并讓學生反饋教學效果，根據學生反饋結果調整教學進度，提升課堂教學效果。

第四，教學評價。教師根據小組合作、視頻觀看、文檔閱讀、平臺訪問次數、課堂參與度、課堂討論、線下作業、課堂提問、階段測試、實驗等情況以及線下期末考試結果對學生進行全面考核。

2.3 立德樹人，進行思政教育

授課教師編寫了“土木人的家國情懷”講義，該講義收錄了約50 余名土木領域的知名大師、兩院院士的事跡。教師利用線上視頻的模式，在每章學習結束后，介紹一位土木領域知名大師或兩院院士的事跡，實現價值引領、能力培養和知識傳授“三位一體”相結合[3-7]。

立德樹人是教育的根本任務，是教師教書育人的必然要求。通過對材料力學課程的梳理，凝練出 25 個知識點，確立 25 個德育目標，潛移默化地進行思政教育，實現了立德樹人的目標。例如，教學案例1：知識點“ 應力和應變的概念（挑戰級）”的學習比較難，設置的德育目標為培養學生迎難而上的大國工匠素質；教學案例2：知識點“梁的內力圖”，設置的德育目標為培養學生利用抽象模型解決復雜工程問題能力的科學精神。

3 結語

為滿足新工科人才培養要求，根據六盤水師范學院專業課程評估要求，貫徹成果導向教育理念，探索實踐了以學生為中心的教學模式，強化課內外教學互動[8-14]。材料力學課程線上線下混合教學模式實施后，土木工程專業2020 級學生該課程綜合成績全部及格，與2019 級綜合成績不及格率16%相比，有了較大提高；學生競賽參與度和獲獎率提高；學生養成了自主學習的習慣；學生發現問題并質疑的能力、研究與分析能力、解決問題的能力、語言表達能力等都有一定的提高。