以學生學為中心的結構力學課程教學改革

張新春　汪玉林

[摘要]課題組通過剖析傳統(tǒng)高等教育結構力學課程教學難、學生學不會和不感興趣等特點，進行了新工科背景下結構力學課程教學改革與創(chuàng)新方案的探索。課題組以大學生學為中心，基于移動互聯(lián)網背景，提出了一種線上和線下相結合的混合式教學模式，激發(fā)了學生學習結構力學的興趣。此外，在結構力學課程教學過程中課題組教師還融入了思政教育，將思政教育與工程實踐相結合，進一步培養(yǎng)學生的愛國情懷。

[關鍵詞]結構力學;課程改革;新工科;學生學為中心

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號]2095—3437（2021）01—0072—04

結構力學課程是高等工科院校近土木類各專業(yè)的專業(yè)基礎課，其任務是讓學生在學習理論力學和材料力學等課程的基礎上，進一步學習由桿件所組成結構的計算原理和方法，了解各類結構的受力特征，具備熟練的結構分析、計算能力和良好的科學素質、解決工程問題的綜合能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學習和研究打下必要的基礎。可見，學好結構力學課程是非常重要的。

然而，在結構力學課程教學過程中存在著很多問題。其一，對任課教師而言，當前課程傳統(tǒng)教學模式單一，教師多習慣于板書形式講授，把結構力學知識點講得清清楚楚，習慣于只要學生最后考試及格就算通過的考試制度;其二，對學生而言，結構力學枯燥、難學難懂，學生對結構力學課程不感興趣，上課積極性不高，認為“及格萬歲”;其三，結構力學課程最終考核方式單一，主要以期末閉卷考試為主，很多學生為了應付期末考試，在最后考試階段死記硬背考試內容，這與我們?yōu)榱伺囵B(yǎng)學生分析和解決問題的能力而教學的目的相違背;其四，結構力學課程的傳統(tǒng)教學普遍偏重理論，遵循“教材內容→課件制作→課堂講授→作業(yè)解題”的標準過程，學的知識難以和工程實際相聯(lián)系。由于結構力學課程本身較難，注重理論的講解方式會讓學生覺得枯燥無味，喪失學習的興趣。

在結構力學授課過程中，教師要改變理念、改變傳統(tǒng)習慣，讓啟發(fā)式教學、課堂互動式教學、課題討論式教學、非標準答案考試成為課程教學常態(tài)。結構力學的教學改革首先應明確三個教學目標：一是使學生獲得足夠的知識，更能參與到創(chuàng)造新知識的過程中;二是使學生習得一種思維方式，更能夠勝任未來任何的職業(yè);三是使學生的學習從被動的行為轉化為自主的行為。為了達到這三個目標，結構力學課程改革切確實了解學生需求，以大學生學為中心來進行教學改革。以學生為中心的教學本質為：教學就是教學生如何學，學什么，怎么學，教學生“樂學”“會學”“學會”。其中“會學”是核心，要“會自己學、會思中學、會做中學”。近年來，以學生學為主體的教育理念已被廣大高校推廣。我們只有在課程教學過程中改變理念，為教學改革投入更多時間，不斷拓展教學廣度，建立“以學生學為中心”的課程教學改革，才能提高人才培養(yǎng)質量，真正體現(xiàn)大學作為學術殿堂和教育最本真的內涵。

一、課程改革背景

以學生學為主體進行課程改革，要考慮兩個背景。一是新工科建設的背景。新工科建設是建設五個新理念：新標準、新模式、新方法、新技術、新文化?！疤齑笮袆印敝幸裁鞔_表示要“問學生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段”。因此，結構力學課程改革不僅要從學生學入手，更要推陳革新，摒棄舊的觀念，以培養(yǎng)學生的興趣和創(chuàng)新能力為主導。二是學生心理背景。要了解學生心理背景，就要及時了解學生的上課情況，以及對課程的認知與想法。為此，課題組采用問卷調查的形式對學生進行了調查，并對調查結果進行統(tǒng)計，調查結果如圖1所示。調查結果顯示，個別學生的平時成績與考試成績相悖，平時成績和過程考核成績很好，但期末考試成績卻相差甚遠;有的學生作業(yè)不整齊，但考試成績很好。調查還顯示：可能存在個別學生平時作業(yè)抄襲現(xiàn)象;課堂上思維比較活躍、坐在前排以及上課認真聽講的學生，考試成績普遍偏好;平時聽課，總是坐在后面以及不交作業(yè)的學生，期末考試成績普遍偏低。

基于以上兩個背景和以學生為主體的教育理念，課題組認為以學生學為中心的結構力學課程改革應從以下四個方面人手，如圖2所示。一是在課堂教學中讓學生主導課堂，教師與學生不斷互動，真正啟迪學生思維，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力;二是課堂教學中采用線上和線下相結合的混合教學模式;三是在課堂教學中融入思政教育，培養(yǎng)學生的愛國情懷;四是考試采用綜合考核模式，而不是傳統(tǒng)的“一卷式”期末考試。

二、以學生學為中心的課程改革方案

（一）以學生學為中心的教學要強調學生在課堂的主導地位

以學生學為中心，要將課堂的主導人從教師換位為學生，相比于傳統(tǒng)的以教師講解為中心的課堂，學生主導課堂更容易激發(fā)學生的學習興趣。學生主導課堂有兩個要求：1.教師在上課時對學生進行啟發(fā)式教學。（1）對學生提出疑問?？梢酝ㄟ^生活中常見的例子引入問題，吸引學生的興趣。例如：雞蛋的外殼又薄又脆，為什么用手使勁握它，雞蛋卻很難捏破呢？又如在講靜定結構時給學生看穩(wěn)定的桁架結構（比如輸電鐵塔結構），反問：如果拆掉其中一根桿會怎樣？（2）讓學生提出問題。每章節(jié)結束后讓學生對所學內容提出自己不懂的地方或者是拓展問題。學生主導課堂能夠培養(yǎng)學生獨立思考，自主學習的習慣。2.課件的制作也要以學生學為中心，強調學生的主導地位。以學生學為中心是課件設計制作的靈魂。課件制作強調重點突出、圖文結合、簡潔清楚、教學用具合理運用、巧用動畫、引用典型工程案例、互動恰當、習題鞏固。優(yōu)秀的課件不僅能夠清楚地展示知識，還應從學生角度出發(fā)，幫助學生理解和運用知識，讓學生的基礎知識功底更為扎實，為培養(yǎng)卓越優(yōu)秀的工程師打下基礎。

（二）以學生學為中心的教學應采用混合教學模式

以學生學為中心的教學應采用線上線下、課上課下相結合的混合教學模式來培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力。

線上線下指利用現(xiàn)有網絡和軟件，通過網絡和課堂混合的方式對學生進行教學。其一，通過合理使用課堂派等軟件，能夠快速考勤、分發(fā)資料、查收作業(yè)等，縮減其占用課程的時間。學生也可以利用課堂派與教師實時進行互動，隨時提出自己的問題。其二，教學課件的設計制作與互聯(lián)網相結合。例如：將二維碼附在課件中。首先教師利用課件講解例題，那么結果是否正確呢？學生可以自主掃碼查詢結果，將自己的解答與結構力學求解器求解結果進行對比，同時還能夠將有限元思想與結構力學相聯(lián)系，如圖3所示。其三，將優(yōu)秀教師的慕課鏈接發(fā)送給學生，讓學生在網絡上隨時隨地地學習。線上線下混合教學既能提高學生的積極性，又能使上課效率大大提高。

課上課下混合教學模式指課上的理論學習和課下的實踐學習相結合的混合教學模式。學生僅有理論基礎，是無法真正理解知識內容的?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，只有讓學生動手去做，才能在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題。通過布置一些小的、有趣的實踐作業(yè)，讓學生將理論應用到實際中。例如：讓學生用小木棍搭建桁架結構，并進行承重測試，同時與有限元計算相結合。實踐作業(yè)一方面可以引起學生的興趣，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，另一方面也考查了學生對知識的使用，培養(yǎng)了學生自主思考學習的能力，可以有效幫助學生學習和理解結構力學的知識。

（三）以學生學為中心的教學應采用新的考核方式

傳統(tǒng)結構力學課程考核的計算方式是：平時成績（課堂表現(xiàn)+作業(yè)）×0.3+期末考試成績×0.7=總成績考核，這種考查形式更多注重于考試與出勤情況，很多學生為了應對考試，在最后階段開始對書上公式內容死記硬背，這與我們的教學目的相違背。課題組認為，應圍繞學生學為中心，結合以下四個方面來進行考核，最終考核成績構成如圖4所示。

1.課堂表現(xiàn)及出勤。依據對學生的調查，課堂表現(xiàn)較好的學生成績普遍較好?？梢?，將課堂表現(xiàn)加入成績考核中，能夠激勵學生積極思考，增強學生上課時的緊張感，有效提高學習效率。

2.期末成績。期末成績不能僅僅采用簡單的閉卷考試模式。傳統(tǒng)的考試存在考試目的功利化、考試形式單一化、考試內容片面化、考試質量簡單化、作弊現(xiàn)象屢禁不止等問題。依據以學生學為中心的教育理念，課題組提出新的期末考試方法——試卷加小論文考核。試卷和小論文各占百分之五十的期末成績。試卷內容分為兩部分：（1）計算、概念等理論性試題?？疾閷W生對于基礎知識的掌握與理論應用。（2）開放性試題。開放性試題沒有標準答案，題目需提前告知學生，讓學生自己去查閱資料，翻閱文獻，進而提出自己的想法。例如：你認為結構力學未來的應用前景如何？讓學生在掌握知識的基礎上，不再拘泥于課本，發(fā)散思維，認真思考自己所學的知識。小論文的考查分三個方面：（1）要求學生對某一基220kV輸電鐵塔繪制簡圖;（2）利用有限元軟件對鐵塔簡化模型在各種工況下進行受力分析;（3）得出結論，撰寫小論文，分組答辯。教師依據學生繪圖的完整性、建模的優(yōu)劣、答辯的表現(xiàn)，給予不同的評分。小論文不僅考查了學生的知識功底，還著重考查了學生將理論知識與本專業(yè)實際相結合的能力、自主解決問題的能力等，是綜合性很強的考查。

3.分層次過程考核?？己藘热莩似谀┛荚嚭统銮谝酝?，應依據不同的學生進行分層次過程考核，具體如表1所示。實踐能力較強的學生，考核時應更偏重于實踐方向;理論學習能力較強的學生則相反。這樣有助于選拔出各個方面優(yōu)秀的學生，為國家培養(yǎng)更多的卓越工程師和優(yōu)秀人才。

4.實踐成績。課上課下的混合教學模式，要求學生動手去實踐，因此實踐也是重要的考核環(huán)節(jié)之一。實踐成績需要驗收學生的實踐成果，例如在搭建輸電鐵塔工程案例中，綜合承重的多少、結構的重量、結構的優(yōu)劣性等方面給學生計分，并將分數(shù)統(tǒng)計到綜合考核中。將實踐成績計入綜合考核成績中，讓學生在實踐環(huán)節(jié)更積極用心，有助于培養(yǎng)動手能力強、創(chuàng)新能力強的學生，更能讓學生開放思維，將知識應用到工程實踐，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（四）以學生學為中心的教學應將思政教育融入課堂中

學生在學習時，首要的是培養(yǎng)其正確的人生觀、價值觀，將思政融入以學生學為中心的教學課堂中是全程育人、全方位育人的必由之路。

思政教育分為兩個部分。1.教師要以身作則，做好學生的榜樣。教師是學生的引路人，只有品德高尚的教師才能教授出品德優(yōu)秀的學生。2.教師要將思政教育與課堂知識穿插起來，在學習的過程中培養(yǎng)學生正確的三觀、情感和思維。例如：結構力學課程教材第二章的幾何組成分析中，分析規(guī)則有三剛片規(guī)則、兩剛片規(guī)則和二元體規(guī)則。對于不同的問題，要采用不同的分析規(guī)則，但也要看到：三個規(guī)則可以轉化，均可以用來分析，這就體現(xiàn)了矛盾的同一性和斗爭性原理。將哲學思想應用到結構力學課程中，可以培養(yǎng)學生的唯物辯證思想。

三、結束語

面對新的機遇與挑戰(zhàn)，新工科建設為課程教學改革指明了方向。課題組依托新工科背景，以學生學為中心，基于移動互聯(lián)網背景，進行了新時代結構力學課程教學改革機制與模式探索，提出了一種線上和線下相結合的混合式教學模式。通過改變原有教學理念，課上教師與學生互動頻繁，提出問題和學會獨立思考的學生越來越多;學生在課下實踐的積極性也大大提升，這有效提升了學生的實踐和自主創(chuàng)新能力。相對于傳統(tǒng)的教學方式來說，啟發(fā)式講授和互動式教學更符合新工科背景下培養(yǎng)大學生能力的教學目標，取得了良好的效果。

[責任編輯：鐘嵐]