工程教育認(rèn)證背景下農(nóng)林院校材料力學(xué)課程教學(xué)改革

侯文慧 葛俊 張大山 王玉偉 劉莉

摘 要： 材料力學(xué)課程是農(nóng)林院校眾多機(jī)械類專業(yè)工程教育認(rèn)證的重要核心課程，課程內(nèi)容多，課時緊縮，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已無法滿足新時代人才培養(yǎng)的需求。以工程教育認(rèn)證理念為指導(dǎo)，從課程思政的融入、基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型教學(xué)模式和多元化的教學(xué)評價等方面探索了課程的教學(xué)改革，以期提高學(xué)生的政治素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，拓展學(xué)生的視野，從而實現(xiàn)課程目標(biāo)，改善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；材料力學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)模式；教學(xué)評價

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1795（2023）08-0125-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.08.022

0 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是我國高等教育的重要組成部分，優(yōu)化了我國工程人才培養(yǎng)模式，實現(xiàn)了與國際工程教育的接軌[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證理念融入了先進(jìn)教育理念，為工程教育專業(yè)建設(shè)指明了發(fā)展方向，強(qiáng)調(diào)專業(yè)以學(xué)生為中心，評估體系基于產(chǎn)出成果的質(zhì)量，不僅順應(yīng)我國目前人才培養(yǎng)的社會需求，更強(qiáng)調(diào)了持續(xù)改進(jìn)機(jī)制下培養(yǎng)模式的可持續(xù)發(fā)展性[2]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是確保畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向的合格性評價。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)積極投入了專業(yè)認(rèn)證工作，深入分析了新時代對人才培養(yǎng)的需求，對專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行了改革和完善，并細(xì)化了具體的畢業(yè)要求和對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，更加注重對學(xué)生主體能力的培養(yǎng)。

材料力學(xué)是農(nóng)林院校機(jī)械類專業(yè)重要的必修課，為后續(xù)專業(yè)課程的開展奠定基礎(chǔ)，在各專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案中有不可或缺的地位[3]。它主要涉及固體力學(xué)和材料科學(xué)兩個學(xué)科，研究桿、軸、梁等研究對象的宏觀力學(xué)行為。在專業(yè)認(rèn)證背景下，隨著專業(yè)人才培養(yǎng)計劃的調(diào)整，材料力學(xué)課程的學(xué)時不斷被壓縮，課程理論邏輯性和應(yīng)用性很強(qiáng)，概念抽象、內(nèi)容復(fù)雜、公式晦澀難懂，學(xué)生理解起來比較困難，因此缺乏對學(xué)科的興趣。目前課堂多以教師為主體進(jìn)行PPT 講解，學(xué)生被動接受知識，參與課堂的程度較低[4]。傳統(tǒng)的“教師為主體，以教為中心”教學(xué)模式已不滿足信息化時代下對新工科人才的培養(yǎng)需求[5]。隨著教育信息化技術(shù)的普及，學(xué)生主體意識的提高，工程教育“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”理念的深入，材料力學(xué)的教學(xué)改革勢在必行。本研究探索新型的教學(xué)模式，多元化的評價方法，實現(xiàn)在有限時間內(nèi)將抽象的知識講解清楚，并充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高課程參與度，鍛煉學(xué)生應(yīng)用知識的能力，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證提出的人才培養(yǎng)需求。

1 深入挖掘思政元素和德育功能

課程思政指將思想政治教育寓于課程教學(xué)實踐中，使學(xué)生在提升專業(yè)技能的同時，提高思想政治素質(zhì)，以實現(xiàn)全課程育人[6]。作為新時代的教師應(yīng)時刻秉持以德樹人的教育理念，堅持理論學(xué)習(xí)，不斷促進(jìn)自身思政水平的提升，做到集學(xué)術(shù)素養(yǎng)和道德素養(yǎng)于一身，加強(qiáng)思政教育與教學(xué)相融相通，力求為國育人，為黨育才。立足課程思政的現(xiàn)代課程觀，對材料力學(xué)課程重新認(rèn)識、重新定位和重新塑造了教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生在具備課程知識和分析問題能力的基礎(chǔ)上，將激發(fā)愛國熱情、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、鍛煉實踐能力、堅定建設(shè)科技強(qiáng)國信念的課程思政目標(biāo)融入其中，貫穿于課程教學(xué)大綱的各個單元，實現(xiàn)課程思政建設(shè)與教學(xué)目標(biāo)的契合，與教學(xué)內(nèi)容的融合，與教學(xué)素材的整合，與教學(xué)過程的結(jié)合。

在材料力學(xué)課程的緒論課中，介紹本門課程的研究對象，以中國在建筑、土木等方面取得的成就為切入點(diǎn)，融入我國從遠(yuǎn)古先民至現(xiàn)代社會在材料學(xué)上的智慧與貢獻(xiàn)，如隋代的趙州橋及遼代的應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔等歷經(jīng)數(shù)次的地震不倒，其中包含了對材料的深度分析與人文藝術(shù)的結(jié)合。以橋梁為例講述強(qiáng)度的術(shù)語概念時，通過“十三五”巡禮視頻展示我國在橋梁建設(shè)上取得的成就，向同學(xué)們樹立銳意進(jìn)取、充滿新鮮活力的大國形象，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自信，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的動力。在講述第二章泊松比的概念時，介紹教材中錢偉長院士（ 中國近代“ 力學(xué)之父” ，“應(yīng)用數(shù)學(xué)之父”）棄文從物的故事，弘揚(yáng)愛國精神，鼓勵勇于探索、敢于創(chuàng)新的科研精神。講解第七章梁的應(yīng)力計算與強(qiáng)度設(shè)計時，鼓勵學(xué)生思考影響正應(yīng)力的因素，引導(dǎo)學(xué)生討論提高梁強(qiáng)度的措施，并通過現(xiàn)實中出現(xiàn)的橋梁坍塌事故，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和精益求精的工匠精神。講解第十三章穩(wěn)定性的概念時，穩(wěn)定性指受到干擾，保持平衡形式不發(fā)生突然轉(zhuǎn)變的能力。引申學(xué)生們在大學(xué)生活中極易受到各種誘惑，引導(dǎo)學(xué)生堅定初心，抵擋誘惑，砥礪前行。

2 開展基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型教學(xué)模式

隨著以“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的新一輪信息技術(shù)革命飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的教育教學(xué)理論與實踐正經(jīng)歷技術(shù)性轉(zhuǎn)化和模式化變革。當(dāng)前背景下，智能手機(jī)與筆記本電腦已成為學(xué)生的必備，教師應(yīng)順應(yīng)時代潮流，利用好信息化技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性[7-8]。根據(jù)材料力學(xué)課程的特點(diǎn)及學(xué)校的課時安排，結(jié)合自身對教學(xué)內(nèi)容的感悟、體驗、靈感和經(jīng)驗，鉆研教材，詳細(xì)劃分知識點(diǎn)，并設(shè)置不同層次的主題，建立主題之間的聯(lián)系，將知識進(jìn)行重構(gòu)。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合線上線下的優(yōu)勢，采用智慧型教學(xué)工具，形成良好的教學(xué)模式。

2.1 線上線下混合式教學(xué)模式

當(dāng)前社會背景下，線上教學(xué)已然成為線下教學(xué)的有力補(bǔ)充，達(dá)成了教學(xué)活動在時間和空間上的有效延伸[9]。線上線下混合式教學(xué)模式可以將課程教學(xué)分解為課前、課中和課后3 個階段。課前，通過線上教學(xué)平臺完成導(dǎo)入，明確該部分的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生對該部分知識點(diǎn)有一個初步認(rèn)識，提出問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探索，從而調(diào)動學(xué)生的積極性；課中，設(shè)計多樣的課堂活動（討論），增進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用知識解決復(fù)雜工程問題；課后，通過督促學(xué)生完成習(xí)題訓(xùn)練，拓展探究實現(xiàn)知識點(diǎn)的鞏固，加深對知識的理解，促進(jìn)知識的運(yùn)用。

線上線下混合式教學(xué)應(yīng)以課程章節(jié)為主線，經(jīng)過深度分析與重構(gòu)，對每一章節(jié)的知識點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分，合理設(shè)置線上與線下的教學(xué)比例和內(nèi)容。線上課程應(yīng)設(shè)置為對各專業(yè)具有普適性的內(nèi)容，如材料力學(xué)的研究任務(wù)、基本假設(shè)和應(yīng)力應(yīng)變等術(shù)語，典型材料的力學(xué)性能、剪應(yīng)力互等定理及平面圖形的幾何性質(zhì)等。線下課程講解習(xí)題、工程案例，課堂活動應(yīng)考慮授課對象的專業(yè)，有一定的傾向性。如針對土木工程專業(yè)的學(xué)生，講解第六章內(nèi)力計算時可以以鋼架為例分析計算內(nèi)力，講解穩(wěn)定性時可以以桁架為例進(jìn)行安全分析；針對機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生，彎扭組合計算以齒輪軸為例，講解軸同時受到彎曲與扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力。課后通過線上測試和拓展訓(xùn)練，鞏固課堂知識，鍛煉學(xué)生應(yīng)用知識分析問題的能力。以彎曲應(yīng)力分析與強(qiáng)度計算為例，展示混合式教學(xué)的思路，如圖1 所示。

2.2 基于雨課堂的互動式教學(xué)模式

雨課堂是面向全社會開放的智慧型混合式教學(xué)工具，利用雨課堂可以方便地開展互動式的教學(xué)，較大程度上提高學(xué)生在課堂上的參與度，真正做到以學(xué)生為中心，加強(qiáng)學(xué)生的主動性與參與度，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、廣泛討論與深入思考[10]。教師可以在課前推送課件、視頻等資料，學(xué)生可以預(yù)習(xí)本次課的內(nèi)容，課上學(xué)生可以通過掃碼進(jìn)入課堂（簽名），教師可以發(fā)布習(xí)題訓(xùn)練，實時指導(dǎo)學(xué)生。如發(fā)布選擇題和填空題可以檢驗學(xué)生的預(yù)習(xí)和聽課效果；發(fā)布觀點(diǎn)題可以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，促進(jìn)互動討論，使學(xué)生對知識的理解更加深刻；隨機(jī)點(diǎn)名可以抽取學(xué)生回答問題，從而增加與學(xué)生的互動。另外，利用雨課堂可以與學(xué)生進(jìn)行彈幕互動，及時了解學(xué)生的疑惑與心理狀態(tài)，為教師調(diào)整教學(xué)提供了依據(jù)。課后可以發(fā)送拓展型的思考，推送學(xué)習(xí)資料，拓寬學(xué)生的知識面。

2.3 基于翻轉(zhuǎn)課堂的案例式教學(xué)模式

工程教育專業(yè)認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以目標(biāo)為導(dǎo)向的育人模式，因此材料力學(xué)課程設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[11]。翻轉(zhuǎn)課堂的課前預(yù)習(xí)視頻是以學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)為主，布置主題，如工程案例的分析，并對學(xué)生進(jìn)行分組，鼓勵學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，自主探索案例相關(guān)知識，并開展課前小組討論；課上由學(xué)生匯報對主題的調(diào)研與討論情況，教師給予點(diǎn)評與指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合學(xué)科對工程案例進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識解決工程問題的能力；課后利用思考題、習(xí)題、仿真訓(xùn)練和科研訓(xùn)練進(jìn)行知識拓展，了解本領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展、最新的成果，形成教學(xué)促科研的形式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

3 開展多元化評價方式

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，建立科學(xué)、客觀及公正的評價方法及體系對于高質(zhì)量人才的培養(yǎng)具有極其重要的導(dǎo)向作用[12]。因此，基于多智慧平臺開展多元化的考核方式，對于科學(xué)評價學(xué)生的綜合表現(xiàn)十分重要。學(xué)生的日常成績來源于多個渠道：線上線下學(xué)習(xí)記錄，課堂互動和課后的拓展測試情況等。如通過雨課堂生成的課程報告統(tǒng)計學(xué)生的成績，可以細(xì)化到每道題的成績分布，從而了解所有學(xué)生對每個知識點(diǎn)的掌握程度。線上教學(xué)的報告可以統(tǒng)計學(xué)生線上學(xué)習(xí)的時長，參與討論的次數(shù)，完成測試的情況等，為客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果提供量化的依據(jù)。線下開展教學(xué)活動的同時，開展主觀評價和學(xué)生的自我評價，不斷完善考核機(jī)制。如期末時可以批量導(dǎo)出每次課的雨課堂成績統(tǒng)計，如圖2 所示為第二、三章的綜合測評成績統(tǒng)計，主要考察了學(xué)生對軸向載荷產(chǎn)生應(yīng)力和變形情況，軸向拉伸時各種材料表現(xiàn)的性能。散點(diǎn)圖橫坐標(biāo)代表每個學(xué)生的代碼序號，通過觀察圖中每個個體的達(dá)成度可以發(fā)現(xiàn)哪些學(xué)生還沒能掌握這些知識點(diǎn)，應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注；雨課堂統(tǒng)計還可以針對每道題進(jìn)行成績統(tǒng)計，使教師更詳細(xì)地了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度；通過對每次課數(shù)據(jù)的橫向分析，了解學(xué)生對知識掌握的脆弱部分。如有些學(xué)生對術(shù)語概念上掌握的較好，但涉及知識的深層理解及應(yīng)用就有所欠缺。對于這類知識點(diǎn)，講解時應(yīng)著重進(jìn)行分析，使學(xué)生能深刻理解知識點(diǎn)，并結(jié)合實際案例提高學(xué)生對知識的應(yīng)用能力。如講解材料的性能時，不僅要注重材料的外在表現(xiàn)，更應(yīng)探究其內(nèi)在原因，并在講解應(yīng)力狀態(tài)時予以結(jié)合。

4 課程改革成效

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型教學(xué)模式真正做到了以學(xué)生為中心，給予學(xué)生自主思考的空間，培養(yǎng)了學(xué)生自主探索知識的興趣?；旌鲜浇虒W(xué)通過簡短的線上視頻細(xì)分了知識點(diǎn)，提高了教學(xué)效率，減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)；線下通過組織豐富的課堂活動，如案例分析、主題討論和翻轉(zhuǎn)課堂將知識點(diǎn)深化，在傳授知識的同時，提高學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力；利用雨課堂大大提高了學(xué)生參與課堂的程度，活躍了課堂氣氛，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，增加了師生間的互動，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2019 和2020 級車輛工程專業(yè)的課程目標(biāo)達(dá)成度對比如圖3 所示，采用新型教學(xué)模式使2020 級學(xué)生的期末成績得到顯著的提升。本門課程共有3 個課程目標(biāo)，課程目標(biāo)1 要求學(xué)生熟悉工程材料的機(jī)械性能，掌握工程設(shè)計計算的基本原理與方法，通過對比圖及試卷的詳細(xì)分析，看出學(xué)生對于概念術(shù)語的理解不再停留在表層，涉及深層知識應(yīng)用的題目得分率得到了提升。課程目標(biāo)3 強(qiáng)調(diào)總體方案設(shè)計與綜合評價，通過新型教學(xué)模式的開展，學(xué)生的綜合分析能力得到了提高。另外，指導(dǎo)學(xué)生參加力學(xué)競賽，多名同學(xué)獲得較高獎項；積極開展線上線下知識拓展，通過課程設(shè)計等大作業(yè)的實踐鍛煉，提高了學(xué)生解決實際工程問題的能力。

5 結(jié)束語

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，秉持“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出導(dǎo)向”的教育理念，持續(xù)探索和改進(jìn)材料力學(xué)的教學(xué)模式。通過融入課程思政元素，弘揚(yáng)愛國精神，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，勇于擔(dān)當(dāng)?shù)呢?zé)任意識，實現(xiàn)價值引領(lǐng)；打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以學(xué)生為中心開展整個教學(xué)活動，發(fā)揮專業(yè)教師課程育人的主體作用，基于智慧平臺開展“互聯(lián)網(wǎng)+”的多元化教學(xué)模式，將知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰λ刭|(zhì)的培養(yǎng)；開展多元化的評估，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，提高教學(xué)效率。最終借助信息技術(shù)實現(xiàn)具有創(chuàng)新性的教學(xué)設(shè)計、新穎的教學(xué)模式、多元化的考核方式，融合素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)，教學(xué)成效顯著的課堂。

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