“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下《材料力學》課程新型教學模式探究

羅艷　袁萍　祁傳琦　陳雙喜　康小鵬

摘 要：《材料力學》作為高校機械類專業(yè)學生本科必修的一門理論基礎課程，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展背景下，將“線上學習”與“線下學習”相融合是一項重要措施?；诖?，本文作者提出的新型教學方法實現(xiàn)了網(wǎng)絡教學與傳統(tǒng)教學優(yōu)勢資源的有效結合，充分利用在授課前、授課中以及課后學習時間促進學生學習主動性，提高學生學習積極性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。

關鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+” 材料力學 教學改革

1 序言

“互聯(lián)網(wǎng)+”的出現(xiàn)極大地改變了傳統(tǒng)的教學模式，彌補了傳統(tǒng)教學的技術短板，帶來了更加多樣化和快捷的教學方式[1，2]。對于高校學生和教師而言，“互聯(lián)網(wǎng)+”在學習、電子資源管理與利用以及教學和科研方面帶來了極大的便利與幫助[3，4]。為了應對知識經(jīng)濟新時代、新社會形勢任務下我國對高素質(zhì)人才提出的迫切需求，國家推動新工科建設[5，6]。為了切實提升高等工科人才培養(yǎng)工作的創(chuàng)新驅動力，優(yōu)化高等教育結構，“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃在高等工科人才發(fā)展的主要培養(yǎng)環(huán)節(jié)中顯得越來越重要。

本課程組成員立足“互聯(lián)網(wǎng)+”背景，開展混合教學實踐，對《材料力學》課程教學模式展開改革?！恫牧狭W》課程是車輛工程專業(yè)的必修基礎課。本課程理論體系嚴謹，結合理論與實踐方法對問題進行分析和解決；該課程的理論與計算已廣泛應用于大型水利工程、大跨度橋梁、機械工程、鐵路與機車、船舶、兵器等近代工業(yè)。

本課程的課程目標為：1.掌握材料力學的分析和研究方法，了解材料力學的基本概念和理論；了解常用材料的基本力學性能，初步了解實驗方法；使學生能夠正確分析直桿在一般載荷作用下的變形形式，并能較熟練地分析桿件的內(nèi)力，繪制相應的內(nèi)力圖。2. 培養(yǎng)學生將實際工程問題抽象為力學模型的能力，初步將桿件等零部件簡化成簡單計算圖的能力；掌握分析桿件的應力、變形的計算方法，對四大基本變形和組合變形構件進行強度和剛度的計算；能計算簡單壓桿的臨界載荷和臨界應力，并進行穩(wěn)定性校核。

2 存在的問題與解決方案

《材料力學》課程的內(nèi)容體系較復雜，涉及力學的較多理論和概念，該課程要求理論與實踐相結合，知識點繁雜。學生通常難以厘清主線，掌握主要內(nèi)容。教師在授課過程中，往往采用傳統(tǒng)的板書式教學方式，難以激發(fā)學生的學習積極性，學生課堂參與度低，難以在課堂上獲得較好的教學效果。

針對《材料力學》課程授課中存在的一些問題，本課程組針對部分知識點采用混合式教學法，首先通過引入工程實例，將力學理論知識與實際工程問題有機結合，激發(fā)學生的學習興趣，同時培養(yǎng)學生運用科學理論知識解決工程實際問題的能力。此外，結合雨課堂、微課等教學資源，做到課前小測驗、課后知識回顧，教師爭取在課前掌握學生學習情況，進而有針對性的開展教學工作，提高課堂時間的利用率和課堂教學質(zhì)量。

3 新型教改實施過程

3.1 新型教改實施思路

《材料力學》課程體系如圖1所示，由圖中顯然可見，課程知識點較多，涉及面廣。該課程主要研究材料均勻、連續(xù)、各向同性的等直桿發(fā)生軸向拉伸與壓縮、剪切擠壓、扭轉、平面彎曲、組合變形的強度與剛度問題，以及點的應力狀態(tài)、復雜應力狀態(tài)的強度理論、細長壓桿的穩(wěn)定性等問題。同時通過6學時的實驗教學培養(yǎng)學生初步的實驗分析能力?？梢姡撜n程不僅要求授課老師有深厚的理論基礎，還需要有大量的工程實踐經(jīng)驗。教學時，不僅能將理論講活，還能培養(yǎng)學生動手技能、分析能力和解決問題的能力。在傳統(tǒng)的教學方法中，大多根據(jù)課本的內(nèi)容一一講解，易于形成“照本宣科”的現(xiàn)象，無法展示出《材料力學》課程知識的完整性和系統(tǒng)性，學生在學習過程中較難厘清課程主干，對重要知識點理解不夠透徹，學習熱情不足，無法激發(fā)學生的創(chuàng)造力，最終導致無法培養(yǎng)出適應社會發(fā)展需要的創(chuàng)新人才。而混合式教學結合了傳統(tǒng)教學的優(yōu)勢和在線教學的優(yōu)勢，教師不僅在教學過程中發(fā)揮引導、啟發(fā)和監(jiān)督的主體作用，而且充分體現(xiàn)了學生作為學習過程主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

《材料力學》課程混合教學思路如圖2所示。采用“線上學習”和“線下學習”相結合的教學方式，構建“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下的《材料力學》課程教學新模式，實現(xiàn)網(wǎng)絡教學優(yōu)勢與傳統(tǒng)教學優(yōu)勢的有效結合，充分利用課前、課中以及課后時間促進學生學習主動性，提高學生學習積極性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。

在課前，教師通過學習平臺發(fā)布學習資源，學生通過在線教學資源進行自主預習，并在學生學習小組群中發(fā)起知識點預討論，討論時，在充分調(diào)動學生積極性的前提下，教師給予一定的引導和指導。在課中，教師在線下教室面對面授課。課堂上，教師通過知識點介紹設計，對重難點進行分析，并有針對性地答疑探討，從而鼓勵學生參與課堂相關活動，幫助學生理解重難點知識。此外，通過雨課堂等線上工具，設置一定量的課堂知識點測試題，充分調(diào)動學生參與討論和深入分析的積極性，鞏固當前課堂學習內(nèi)容。課后，教師通過線上學習平臺布置作業(yè)，鞏固學習內(nèi)容，學生在完成作業(yè)后，將進行自我評估與相互評估，在此過程教師通過平臺與學生進行在線答疑。以此，形成基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的《材料力學》課程“混合式教學方式”，改進了教學課堂，強化了學生的理論與實踐相結合的培養(yǎng)。

3.2 新型教改實施心得

該課程在實際教學環(huán)節(jié)中，充分利用課堂學習和網(wǎng)絡學習的優(yōu)勢，提高學生學習質(zhì)量，實現(xiàn)了固定時間內(nèi)的有效學習。

在課前，學生主要通過線上資源進行知識預習，該過程可采用MOOC或者小視頻等方式調(diào)動學生學習主動性和興趣。以第一章第4節(jié)（材料拉伸時的力學性能）和第5節(jié)（材料壓縮時的力學性能）為例，在授課前，將在網(wǎng)絡教學平臺上傳微視頻如，“低碳鋼拉桿滑移線”、“低碳鋼壓縮實驗”、“拉伸破壞”、“鑄鐵拉斷”以及“鑄鐵壓縮實驗”等，通過這些微視頻學習，學生能夠對理論知識有直觀的認識，且能促進學生將課堂理論知識點與實際應用相結合。

在線下授課過程中，以第一章第4節(jié)（材料拉伸時的力學性能）和第5節(jié)（材料壓縮時的力學性能）為例，教師充分利用課堂時間，采用課程導入、課程講授，歸納總結、課后練習的教學方法。通過引入不同材料在常溫、靜載、拉壓時的力學性能比較，引導學生思考到底何為材料的力學性能。課程知識講授時，采用“提問、啟發(fā)、分析”等方法，引導學生思考如何評判材料的力學性能，力學性能指標有哪些，這些指標怎樣獲得。在最后總結歸納階段，根據(jù)知識點的邏輯關系形成知識鏈條，幫助學生梳理課堂主要知識點，構建知識體系。

4 實踐教學成果

通過本次課程教學模式改革，學生能夠較好的完成學習任務，并且學習效果有所提高。根據(jù)某班級學生成績?yōu)槔瑢Ω髦笜诉M行統(tǒng)計分析結果如下：

4.1 學生成績分布情況分析

由圖3可見，學生總評成績較為理想，平均分數(shù)為76分。由學生期末成績可見，學生卷面成績分布區(qū)間較均勻，表明班級學生學習情況近梯度分布。

4.2 課程學習問卷調(diào)查情況分析

1.學生對課程的興趣和態(tài)度：調(diào)查結果顯示，80%的學生能夠清楚的認識本課程的重要性，并且認為本門課程對于搭建專業(yè)課基礎以及未來就業(yè)是必不可少的一門專業(yè)基礎課。另外，近90%的學生認為學習態(tài)度和學習成績與授課老師的授課風格和方式及班級學習風氣戚戚相關，因此，非常有必要在提升教師教學水平的同時，抓好班級學風建設，為學生學習營造良好的氛圍。

2.學生對自我學習能力及狀況評價：對學生學習狀況進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，65%的學生主要以在課堂聽老師講授知識為主，并能夠主動的參與到課堂問答環(huán)節(jié)中；30%的學生能夠在課堂上做到邊聽、邊想和邊記；有近10%的學生在課堂上容易走神、開小差。45%學生表示，課堂學習或者課后復習遇到困難時，他們傾向于在網(wǎng)絡上查找相關資料解決問題。因此，教師在課堂授課以及課后，應該更多的關注學生對于新知識的領悟能力和掌握程度，以便及時為學生提供學習上的指導。同時，大部分學生反饋，本門課中，涉及到“組合變形”的內(nèi)容時，在解析各變形機制以及組合效應時，較易于將不同的變形類型混淆，因此在教學過程中，教師應著重針對該章節(jié)內(nèi)容進行講解。

3.學生對教師教學的評價：93.3%的學生認為教師治學嚴謹、準時上下課。91.1%的學生認為教師工作熱情高、責任心強、教學組織精心。91.1%的學生認為教師教學內(nèi)容充實、課堂學習信息量大，且教師在教學過程中注重教學內(nèi)容更新。同時84.7%學生認為教師教學方法運用合理，能有效利用各種教學輔助手段特別是現(xiàn)代信息技術進行授課。

4.學生對自我能力提升的評價：80%的學生表示通過本門課程的學習，能夠根據(jù)構件的服役情況清晰的解析出該構件的受力特征，并能夠根據(jù)受力特征計算出變形情況，從而預判該構件服役安全性，進而在設計及應用的過程中及時采取相關措施，避免失效現(xiàn)象發(fā)生。

5 總結

本課程旨在建立“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的《材料力學》課程教學新模式，采用“線上自主學習”與“線下課堂學習”想結合的方式，實現(xiàn)網(wǎng)絡教學優(yōu)勢與傳統(tǒng)教學優(yōu)勢的有效結合，充分利用課前、課中以及課后時間促進學生學習主動性，提高學生學習積極性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。

基金項目：教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（202102046083）

成都大學人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目（cdjgb2022228）。

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