新工科背景下基于鑄鐵扭轉實驗的材料力學課程思政教學改革研究

王云洋，蔣 楚，肖 磊，黎 滔，楊 光，李 夢，李 明

(1.湖南文理學院土木建筑工程學院，湖南 常德 415000；2.洞庭湖生態(tài)經濟區(qū)建設與發(fā)展湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 常德 415000；3.湖南文理學院芙蓉學院，湖南 常德 415000)

為了更好地推動我國在高等工程教育方面的改革與發(fā)展，新時代對工科人才培養(yǎng)質量提出了更高要求。結合立德樹人的新要求、國際競爭的新形勢，以及國家戰(zhàn)略發(fā)展的新需求等因素，國家針對性地提出了新工科建設計劃。2017年發(fā)布的新工科建設“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，標志著新工科理念正式形成[1-5]。提出新工科建設是為了使中國的工程教育走在世界前列，并將中國經驗傳播到世界，從而把我國建設成為高等教育強國[6-10]。

新工科建設是我國新時期高等工程教育的行動綱領。材料力學是大多數(shù)工科專業(yè)開設的課程之一，實驗教學則是材料力學課程教學的重要組成部分，既是對理論知識的鞏固和補充，也是對學生知識面的拓展和創(chuàng)新能力的激發(fā)[11-15]。

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，要用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應[16]，強調了在高校教育教學全過程中融入社會主義核心價值觀，重視對大學生的思想政治教育[17]。

在國家新工科建設的指導下，為了更好地實現(xiàn)本科院校在新工科建設背景下創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)的目標，材料力學實驗課程教學需要密切跟隨時代的步伐，積極探索與實踐基于課程思政的教育教學改革與創(chuàng)新。本文結合湖南文理學院土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對湖南文理學院土木工程專業(yè)材料力學實驗課程教學中存在的問題進行了總結，并基于鑄鐵扭轉實驗對材料力學實驗課程思政教學進行改革探索，實現(xiàn)了提高人才培養(yǎng)質量的目標。

1 材料力學實驗課程教學存在的不足

1.1 教學方法陳舊

傳統(tǒng)的材料力學實驗課程內容大部分為概念、公式推導和實驗演示，沒有將教學內容與工程實踐很好地聯(lián)系起來，基本只注重理論知識的講授，沒有重視學生對實際問題的力學分析[18,19]。

隨著科學技術的發(fā)展與進步，新理論、新工藝及新材料不斷涌現(xiàn)，而傳統(tǒng)的材料力學實驗教學內容和方法沒有隨之一起充實、完善和更新，相對落后，難以適應復雜的實際工程。例如，對于材料的扭轉實驗，課堂教學只開展了低碳鋼和鑄鐵的扭轉實驗，其他材料如塑料、復合材料等的扭轉實驗沒有進行。與此同時，學生在課堂上學到的實驗知識與實際工程問題聯(lián)系不緊密，這也是學生對材料力學實驗課程興趣不濃厚的原因之一，這樣就不能實現(xiàn)較為理想的教學效果。

1.2 教學效果不佳

材料力學實驗課程教學是在實驗室進行的，學生沒有接觸到施工現(xiàn)場的實際工程和科技前沿，不了解行業(yè)的最新動態(tài)。另一方面，普通本科院校學生的學習基礎較為薄弱，缺乏學習自覺性，部分學生反映課程枯燥，還有部分學生存在膽怯心理，學習效果不好[20-22]。

同時，材料力學實驗課程教學缺乏對工程背景的介紹，學生學習沒有較為清晰的工程目標，這樣不利于對學生分析解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。

1.3 考核方式單一

材料力學實驗課程教學傳統(tǒng)的考核方式比較單一，主要包括實驗報告質量與平時上課表現(xiàn)考核。在實驗報告撰寫的過程中，還存在一些學生相互抄襲的現(xiàn)象，這也導致了學生對實驗課程教學不重視。這樣的考核方式較難對學生的自學能力、分析解決問題的能力等進行綜合評定。因此，需要采取更加全面的綜合考核方式對學生進行考核，需要將以結果評價為主的考核方式轉變?yōu)橐越Y果過程共同評價的考核方式[23,24]。

2 材料力學實驗教學改革

我國目前倡導的新工科建設，強調培養(yǎng)學生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力。因此，材料力學實驗課程教學改革應該同國家的人才培養(yǎng)要求保持一致，不斷提升學生的綜合創(chuàng)新能力，需要對課程教學的內容進行調整與設計，加強理論知識與實際工程之間的聯(lián)系，同時還要對傳統(tǒng)的考核方式進行改革，從而較好地實現(xiàn)材料力學實驗課程的培養(yǎng)目標，使學生的實踐與創(chuàng)新能力得到訓練和提升。

2.1 更新教學方式

材料力學實驗課程授課過程中，應以板書形式與多媒體結合為主，采用板書的形式給出公式推導、計算分析等方面的內容，較為復雜的圖形和文字方面的內容，可采取多媒體播放，這樣可以起到節(jié)省畫圖和書寫文字的時間，同時還可以采用圖片和動畫等方式，更加豐富和形象地展示課程相關內容，達到促進學生對課程內容理解的目的。目前，線上教學軟件資源豐富，可以利用便捷的線上教學軟件資源，與課程講授相結合，還可以采取網(wǎng)絡課堂對學生進行測驗，并設置問題，讓學生開展討論，教師針對學生討論學習過程中提出的問題進行分析并解決，提高教學質量與效率。

與此同時，隨著計算機技術的推廣與應用，為材料力學實驗課程教學方法的改革與創(chuàng)新提供了新的途徑。一方面教師能夠采用計算機模擬技術進行輔助教學，同時大量優(yōu)秀的線上教學資源和知名大學的開放視頻資源，為材料力學實驗課程的教學提供了較為方便的條件，也為教師與學生更好地溝通和交流提供了網(wǎng)絡空間。充分利用網(wǎng)絡資源，課堂講授之前引導學生利用網(wǎng)絡平臺對即將講授的知識進行預習，這樣使學生對課堂講授的知識點心中有數(shù)。在課堂講授的過程中，教師則可根據(jù)學生的情況靈活地講解、答疑及適當?shù)剡M行拓展，采用這種教學方式，能夠使學生更加方便地掌握知識。學生還可在課后利用網(wǎng)絡學習資源復習課堂講授的知識，同時對學科前沿相關的知識與工程實例適當?shù)剡M行了解，起到拓展視野作用。

將課程思政元素引入到教學中，講解詹天佑、茅以升等大師們的愛國事跡，培育學生的愛國情懷，鼓勵學生為譜寫新時代的新篇章努力奮斗。

2.2 案例式教學

材料力學實驗課程教學中，教師應將理論知識與實際工程問題緊密結合，注重學生對所學理論知識的運用，同時也鼓勵學生帶著目的學習，學生根據(jù)自己的學習興趣和計劃定期提交學習報告，提高學生學習的積極性。

湖南文理學院土木建筑工程學院的教師結合研究的科研項目，指導學生開展了鋼筋混凝土材料的力學性能研究科研項目，為學生開闊視野及培養(yǎng)基本實驗素養(yǎng)提供了條件?？蒲许椖啃枰玫浇饘俨牧系呐まD強度、剛度、應力與應變等方面的知識，指導教師帶領學生積極動手參與各項實驗的開展，對材料力學實驗課程教學效果起到了明顯的改善作用。在學生參與教師的科研項目過程中，從實驗方案的設計，到實驗材料的購買、模具加工，再到試件的制備、養(yǎng)護、加載測試、數(shù)據(jù)采集和分析等，學生在教師的指導下獨立完成。既培養(yǎng)和鍛煉了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，同時也培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作能力。經過本科階段材料力學實驗課程教學方面的培養(yǎng)和鍛煉，大部分學生反映學習效果很好，既學到了基本實驗理論知識，同時還學到了教材以外的知識，并在老師的指導下自己動手和思考，撰寫研究論文，并在期刊上發(fā)表，鍛煉和提高了學生的科研水平，為學生繼續(xù)學習深造打好了基礎。下面圖1～圖5為湖南文理學院土木建筑工程學院的學生進行鑄鐵扭轉實驗時的照片。

圖1 WDJ500型電子扭轉實驗機

圖2 鑄鐵扭轉試樣參數(shù)的測量

圖3 觀察鑄鐵扭轉實驗過程

圖4 典型的鑄鐵扭轉實驗曲線

圖5 扭斷后的鑄鐵試樣

圖1為實驗采用的WDJ500型電子扭轉實驗機，圖2為學生對鑄鐵扭轉試樣參數(shù)進行測量，圖3為學生對鑄鐵扭轉實驗進行操作和觀察，圖4為鑄鐵扭轉實驗過程中的典型曲線，圖5為實驗過程中部分已完成扭轉實驗被扭斷的鑄鐵扭轉試件。

2.3 優(yōu)化考核方式

對于傳統(tǒng)的材料力學實驗課程成績，教師主要按照學生上課的到課率以及最后撰寫提交的實驗報告進行考核，這種考核方式不能較全面地對學生實驗課程成績進行評定。對材料力學實驗課程教學改革后，學生的成績組成包括以下四個方面：(1)達到的實驗效果占25%；(2)平時上課的到課情況占15%；(3)實驗動手操作占40%；(4)最終提交的實驗報告占20%。教師采用課堂提問與檢查預習報告相結合的方式檢查學生的預習效果，學生的到課情況則是通過實驗課點名進行考核。實驗動手操作是通過觀察學生的獨立思考能力與操作步驟進行考察。

通過對材料力學實驗課程考核方式進行改革，避免了傳統(tǒng)實驗過程中實驗數(shù)據(jù)及報告的抄襲現(xiàn)象，做到只要學生認真參加材料力學實驗課程學習和完成相應的課程任務就能及格，這樣還給優(yōu)秀的學生提供了充分發(fā)揮的空間，積極勤奮的學生能夠脫穎而出。對材料力學實驗課程考核方式進行改革，不是通過材料力學實驗課程考核為難學生，而是通過科學合理的考核方式激發(fā)學生的學習興趣。

2.4 教學團隊建設

材料力學實驗課程教學需要持續(xù)更新與完善，是一個教師連續(xù)接力與傳承的過程，每位教師通過學習與繼承前人優(yōu)秀的教學方法后不斷進步成長。教師在傳承學校優(yōu)良傳統(tǒng)和作風的基礎上，通過不斷學習、積累和創(chuàng)新形成自己的教學體系。材料力學實驗課程教師需要堅持基礎知識教育與專業(yè)知識學習相融合、堅持教學與科研相融合。同時，還應該注重對青年教師進行教學培訓，不斷提高教師隊伍課程教學的教學水平。

3 結 語

材料力學屬于傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程之一，在新時期需要緊跟國家新工科建設人才培養(yǎng)的方針，在教學過程中不斷融入新理念與新方法，不斷進行教學改革和完善。本文首先總結了傳統(tǒng)材料力學實驗課程教學中存在的不足：教學方法比較陳舊、教學效果不太理想、考核方式比較單一等，針對性地提出了材料力學實驗課程思政教學改革的措施：對教學方式進行更新、教學過程中采用案例式教學、不斷優(yōu)化考核方式、加強教學團隊建設等。基于鑄鐵扭轉實驗對材料力學實驗課程思政教學改革進行了大量探索與實踐，教學效果改善較為明顯。在材料力學實驗課程思政教學改革過程中的經驗和教訓，還需要不斷總結和提煉，為后續(xù)材料力學課程教學更加深入和全面的改革打好基礎，并以國家新工科建設為契機，培養(yǎng)出創(chuàng)新能力較強、能更好地適應社會發(fā)展需要的高質量工程技術人才。