杜金龙 饶秋华 刘静

摘 要 为应对新工科建设要求，打造材料力学一流课程，需要树立“以学为中心”的教学理念，通过强化目标导向，开展逆向教学设计，重塑教学内容，实行混合式教学模式，开展差异化教学，采用基于案例的启发式教学法，加强过程考核，改革评价体系，从而强化课堂教学效果，提升教学质量。教学改革实践表明，学生学习兴趣显著提高，自主学习能力和解决复杂问题的能力普遍增强，目标达成度明显提升，取得了较好的改革成效。对同类课程教育教学改革具有一定的借鉴意义。

关键词 新工科 教学改革 材料力学

中图分类号：G424                                  文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.030

Abstract In order to meet the requirements of emerging engineering education construction and create a first-class course of mechanics of materials， it is necessary to establish the teaching concept of "student as the center"， strengthen the goal orientation， carry out the reverse teaching design， reshape the teaching content， implement the blended learning mode， carry out the differentiated teaching， adopt the heuristic teaching method based on cases， strengthen the process assessment， and reform the evaluation system， so as to strengthen the classroom teaching effect， improve the quality of teaching. The practice of teaching reform shows that students' interest in learning has been significantly improved， their ability of autonomous learning and solving complex problems has been generally enhanced， and the degree of goal achievement has been significantly improved， which has achieved good reform results. It can be used for reference in the teaching reform of similar courses.

Keywords emerging engineering education; teaching reform; mechanics of materials

为应对新一轮科技革命和产业革命，教育部自2017年以来推进新工科建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式。[1]开展新工科建设，要求在高等学校课程建设与改革方面，把培养学生创新意识和创新能力摆在首位，在教学中努力实现高阶目标，将知识、能力、素质有机结合，培养学生解决复杂问题的综合能力。

材料力学是土木、机械、航空航天等工科专业的专业基础课，在培养计划中占有重要地位。在新工科建设背景下，为培养适应新时代要求的创新人才，需要对课程进行创新和改革。

1 主要问题

1.1学习深度不够

目前一些专业在调整教学计划时，不同程度的压缩了材料力学课程的教学学时，造成学时不足与教学内容过多，要求过高的矛盾，教学中知识内容的深度无法保证。

1.2教学方法不科学

讲授为主，缺乏互动。教学重点主要集中在对概念的讲解和公式的应用上，忽视对实际工程問题的分析和求解。教学活动单一，主要以讲题、做题为主要方式。目标低阶，以识记、理解为主，缺少应用、探究、批判、创新等高阶认知目标。理论联系实际不够，造成学生只会做题却没有工程概念，不清楚力学模型是如何来的，做题和解决实际工程问题有什么联系等。缺乏对学生工程思维和批判思维、创新能力的培养。

1.3学习评价不合理

评价是学习的指挥棒，好的评价应以促进学习为标准。但传统教学模式下，过多注重总结性评价，而忽视过程性评价。即便有过程性评价，其评价指标也不合理，量化程度不够，缺乏有效监督，无法反馈学生的真实学习情况，更不能对过程学习提供建议和指导。

2 改革措施与实践

针对存在的问题，为能达到新工科和“金课”建设的要求，[2]确定如下课程教学改革实施的总体思路：基于混合式教学理论，辅助利用信息化教学手段，开展“以学生学习发展为中心”的课程教学改革。

2.1 转变理念，由“教师教”为中心转向“学生学”为中心

“教师教”强调从为什么教，教什么，如何教等问题去设计教学，主要围绕课本内容展开教学。忽视学情分析、学习情境和学习方式对教学效果的影响，不考虑学生的学习体验和反馈。随着高等教育进入普及化阶段，由于学生学习方式的多元化，学习基础的差异化，学习需求的个性化，学习目标的多样化，学习成效的两极化，使得“以教为中心”已不适应提高教学质量的要求。教育部建设一流课程，打造“金课”，其核心是“两性一度”，[3]基础是转变教学理念，即从“以教为中心”转向“以学为中心”。[4]“以学为中心” 不是呵护、顺从、包办，变成学生的“保姆”，而是把教学重心放在学习效果和学生发展上，使学习目标和学习成效达成一致，在师生构建学习共同体的基础上，教师成为学生学习的引导者，推动者和赋能者。

2.2 构建线上智慧教学平台，提供丰富资源，促进自主学习

基于超星学习通建设了材料力学智慧学习平台，通过提供丰富多样的学习资源，方便学生随时、随地进行碎片化学习。通过信息化学习平台，开展线上线下融合的混合式教学。课前发布导学资料和学习任务，指导学生完成预习任务，培养学生的自主学习能力，通过学生反馈，了解学生实时的学习难点，及时调整教学方案。與课程教材配套的课前导学资料包括：教学PPT，教学视频（MOOC平台）、各学习小节的知识体系、学习方法建议、问题导学、解题指导、讨论问题、课前测试题目等;课堂教学过程中通过“超星学习通”APP开展各种活动，包括签到、选人、抢答、主题讨论、评分、问卷、课堂测试等。可以实时了解学生对课堂教学的掌握情况，以便有针对性地进行集体解答或个性化辅导。课后通过“学习通”布置作业，发布拓展学习资料。根据课程大数据分析，及时反馈教学效果和评估学生学习情况，收集学生的建议，改进教学内容。同时，利用“学习通”在线平台，可实时答疑，也为师生互动、生生互动提供了快捷、方便的渠道。教学实践表明，基于移动互联技术的智慧教学APP在教学过程中的应用，可以大大提升学生的主动学习热情，强化教学过程中的学生参与度，确保以学生发展为中心的教与学。

2.3 开展差异化、分层次教学，解决学习预期多样化问题

将学习内容，学习任务和作业要求按基础、标准、提高设置三个层次，学生根据自己的实际情况选择相应的层次，通过目标的设定，以闯关的形式进行学习，可以有效提高学生学习的自我效能感。在满足基本教学要求的基础上，对于学有余力，对未来持较高期望的学生适当进行“拔高”教学。而对基础较差，学习跟不上教学进度，学习期望不高的学生，在教学中适当降低难度，通过针对性辅导、答疑帮助他们树立信心，找到正确的学习方法，提高学习成绩。

2.4 加强目标导向，完善教学设计

课程目标应贯穿教学全过程，且能对毕业要求起到支撑作用。[5]材料力学课程目标包括：（1）知识目标。掌握材料力学的基本概念、基本公式、基本方法。（2）能力目标。掌握最基本的分析方法，培养建立力学模型的能力和解决复杂工程问题的能力。（3）素养与课程思政目标。培养学生批判质疑，交流沟通，团队合作、自主学习和终身学习的能力。培养学生具有初步的科学研究观和正确的工程伦理素养。根据布鲁姆认知理论，[6]目标（1）属于低阶目标，目标（2）、（3）属于高阶目标。新工科建设背景下应更加强调对高阶目标能力的培养。每个知识点的教学目标应和课程目标一致，且应清晰、可量测。在教学设计时，改变传统的依据课本内容而忽视教学目标进行教学设计的做法，采用先确定学习目标，然后确定教学过程，最后确定教学活动和教学评价的逆向教学设计。[7]凸显以学生为中心，目标导向的教学理念。

2.5 重构教学内容，突出重点难点，促进高阶目标达成

根据混合式教学的要求，设置30%左右的教学内容完全由学生自主学习，教师只进行答疑。其他内容课堂教学时也仅对重点和难点进行详细讲授。教学内容的重构体现了“突出重点，突破难点”的基本原则。让更多的教学时间用于开展讨论，案例分析，课堂测试，练习等活动，提高学生分析实际问题的能力、批判思维能力和创新的能力。 此外，围绕教学目标和拓展学习的需要，教学内容中还加入了一些课本上没有的内容，对于增加课程难度、拓展课程深度，积极推进课程内容更新起到了积极的作用。（1）融入大量实际工程案例。通过生活中和工程上具体案例的讲解，有效提高了学生的学习兴趣，激发了学习热情，同时也有利于对课本基础知识的理解和掌握;（2）增加材料力学发展史和著名力学学者介绍等人文内容。第一，有利于培养兴趣，增强科学素养，加深对课程知识体系的认识;第二，这部分增加内容成为很好的课程思政辅助内容，有利于价值塑造和引领;（3）增加课程相关的科学前沿内容。比如教学中介绍有限元求解材料力学问题的内容，简单介绍常用的有限元商业软件，如ANSYS、ABAQUS等，介绍利用MATLAB、EXCEL VBA求解材料力学的方法;介绍非线性材料力学的部分内容，介绍材料力学在复合材料力学中的应用等。科学前沿内容的介绍有利于拓展学生知识视野，培养学生创新意识。

2.6 开展基于工程案例和问题的启发式教学

教学中，通过引入大量工程案例进行分析和讨论，启发学生对工程问题本质的理解，学会正确的工程问题力学建模方法。比如，讲授“压杆稳定”时，设计了这样的案例：“为什么一根细长金属杆所受的最大应力没有超过强度许用应力，却破坏了？如何解释这种现象？”在“动荷载”教学中，引入了“九江大桥受货船撞击破坏的工程案例。让学生思考冲击动荷作用下的结构安全问题”等等，既激发学习兴趣，又使学生尽快明确学习目的。同时，引导学生结合课程内容，由浅入深，层层递进地分析并解决这些与材料力学相关的实际案例，培养学生分析问题和解决问题的能力。[8]通过对实际问题的演算，掌握了工程结构中构件的承载能力分析的计算方法，培养了在工程设计中有关力学方面的分析计算能力，以及严谨的科学推理、严密的逻辑思维、正确的工程问题表达能力。通过启发、引导式教学，在力学与工程实际问题的结合中培养了创新意识，提高了分析问题和解决问题的能力。

2.7 加强过程评价，健全评价体系

改革教学评价方式，强化过程考核，建立了科学、客观的学习激励和成绩评价体系。

成绩评定标准为：总评成绩=过程成绩（40%）+期末考试（60%）。

期末成绩按百分计，采用闭卷笔试的方式，题型为案例分析计算题，题量为6-7题，考试时间为100分钟。

过程成绩按百分计，由学生的预习任务完成情况，作业、学习讨论、课前测试、课堂测试、资料阅读情况、阶段学习考试、教学视频观看学习等多方面综合测评构成，并对表现突出者给予适当加分。

学习过程评价还包括绘制思维导图，录制题目讲解视频，课堂讲解表达能力，小组协作完成任务，撰写小论文等综合能力的考核。评价方式可以是教师评价，学生自评以及生生互评。过程学习考核均通过“学习通”平臺记录完成，从而做到学习评价的客观、公正、可量、可测。

3 改革成效

材料力学教学改革实践表明，学生到课率高，课堂听讲认真，互动积极，参与度高，思维较活跃，能够做到应答积极，具有较高的求知欲和专注度。（1）通过改进教学方法增强了学生学习的兴趣，提高了学习效率;（2）课堂吸引力提高，课堂教学出勤率高（95%以上）;（3）作业完成情况较好，能够保证在规定时间保质保量完成并提交作业;（4）主动参与课堂和课后学习、讨论的情况较好，能够积极完成布置的拓展阅读任务，能够积极思考问题，提出问题，参与问题讨论;（5）学生批判思维能力和创新实践能力显著提升。具体表现在通过开展开放式、讨论式教学，学生表现出对很多问题强烈的探究精神。对于一些问题的求解能够勇于提出自己的见解，批判性的去讨论和分析问题。同时，对所学理论内容能密切联系实际，积极思考理论是如何求解实际问题的，不断提高解决实际工程问题的能力。

4结语

新工科背景下，应树立“以学为中心”的教学理念，强化目标（结果）导向，重塑教学内容，改革教学模式，创新教学方法，改革评价体系。教学中做到细化学习任务，确保作业质量;师生有效互动，疑问及时解决;问题导向为本，密切联系实际;注重过程考核，评价体系合理。从而有效激发学生学习兴趣，强化课堂教学效果，促进学生自主学习，提升课程挑战度，培养学生解决复杂问题的能力。

基金项目：中南大学教育教学改革项目（2020jy065-2）;湖南省普通高等学校课程思政建设研究项目（HNKCSZ- 2020-0050 ）

参考文献

[1] 陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017（03）：26-32.

[2] 吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[3] 谢幼如，黄瑜玲，黎佳等.融合创新，有效提升“金课”建设质量[J]. 中国电化教育，2019（11）：9-16.

[4] 赵炬明，高筱卉.关于实施“以学生为中心”的本科教学改革的思考[J].中国高教研究， 2017，000（008）：36-40.

[5] 顾佩华，胡文龙等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（01）：27-37.

[6] 李芳.布鲁姆分类学与美国大学TBL应用——基于美国德克萨斯大学TBL经验[J].比较教育研究，2014，036（005）：59-64.

[7] 钟志贤.建构主义学习理论与教学设计[J].电化教育研究，2006（5）：10-16.

[8] 张一晨.以培养科学思维为目标的教学策略选择[J].中国教育学刊，2016（S2）：85.