多措并舉促進“材料力學”學習成效

摘要：“材料力學”是土木工程專業的專業核心課程，該課程主要研究材料的力學性能及工程結構中構件的承載能力問題，為后續專業課學習提供理論基礎。綜合分析當前學生的學習情況以及“材料力學”的課程特點，找出教學中存在的“痛點”問題。采用重組教學內容、加大案例教學比重、課下學生分組討論、增大平時測驗的頻率、課內實驗與大賽相結合、考核環節多元化等多種方式創新教學方式方法，改善教學效果，使學生的學習成績、力學素養提高的同時，也使教師的教學能力及教研能力得到了相應的提高，最終貫徹新工科建設理念。

關鍵詞：材料力學；痛點；創新

TakeMultipleMeasurestoPromotetheLearningEffectiveness

of"MechanicsofMaterials"

TaoXinQinLidaGuoYipuWangYuZhangXiaodong

HeilongjiangUniversityofTechnologyHeilongjiangJixi158100

Abstract：MechanicsofMaterialsisthecorecourseofcivilengineering.Thiscoursemainlystudiesthemechanicalpropertiesofmaterialsandthebearingcapacityofcomponentsinengineeringstructures，andprovidesatheoreticalbasisforsubsequentprofessionalcourses.Comprehensivelyanalyzethecurrentstudents'learningsituationandthecoursecharacteristicsof"MechanicsofMaterials"，andfindoutthe"painpoints"inteaching.Theuseofreorganizationofteachingcontent，increasetheproportionofcaseteaching，groupdiscussionofstudentsafterclass，increasethefrequencyofusualtests，thecombinationofinclassexperimentsandcompetitions，thediversificationofassessmentlinksandotherwaystoinnovateteachingmethodsandmethods，improvetheteachingeffect，sothatstudents'academicperformance，mechanicalliteracycanbeimproved，andtheteachingabilityandteachingandresearchabilityofteachershavebeenimprovedaccordingly.Finally，theconceptofnewengineeringconstructionwillbeimplemented.

Keywords：MechanicsofMaterials；PainPoints；Innovation

一、課程基本情況

“材料力學”是土木工程專業的專業核心課程［12］，該課程主要研究材料的力學性能及工程結構中構件的承載能力問題。它以理論分析為基礎，通過揭示構件強度、剛度和穩定性的計算理論，為構件選用適宜的材料，設計科學、合理的截面形狀和尺寸，達到既安全又經濟的設計要求［34］。本課程開設在大二上學期，60學時，包括6學時的課內實驗。本課程為2015年土木工程升本后開設，至今為止共進行了8輪，2020年開始線上線下混合授課，為后續專業課“結構力學”“混凝土結構”“鋼結構”等課程提供理論基礎。

二、課程教學中的“痛點”問題

（一）與工程實際脫節

歸結到底，高校都是為社會培養專業人才。而應用技術型大學培養的畢業生應緊緊貼合土建行業特別是工程實際項目建設的需求，因此，“材料力學”課程在設置授課內容時應緊密圍繞工程項目的實際需求進行。往屆去工地頂崗實習的學生反饋，在施工現場進行工作時，經常會碰到類似模板、腳手架支撐、支護結構的問題。雖知這應該用力學的知識來解決，但由于在力學課堂上所學的知識都為簡化了的力學模型的計算，對于這種實際問題無從下手，無法將實際問題轉化成紙面上的計算模型進行解答。

（二）學習興趣提升難

以往的教學過程中發現，在期初的教學過程中，學生的學習狀態及效果非常好。但是隨著課程的深入，學習難度增加，學生的學習興趣降低，學習內容的深度超出了學生能掌握的范疇，因此學生的學習狀態明顯下降。最終落入了學不會就不想學，越不想學越不會的狀態，歸根結底為學生的學習興趣提升較難。

三、課程教學目標

知識目標：使學生了解各類構件受力變形、破壞規律，掌握各類構件結構計算簡圖繪制方法，掌握各類構件內力、應力、應變的分析方法，熟練掌握各類構件內力圖畫法，熟練掌握各類構件設計計算的基本概念、基本理論、基本方法。

能力目標：使學生具備分析材料力學性質與構件力學性能內在聯系的能力，能夠分析構件的破壞規律，能夠熟練地分析與計算桿件在拉、壓、剪、扭、彎時的內力，繪制相應內力圖，能夠熟練地分析與計算桿件在基本變形下的應力和形變，并進行相應的強度和剛度計算。

價值目標：使學生具有較強理解能力及系統分析能力，具有較強的應用能力，能夠理論聯系實踐，具有嚴謹、誠信的職業品質和良好的職業道德，具有社會責任感，擁有團隊合作和妥善處理人際關系素質，擁有踏實肯干的工作作風和熱情、耐心的服務態度。

四、課程教學的創新思路及舉措

（一）課程創新思路

以學生為主體，以能力為導向，按照課程內容的主線重構教師授課內容為基礎，以培養創新精神為核心，通過理論講授、融入大賽、典型案例分析等活動，把理論知識和實踐應用緊密結合起來，從而使學生具有較強的工程實踐能力。

（二）課程創新措施

針對以上痛點，分別找出創新舉措，進行教學實踐，最終起到教書育人的成效。

1.重組教學內容

基于“痛點”分析，充分發揮“以學生為中心”的理念，結合材料力學的內容特點，將教學內容進行重組。材料力學涉及的理論內容較多，存在大量的公式推導及計算，學生學習過程中存在一定難度。因此，日常授課過程中應注重將繁雜的問題簡單化。例如，在材料力學的授課過程中，強度、剛度、穩定性是材料正常使用下的基本要求，四種基本變形都要分析強度及剛度問題，可以認為強度、剛度問題是貫穿材料力學計算的主線，恰恰此部分內容是學生記憶較混亂的地方。因此，在強度及剛度問題講解過程中可引入主線意識幫助學生學習，以強度問題為例，四種基本變形的強度問題基本公式均為應力max≤［應力］，即材料內部的應力最大值（包括正應力和剪應力）均應不大于材料的許用應力值，不同變形的不同之處為求各自變形的應力的公式不同。同時弱化原理及公式的推導，重視知識的應用，最后將分散的知識點進行歸納總結，便于學生在學習過程中抓住主線。知識思維導圖如下圖所示。

知識思維導圖

2.加大案例教學的比重

在以往的教學過程中已經證明案例式教學的教學效果明顯，特別是在培養工程應用型人才的應用型本科院校的土木工程教學過程中的效果尤為顯著，在后續專業課的學習過程中更能體現出案例教學的優勢。因此，在材料力學的教學過程中應增大案例的引入。比如，在講授結構強度與穩定性計算部分時，其主要包括四種基本變形，在實際工程中涉及單獨變形的構件較少，工程中絕大多數的變形都為組合變形或是細長桿的壓桿穩定，這兩種問題工程實踐性強，與基本變形相比，其學習過程中存在一定的難度。因此，在講解這兩種變形時可引入工程實際案例，案例教學能夠把學習情境代入實際問題當中，應用所學的課堂知識解決實際工程中的某些問題，使學生解決工程問題的能力得到提升。

3.課下組織學生分組學習討論

在以往的教學過程中發現學生的自學能力非常差，甚至出現課下作業不完成的現象。針對此現象可成立學生助教團，每班的班長、學習委員、團支書作為助教團成員，如若其他同學想參加助教團，可自愿參加。每名助教帶一個學習小組，每班至少3組（涵蓋班級所有學生），每周每組至少開展集中學習活動2次，教師布置探討任務，每次不少于1小時，學生匯報探討地點，進行組內探討，保留影像資料。助教定期向教師反饋每名成員的學習情況，積極采取相應的措施，活動可采取的形式可多樣，比如復習、預習、做題、探討等。教師可經常參加學生的課下學習小組，最后教師每周在課堂總結上一周探討情況。通過此種強制的方法增加學生的課下學習能力，同時加強學生自學及獨立思考的能力。

4.增大平時測驗的頻率

在以往的教學過程中，每當講完一個知識點后教師會為學生安排相應的習題課來鞏固所學知識。但隨著習題課的進行，教師發現效果并不明顯，學生的參與度較低，起不到習題課應有的效果，因此將平時的習題課改為階段性測驗，作為學生查漏補缺的依據，成績納入期末成績中。通過此種方法，學生的參與度明顯提升，最大限度地防止學生學習“死循環”的發生。

5.課內實驗與大賽相融合

“材料力學”的授課學時中包含6學時的課內實驗，以往的課內實驗是將所有學生進行分組，教師演示低碳鋼及鑄鐵的拉伸、壓縮、扭轉實驗，學生的參與度較低，學生普遍提不起興趣。因此，我們將課內實驗與大學生結構設計大賽相融合，利用2學時來對傳統實驗進行大組演示，4學時用來做結構設計大賽所需實驗，主要為結構原材料竹條的拉伸、壓縮、彎曲試驗。學生分組自行完成實驗設計、操作及分析等全部內容，提高了實驗教學效果的同時培養了學生的動手實踐能力。

6.考核環節多元化

在最大限度地滿足課程教學目標的前提下，將最終成績比例設置為40%和60%。占比40%的平時成績由課內實驗、學習表現、課外作業及平時測驗組成。其中，實驗部分由低碳鋼及鑄鐵的拉壓扭實驗報告和大學生結構設計大賽中所用竹條的實驗記錄分析表共同組成；學習表現由課上及課下的分組討論情況以及線上線下平時表現及活躍度組成；課外作業由智慧樹作業的完成情況組成。

五、創新成效

學生成績明顯提高。對比2019、2020、2021三屆學生的“材料力學”成績，學生的及格率為48.4%、62.5%、85.4%，平均分為51.6分、61.1分、75.2分，平均分、及格率都有了顯著提高。同時通過課內實驗融入大賽的學習方式，學生的動手能力得到了提高，參加大賽的積極性也在不斷提高。在剛剛結束的“盈建科杯”第十六屆全國大學生結構設計競賽黑龍江分區賽中，由教學團隊教師指導的隊伍獲得一等獎1項、二等獎2項，最佳制作獎、團體二等獎及優秀組織獎各1項。另外，通過使用課下研討小組的學習模式，已有大部分學生意識到這種模式的益處，在課程結課后積極找到教師表達想要建立學生社團的想法，想要延續這種學習模式，增強自己的自學及分組研討的能力。

6結論

總結以往的教學過程，發現存在的問題及需要繼續改進點如下：（1）“平時表現”分數評定存在主觀性，需要持續改進；（2）缺少用人企業對畢業生的持續反饋。

針對土木工程學生學習“材料力學”過程中存在的“與工程實際脫節”“學習興趣提升難”等痛點問題，通過采取重組教學內容、加大案例教學比重、課下學生分組討論、增大平時測驗的頻率、課內實驗與大賽相結合、考核環節多元化等多種方式，使學生的學習成績提高的同時，學生的力學素養也有了長足的進步。教師在改革的過程中也取得了一定的成績，真正做到了教學相長。

參考文獻：

［1］王桃桃，王琦，劉玲華.土木工程專業力學課程教學改革設想［J］.四川建材，2015，41（02）：297298.

［2］王曉天，范國慶，王樹范，等.基于“卓越計劃”的土木工程專業力學課程教學改革與實踐［J］.長春工程學院學報（社會科學版），2014，15（04）：143145.

［3］劉燕，魏建國.土木工程專業理論力學課程實驗教學改革探索［C］//中國力學學會.力學與工程應用.威海：第十四屆北方七省市區力學學會學術會議，2012：339340.

［4］魏德敏.土木工程專業力學課程教學改革動態分析［J］.科技情報開發與經濟，2004（04）：159160.

基金項目：2022年黑龍江省高等教育教學改革項目“應用技術型大學土木工程專業力學課程教學改革研究”，項目編號：SJGY20220674；2022年黑龍江工業學院高等教育教學研究與改革項目“當前就業形勢下道路工程課程建設研究——以黑龍江工業學院為例”

作者簡介：陶鑫（1987—），男，漢族，黑龍江東寧人，碩士研究生，副教授，研究方向為新型建筑材料組織與性能。