問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的“材料力學(xué)”教學(xué)設(shè)計

趙靜,董菲,耿林

(安徽大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院,安徽 合肥 230601)

0 引言

“材料力學(xué)”是機械、智能制造、機器人等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,課程內(nèi)容涉及汽車、建筑、橋梁、航空航天等重要工程領(lǐng)域[1-3]?！安牧狭W(xué)”課程具有如下特點:材料力學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科,內(nèi)容抽象,數(shù)理基礎(chǔ)要求高,晦澀枯燥,造成學(xué)生一定的畏難心理;課程內(nèi)容較多,知識點分散,涵蓋材料的力學(xué)性能、桿件的基本變形和組合變形分析、強度理論、壓桿穩(wěn)定分析、動力學(xué)分析等章節(jié)。針對上述特點,傳統(tǒng)的“材料力學(xué)”教學(xué)方法多側(cè)重知識的傳播,教師占絕對的主導(dǎo)地位,理論知識與工程實踐的有效結(jié)合欠缺,忽視了學(xué)生的能力與價值觀的培養(yǎng)。為提高學(xué)生分析和解決問題的能力,教師們嘗試了多種新型教學(xué)方法,如線上線下混合教學(xué)[4]、翻轉(zhuǎn)課堂[5]、案例教學(xué)[6]等?！安牧狭W(xué)”除了是一門基礎(chǔ)學(xué)科之外,還是一門應(yīng)用性極強的學(xué)科。將實際工程案例與理論知識進行融合可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及知識應(yīng)用能力,因此案例教學(xué)在這些新型教學(xué)模式中尤為典型。

除了知識傳授和能力培養(yǎng)外,新工科背景下要求“材料力學(xué)”課程還必須注重學(xué)生價值能力的塑造。2020年5月28日,教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》,指出落實立德樹人根本任務(wù)必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂。全面推進課程思政建設(shè),就是要寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中,幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀。因此,如何在教學(xué)環(huán)節(jié)中融入思想政治教育內(nèi)容,充分發(fā)揮課程育人功能,是現(xiàn)階段“材料力學(xué)”教學(xué)設(shè)計改革的重點關(guān)注問題之一。

為實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)與價值塑造的有機統(tǒng)一,本文開展問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的“材料力學(xué)”教學(xué)設(shè)計。根據(jù)學(xué)科建設(shè)和育人目標(biāo),制訂“材料力學(xué)”思政要素切入點,挖掘篩選帶有思政育人要素的案例資源。在案例教學(xué)中融合問題解析教學(xué)方法,互動教學(xué),發(fā)揮學(xué)生的主動性,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在掌握基本知識理論的基礎(chǔ)之上,具備解決工程問題的能力,并樹立正確的價值觀,真正實現(xiàn)“價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授”三位一體的育人目的。

1 問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的“材料力學(xué)”教學(xué)設(shè)計

1.1 總體教學(xué)思路

問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的“材料力學(xué)”教學(xué)思路如圖1所示。首先,確定“材料力學(xué)”課程的3個育人目標(biāo)。知識傳授目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生的基本力學(xué)素養(yǎng),掌握材料結(jié)構(gòu)安全的基本理論和計算方法。能力培養(yǎng)目標(biāo):使學(xué)生具備分析、研究、解決復(fù)雜工程問題的能力。價值塑造目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、愛國情懷、民族自信心。其次,根據(jù)知識目標(biāo)和價值塑造目標(biāo),確定思政要素切入點,并按照該要素篩選相關(guān)案例。然后,將問題解析和案例教學(xué)融合,結(jié)合育人目標(biāo)提出對應(yīng)案例的3類問題,通過問題解析,引發(fā)學(xué)生互動思考,實現(xiàn)知識傳授的同時提升實踐能力,培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

圖1 總體教學(xué)思路

1.2 “材料力學(xué)”課程思政元素挖掘與案例教學(xué)

“材料力學(xué)”案例教學(xué)是一種開放互動式的教學(xué)方式。教師篩選合適的案例資料,指導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí),并組織學(xué)生開展分析或討論,結(jié)合理論知識、經(jīng)驗、觀點的碰撞來達到啟示思維的目的。案例教學(xué)能有效地將理論知識與實踐相結(jié)合,有助于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

“材料力學(xué)”思政建設(shè)要求在將專業(yè)知識講解清楚的基礎(chǔ)上,還要找準(zhǔn)案例教學(xué)環(huán)節(jié)中思政教育的著力點,將案例教學(xué)內(nèi)容與思想政治教育融合為一體,凸顯價值認同、強化價值實踐[7]。根據(jù)“材料力學(xué)”課程特點,可以以學(xué)科發(fā)展與名人軼事、國內(nèi)外時事熱點、國家的大工程建設(shè)、科技前沿發(fā)展與應(yīng)用等4個方面為切入點充分挖掘相關(guān)的思政育人案例資源。上述思政要素切入點及其對應(yīng)的價值塑造目標(biāo)關(guān)系如圖2所示。

圖2 思政要素切入點與價值塑造目標(biāo)

學(xué)科史與名人軼事。“材料力學(xué)”課程中的公式和理論的建立離不開學(xué)科的發(fā)展及科學(xué)家們的推動。在緒論和每一章節(jié)的引言中介紹學(xué)科發(fā)展歷史或科學(xué)家軼事,有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如:學(xué)習(xí)彎曲內(nèi)力時,引入物理學(xué)家理查德·費曼的軼事“意大利面為什么不能被彎折成兩段,而是會斷成三段或更多段”,培養(yǎng)學(xué)生主動思考,刨根問底的科學(xué)精神;推導(dǎo)撓度公式時,引入我國著名力學(xué)家錢偉長的《寧波甬江大橋的大撓度非線性計算問題》中無任何參考文獻的討論和說明,引出錢偉長棄文從理、科學(xué)報國的經(jīng)歷,使學(xué)生感受科學(xué)家的優(yōu)秀品質(zhì)和人格魅力,培養(yǎng)科學(xué)精神。

科技發(fā)展前沿。隨著人工智能、信息科學(xué)等新興技術(shù)的發(fā)展,借助新興技術(shù)整合試驗、計算、理論和數(shù)據(jù)科學(xué),是推進“材料力學(xué)”學(xué)科發(fā)展的重要手段。如利用圖像測量技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的試驗機分析材料的力學(xué)性能[8]。傳統(tǒng)材料的泊松比多為正值,隨著科技的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)了負泊松比材料?？萍及l(fā)展前沿實例的介紹不僅可以拓寬學(xué)生的知識面,更能培養(yǎng)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。

國家的大工程建設(shè)。近些年來我國的基礎(chǔ)工程、軍事、航空航天建設(shè)日新月異,國家制作了一系列相關(guān)工程的紀(jì)錄片,如《大國工程》《大國工匠》《了不起我的國》等。借助此類實例可以培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神,增強民族文化自信和榮譽感。

時事熱點。利用信息時代信息傳遞的多樣性和快速性,挖掘國內(nèi)外最新的重點、熱點新聞中的力學(xué)知識,能夠培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)操守和憂患意識。如:講解桿件穩(wěn)定性時,引入2020年3月7日泉州欣佳酒店坍塌事故;學(xué)習(xí)扭轉(zhuǎn)變形時,可以結(jié)合2019年10月10日無錫高架橋側(cè)翻事故分析扭轉(zhuǎn)變形的概念及其受力特點。通過這些時事熱點新聞,提高學(xué)生的社會責(zé)任感。

圍繞上述思政要素切入點,按各章節(jié)的知識目標(biāo)和價值塑造目標(biāo),總結(jié)了一些對應(yīng)的思政案例,具體如表1所示。

表1 “材料力學(xué)”各章節(jié)所對應(yīng)的思政教學(xué)案例

1.3 問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的教學(xué)方法

眾多實踐表明,適合的課程思政可以使課堂教學(xué)更加生動,幫助學(xué)生塑造正確的價值觀[9]。 但如果課程思政不能與課程理論知識有機結(jié)合,不僅不能達到育人目的,反而會適得其反,降低教學(xué)效果。因此,探索一種將案例教學(xué)、思政建設(shè)相融合的教學(xué)方法至關(guān)重要。

本文利用問題解析法,融合案例教學(xué)與思政建設(shè),以實現(xiàn)價值、能力、知識三位一體的育人目的。問題解析法是在案例教學(xué)的基礎(chǔ)之上,通過案例學(xué)習(xí),結(jié)合教學(xué)目標(biāo)提出3類問題完成整個教學(xué)過程的方法。3類問題分為基礎(chǔ)問題、重點問題、拓展問題。其中,基礎(chǔ)問題對應(yīng)教學(xué)目標(biāo)的知識目標(biāo),重點問題對應(yīng)教學(xué)目標(biāo)中的能力目標(biāo),拓展問題對應(yīng)教學(xué)目標(biāo)中的價值培養(yǎng)。

圖3 問題解析法教學(xué)模式流程圖

問題解析法教學(xué)模式流程如圖3所示。首先,教師根據(jù)思政要素切入點及培育目標(biāo),篩選合適的案例,在課前通過雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺將案例資料或視頻推送給學(xué)生觀看學(xué)習(xí),并針對視頻提出上述所說的3類問題引導(dǎo)學(xué)生有目的、有針對性地進行思考,抓住學(xué)生的注意力,提高學(xué)習(xí)興趣。然后,鼓勵學(xué)生通過學(xué)習(xí)提出自己的問題,并反饋給任課教師。教師收集整理學(xué)生所提問題,并在課堂上進行互動答疑,引出此次課程的知識點、重點及難點內(nèi)容。針對教學(xué)重點及難點,教師進行知識傳授,詳細解答。課堂教學(xué)結(jié)束后,學(xué)生利用思維導(dǎo)圖總結(jié)知識脈絡(luò),并寫出自己的學(xué)習(xí)體會反饋給教師,從而進一步強化思政育人目標(biāo),使學(xué)生在掌握知識的同時,樹立正確的價值觀。

2 教學(xué)實踐與教學(xué)效果

2.1 教學(xué)實踐

以第五章《彎曲應(yīng)力》中的提高梁強度基本措施為例,詳細闡述問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的教學(xué)方法的實施過程。

首先,確定本節(jié)課的培育目標(biāo)。知識傳授目標(biāo):掌握彎曲應(yīng)力強度條件;能力培養(yǎng)目標(biāo):學(xué)生能應(yīng)用彎曲強度條件進行梁的設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生分析并解決復(fù)雜工程問題的能力;價值塑造目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神、文化自信和榮譽感。

其次,根據(jù)培育目標(biāo),選擇國家的大工程建設(shè)作為思政切入點,篩選了港珠澳大橋橋面鋼箱梁的設(shè)計作為本節(jié)案例。將案例通過雨課堂推送給學(xué)生觀看學(xué)習(xí),并提出問題解析法中的3類問題。①基礎(chǔ)問題:梁的變形類型、梁的簡化及基本類型、梁的內(nèi)力情況;②重點問題:梁的彎曲正應(yīng)力分布規(guī)律、梁的應(yīng)力計算、梁的彎曲強度條件;③拓展問題:港珠澳大橋鋼箱梁設(shè)計的巧妙之處。

最后,對問題進行解析?；A(chǔ)問題要求學(xué)生通過已學(xué)知識點進行回答,教師進行點評及糾錯。重點問題是本次課程的重點和難點,根據(jù)問題學(xué)生可以提前預(yù)習(xí),教師課堂上重點講解此部分內(nèi)容,通過理論知識的講解對問題進行解析。拓展問題討論,根據(jù)梁的強度條件,港珠澳大橋采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)的原因是保證梁強度的同時減少梁的自重。拓展問題的解析可以使學(xué)生體會到港珠澳大橋設(shè)計的合理性,增強學(xué)生的民族自豪感和自信心。

2.2 教學(xué)效果對比

為驗證實際的教學(xué)效果,對2020級和2018級安徽大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生教學(xué)質(zhì)量滿意度評價進行比較分析,如圖4所示。其中,2020級采用本文所提的問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的教學(xué)方法,2018級采用的是單純的案例教學(xué)方法。學(xué)生評教分為能否激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、課上互動答疑情況、教學(xué)資源是否豐富、重難點突出程度和價值與能力收獲5項。在教學(xué)資源相當(dāng)?shù)那闆r下,使用本文所提教學(xué)方法后,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、課堂互動、學(xué)生收獲的滿意度都大幅度提高了,驗證了該教學(xué)方法在能力和價值培養(yǎng)上的有效性。

圖4 學(xué)生教學(xué)質(zhì)量滿意度評價

為進一步驗證該方法在知識掌握程度上的優(yōu)越性,對比分析2020級和2018級學(xué)生期末考試成績,如圖5所示?？梢钥闯?采用本文所提方法后,60分以下的人數(shù)明顯減少,從50%降到了24.6%。60～89分的人數(shù)從34.2%增加到62.4%。由此證明,本文所提的問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的“材料力學(xué)”教學(xué)方法在價值培養(yǎng)、知識傳播、能力培養(yǎng)方面的可行性。

圖5 學(xué)生期末考試成績分布

3 結(jié)論

綜上所述,問題解析模式下案例教學(xué)與思政建設(shè)相融合的教學(xué)模式既保留了案例教學(xué)在知識、能力培養(yǎng)上的優(yōu)勢,又能引領(lǐng)學(xué)生的價值塑造。通過問題解析進行互動教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對比結(jié)果表明,該教學(xué)模式對“材料力學(xué)”在知識、能力、價值三位一體上的教學(xué)效果起到了積極作用。