“金課”視角下基于翻轉(zhuǎn)課堂的《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革與實踐

李霄琳　周立明

【摘 要】基于教育部提出的避免"水課"、打造"金課"的新要求，對《材料力學(xué)》課程進(jìn)行了教學(xué)改革，主要包括：前沿性、時代性教學(xué)內(nèi)容和先進(jìn)性、互動性教學(xué)形式的設(shè)計;學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維的培養(yǎng)以及多元化考核評價體系的建立。通過以上措施，打造“兩性一度”的《材料力學(xué)》課程。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)改革

中圖分類號： O341-4;G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0156-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.067

Teaching Reform and Practice of "Mechanics of Materials"Course Based on Flipped

Classroom Aiming at"Gold Lessons"

LI Xiao-lin1 ZHOU Li-ming1，2

（1.College of construction engineering，jilin university，Changchun Jilin 130026，China;

2.School of mechanical and aerospace engineering， jilin university，Changchun Jilin 130026，China

【Abstract】Based on the Ministry of Education's new requirements of avoiding"water lessons"and creating"gold lessons"，the teaching reform of"Mechanics of Materials"was carried out，mainly including：the design of cutting-edge and contemporary teaching contents and advanced and interactive teaching forms;Students' comprehensive ability to solve complex problems，cultivation of advanced thinking and establishment of diversified assessment and evaluation system. ?Through the above measures，we will create a "advanced、creationary and challenging"course of"Mechanics of Materials".

【Key words】Mechanics of Materials;Flipped Classroom;Teaching Reform

2018 年8月，教育部印發(fā)了《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》提出“各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，要提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，拓展課程深度，擴(kuò)大課程的可選擇性，淘汰‘水課、打造具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度（兩性一度）的‘金課”。

材料力學(xué)課程作為一門面向機(jī)械類、土木類、交通類、材料類等工科類本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。它為工程設(shè)計提供了有關(guān)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計算的理論和方法，與工程實際聯(lián)系緊密，構(gòu)筑了作為工程技術(shù)根基的力學(xué)知識體系結(jié)構(gòu)，是奠定學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)知識與工程專業(yè)技能的重要課程。一直以來材料力學(xué)課程作為大面積專業(yè)基礎(chǔ)課，多實行以教師講授為主的“滿堂灌”、“填鴨式”大班授課模式，課堂內(nèi)容重經(jīng)典、缺乏時代性，教學(xué)方法重理論、缺乏實踐性，學(xué)生被動接受知識，缺乏學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新意識。顯然這樣的授課模式與打造“金課”的目標(biāo)背道而馳，因此實施材料力學(xué)課程的教學(xué)改革已經(jīng)是迫在眉睫的事情。

此外隨著“翻轉(zhuǎn)課堂”“慕課”“微課”等新型教學(xué)模式的涌現(xiàn)，目前已經(jīng)有很多高校開展了相應(yīng)的教學(xué)實踐[1-3]，其中翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式從2012年起被國內(nèi)教育工作者認(rèn)識并逐步被接受，目前已經(jīng)成為教師們認(rèn)同和喜愛的教學(xué)方式之一。而且經(jīng)過多年多校翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實踐[4-6]，證實了翻轉(zhuǎn)課堂是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的一個有效授課手段。此外翻轉(zhuǎn)課堂的實施，拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的時間和空間，學(xué)生可以在課前通過教師提供的學(xué)習(xí)資源完成部分知識點的自學(xué)，由此給教師提供了充足的課內(nèi)時間為學(xué)生們介紹前沿性、時代性的教學(xué)內(nèi)容，開展多樣的課程實踐和研討課，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。為此我校建設(shè)工程學(xué)院材料力學(xué)教研組開展了小班授課環(huán)境下材料力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革，使課堂教學(xué)從傳統(tǒng)“靜態(tài)的、被動的、個人的、接受式的”以“教為中心”的教學(xué)范式走向“互動的、參與的、合作的、探究的”以“學(xué)為中心”的新范式。

1 前沿性、時代性的教學(xué)內(nèi)容

在授課過程中引入周培源力學(xué)競賽的部分內(nèi)容，提高課程的深度，加深學(xué)生對材料力學(xué)基本知識的理解;在授課過程中引入與材料力學(xué)課程知識相關(guān)的國內(nèi)外最新研究動態(tài)并結(jié)合自己的科研課題向同學(xué)介紹當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的研究前沿，提高課程的高度;將實際工程案例引入課程，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的材料力學(xué)知識對實際工程問題進(jìn)行分析，提高課程的廣度，由此打造具有深度、高度、廣度和前沿性、時代性的材料力學(xué)課程。

2 先進(jìn)性、互動性的教學(xué)形式

2.1 材料力學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的搭建

當(dāng)今的大學(xué)生大多是互聯(lián)網(wǎng)時代的原住民，他們對于新鮮事物的接受能力很強(qiáng)，對于圖形、視頻等的接受程度很高，而對于傳統(tǒng)教材卻難以專心閱讀和學(xué)習(xí)。因此，在材料力學(xué)授課過程中選擇了部分知識點進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，錄制微視頻上傳至教學(xué)平臺供學(xué)生課前學(xué)習(xí)，由此不僅鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力而且節(jié)省了課堂教學(xué)的時間。此外在教學(xué)平臺上還提供了便于學(xué)生拓展知識面的資源、豐富的思考題、練習(xí)題等，供學(xué)生參考學(xué)習(xí)或自主測試，組織在線測驗等。構(gòu)建“個體自學(xué)、同伴助學(xué)、網(wǎng)絡(luò)拓學(xué)、實踐研學(xué)、展示互學(xué)和教師導(dǎo)學(xué)”的材料力學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)新模式，打造以學(xué)生為中心的課堂。

2.2 “學(xué)習(xí)通”等軟件的應(yīng)用

在材料力學(xué)授課過程中利用了超星學(xué)習(xí)通的簽到功能，節(jié)省了學(xué)生出勤考核的時間。設(shè)計眾答、搶答和小測驗等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生及時了解自己掌握知識的情況及班上的成績排名，老師也可以及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，便于教學(xué)方式的設(shè)計。此外在研討課環(huán)節(jié)利用分組任務(wù)的模塊功能，便于統(tǒng)計小組成員的平時成績。

2.3 材料力學(xué)研討課的開展

在材料力學(xué)授課過程中引入一些研討課，目的是為了給學(xué)生們創(chuàng)造在合作環(huán)境下進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)的機(jī)會，使學(xué)生體驗探索式的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生探求知識的興趣。研討課具體實施時采用小班式、分主題、研討式教學(xué)模式。課程主要包括：研討內(nèi)容設(shè)計、學(xué)生課前查閱資料、課堂展示、課后撰寫報告、評定成績五個環(huán)節(jié)，其中研討內(nèi)容的設(shè)計是研討課效果好壞的關(guān)鍵，愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師?！币虼耍覀兊慕虒W(xué)團(tuán)隊在設(shè)計研討內(nèi)容時依據(jù)積累的科研和教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合課程培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)情，精心設(shè)計能夠激發(fā)學(xué)生興趣，觸動學(xué)生思維神經(jīng)的研討主題，主要分為工程型、科學(xué)前沿型、軟件應(yīng)用型等類型，其中工程型是為了提高學(xué)生們對實際結(jié)構(gòu)的抽象建模能力，以研討課的形式發(fā)布任務(wù)讓同學(xué)們分組用手機(jī)拍攝身邊可以用材料力學(xué)知識分析的結(jié)構(gòu)，繪制計算簡圖，分析結(jié)構(gòu)的受力和變形特征。軟件應(yīng)用型是為了激發(fā)學(xué)生利用軟件對復(fù)雜工程問題進(jìn)行力學(xué)分析的興趣，讓同學(xué)們通過查閱資料，介紹自己感興趣的一種或幾種數(shù)值模擬軟件。科學(xué)前沿型是為了使學(xué)生了解學(xué)科前沿，拓寬學(xué)術(shù)視野，同樣以研討課的形式發(fā)布任務(wù)讓同學(xué)們分組搜集新材料的相關(guān)資料，了解新材料的力學(xué)性能和應(yīng)用領(lǐng)域，并在課上分享給大家。

3 解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維的培養(yǎng)

3.1 數(shù)值模擬軟件操作實踐

隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，給工程分析，科學(xué)研究都帶來了急劇革命性的變化，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)值模擬軟件，能夠利用軟件對工程問題進(jìn)行數(shù)值計算，這是當(dāng)前時代對工程科技人才提出的新要求，為此在授課過程中向?qū)W生介紹數(shù)值模擬軟件ansys的基本操作以及如何利用軟件對材料力學(xué)問題及工程問題進(jìn)行模擬分析。借助軟件將抽象的力學(xué)概念，直觀形象地展示出來，便于同學(xué)們理解，并且通過軟件對所學(xué)的理論加以驗證，在此基礎(chǔ)上結(jié)合自己的科研課題介紹復(fù)雜工程問題的數(shù)值求解過程，培養(yǎng)學(xué)生利用軟件解決實際工程問題的能力。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計力學(xué)實踐活動

利用學(xué)習(xí)通發(fā)布任務(wù)，讓學(xué)生使用發(fā)放的指定材料，設(shè)計并制作一個簡單結(jié)構(gòu)，并通過加載實驗測試模型的承載能力。學(xué)生在利用所學(xué)的材料力學(xué)理論知識的基礎(chǔ)上，可以借助CAD軟件進(jìn)行快速建模，利用ansys軟件進(jìn)行力學(xué)分析，此外還可以利用材料力學(xué)課程實驗的實驗設(shè)備和實驗方法對材料的力學(xué)性能進(jìn)行實驗測試，由此不僅通過實踐加深了學(xué)生對材料力學(xué)理論的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生利用軟件解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。

4 即時診斷

在翻轉(zhuǎn)課堂授課過程中要經(jīng)常對學(xué)生的知識點掌握情況進(jìn)行診斷，如果學(xué)生自主學(xué)習(xí)部分的知識點掌握地不好就在課堂上對此部分知識進(jìn)行講解，即時診斷的方式可以采用在線測驗、問卷調(diào)查等方式。

5 課程考核

在材料力學(xué)的課程考核方面遵循“重視基礎(chǔ)，挖掘深度，激發(fā)智慧”的原則，提高傳統(tǒng)課程考核的難度，對最終成績進(jìn)行設(shè)計，分成五個部分，包括：期末考試，材料力學(xué)試驗，線上自主學(xué)習(xí)表現(xiàn)，實踐課、研討課表現(xiàn)，作業(yè)綜合評定。主要考核學(xué)生靈活運用基本概念和基本理論的能力，分析和解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新思維能力。

6 結(jié)語

材料力學(xué)的課程改革是一個持續(xù)的探索過程，構(gòu)建以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以傳授知識為中心，以解決問題為目的，以創(chuàng)新實踐為特點的課堂;培養(yǎng)學(xué)生主動獲取知識，靈活運用知識，解決實際問題的能力;旨在通過教學(xué)與研究、教學(xué)與實踐、教學(xué)與創(chuàng)新的結(jié)合，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的創(chuàng)新型科技人才。在教學(xué)內(nèi)容上堅持“力學(xué)知識與工程案例、動手實踐相結(jié)合”和“興趣與挑戰(zhàn)相結(jié)合”，在教學(xué)設(shè)計上堅持“先進(jìn)技術(shù)與多元混合教學(xué)模式相結(jié)合”，在教學(xué)過程中堅持“啟發(fā)引導(dǎo)和師生互動相結(jié)合”，由此打造“兩性一度”的材料力學(xué)課程。

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