新工科背景下以目標(biāo)問題為導(dǎo)向提高大學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)興趣的實踐探索

引言

當(dāng)前，國家發(fā)展對高校人才的培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求，高校人才不僅要具有扎實的專業(yè)知識，還需兼?zhèn)漭^強(qiáng)的問題分析與解決能力，以及良好的科學(xué)思維及職業(yè)素養(yǎng)等綜合素質(zhì)，這是當(dāng)前高校工科人才培養(yǎng)面臨的迫切任務(wù)。教育作為民族振興、社會進(jìn)步的重要基石，是功在當(dāng)代、利在千秋的德政工程，肩負(fù)著科教興國的使命。因此，高校應(yīng)以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，深入貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務(wù)，全力推進(jìn)教育、科技、人才強(qiáng)國建設(shè)，致力于培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。

本文倡導(dǎo)以自標(biāo)問題為導(dǎo)向的教學(xué)理念，主要以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，構(gòu)建深層互動式的新型教學(xué)模式，打破教師絕對主導(dǎo)的傳統(tǒng)地位，營造師生平等的和諧氛圍。該模式圍繞課程教學(xué)目標(biāo)與高校人才培養(yǎng)目標(biāo)，有針對性地設(shè)計涵蓋“基本問題、重點問題、難點問題、實踐問題、拓展問題”五類目標(biāo)問題的課堂教學(xué)活動，旨在提升學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)與分析問題的能力。在課堂教學(xué)中采用案例教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)等互動式教學(xué)法，通過小組討論交流培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力，同時，在課后引導(dǎo)其深人思考、不斷探索與創(chuàng)新。

以材料力學(xué)課程為例，基于目標(biāo)問題為導(dǎo)向推動課堂教學(xué)創(chuàng)新，依據(jù)課程教學(xué)和培養(yǎng)目標(biāo)開展一系列多樣化的課堂教學(xué)活動。這種互動交流式的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)課堂中教師主導(dǎo)的局面，營造了師生平等互動、氣氛活躍的課堂環(huán)境，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，積極參與課堂討論，提高實踐能力，從而改善學(xué)生課堂學(xué)習(xí)學(xué)風(fēng)，提高教學(xué)質(zhì)量。

材料力學(xué)課程特點與學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

材料力學(xué)作為高校工科學(xué)生接觸較早的一門專業(yè)課，具有較強(qiáng)的工程實踐性，它以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理及理論力學(xué)為基礎(chǔ)，是重要的工程技術(shù)基礎(chǔ)課，其不僅為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課做好鋪墊，還在學(xué)科體系中發(fā)揮了“承前啟后”的關(guān)鍵作用。

與理論力學(xué)不同，材料力學(xué)更注重研究桿件受力后的內(nèi)力分析、應(yīng)力、變形特性以及解決桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。該課程涉及的概念多、知識點繁雜且不關(guān)聯(lián)，同時又具有嚴(yán)格的邏輯性，不僅有填密的理論體系，還涉及廣泛的實際應(yīng)用和大量公式的推導(dǎo)計算，是一門公認(rèn)的、相對難學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯思維能力的要求較高。

傳統(tǒng)材料力學(xué)課程多以教師講授、學(xué)生被動學(xué)習(xí)的模式為主，缺乏學(xué)生主動參與討論交流，導(dǎo)致學(xué)生缺乏運用所學(xué)解決實際工程問題的能力。此外，隨著高校本科招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大多高校采用合班教學(xué)的模式，但生源質(zhì)量參差不齊導(dǎo)致合班教學(xué)中問題頻出。這就很難滿足教學(xué)大綱“培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用力學(xué)知識分析和解決工程問題的能力”的要求，容易讓學(xué)生失去對課程學(xué)習(xí)的興趣，降低學(xué)習(xí)主動性，進(jìn)而影響整體的教學(xué)效果。

目標(biāo)問題為導(dǎo)向的教學(xué)創(chuàng)新

課堂學(xué)習(xí)是學(xué)生獲得知識的主要途徑，學(xué)習(xí)興趣是影響授課質(zhì)量的一個重要因素。盡管授課教師不斷探索如何改善教學(xué)效果，但往往忽略了學(xué)生是否接受這些措施。因此，本文從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，探討提高材料力學(xué)課程教學(xué)效果的策略。

1.教學(xué)目標(biāo)的創(chuàng)新

材料力學(xué)教學(xué)目標(biāo)涵蓋知識目標(biāo)、能力目標(biāo)及思政目標(biāo)。理論教學(xué)針對學(xué)生的能力培養(yǎng)，通過課堂教學(xué)傳授經(jīng)典力學(xué)體系在工程領(lǐng)域的應(yīng)用思想和分析方法，提升學(xué)生解決工程科學(xué)問題的能力，使其掌握桿件強(qiáng)度、剛度分析的基本方法與設(shè)計思想。同時，深入挖掘課程育人功能，提煉課程中蘊含的育人要素、文化基因、思維方法和價值理念，將思政元素有機(jī)融入課堂教學(xué)建設(shè)全過程，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造的有機(jī)統(tǒng)一。結(jié)合課程的理論學(xué)習(xí)與實驗教學(xué)強(qiáng)化學(xué)生的實驗?zāi)芰Α⒔鉀Q問題能力及團(tuán)隊合作精神，鞏固和加深理論知識，提升學(xué)生實踐水平。

2.教學(xué)模式的創(chuàng)新

鑒于材料力學(xué)知識點多且概念抽象等特點，學(xué)生學(xué)習(xí)時存在較大難度，這就要求任課教師不斷完善和改革教學(xué)模式。在傳統(tǒng)板書教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，融入現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與技術(shù)，采用線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式。以目標(biāo)問題為導(dǎo)向，突出學(xué)生主體地位，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進(jìn)教學(xué)效果的提升。

3.教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，材料力學(xué)授課學(xué)時逐漸減少。課程教學(xué)需優(yōu)化授課內(nèi)容的知識體系與結(jié)構(gòu)，采用階梯式教學(xué)，以主線貫穿，將整體分成幾大模塊，融人最新科技成果，在經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上增加新內(nèi)容，使學(xué)生畢業(yè)后能快速適應(yīng)現(xiàn)代工程建設(shè)需要。知識點講授采用案例式教學(xué)模式設(shè)計課程思政，專題化教學(xué)突出內(nèi)容的共性，工程案例式教學(xué)突出內(nèi)容的應(yīng)用性和針對性，以此培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識、分析解決工程實際問題的能力。

4.教學(xué)方法的創(chuàng)新

材料力學(xué)采用拓展式、案例式等多種教學(xué)方法，在學(xué)生有一定預(yù)習(xí)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上開展課堂教學(xué)。預(yù)習(xí)階段設(shè)計出“基本、重點、難點、實踐、拓展”五類目標(biāo)問題。授課教師密切關(guān)注專業(yè)熱點問題，從實際工程案例中選取適合的教學(xué)素材，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、分析討論、主動探索，總結(jié)力學(xué)問題及提出解決方案，加深學(xué)生理論知識的掌握，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的力學(xué)思維。實際教學(xué)案例需緊密結(jié)合專業(yè)實際和最新的科技成果，推動“一言堂”教學(xué)模式向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，這對培養(yǎng)新型科研人才起到至關(guān)重要的作用。

5.考核方式的創(chuàng)新

傳統(tǒng)材料力學(xué)考核方式忽略過程考核，與新時代培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)相情。需加強(qiáng)課堂理論與實驗教學(xué)的管理，加大過程考核的力度。考核內(nèi)容涵蓋教學(xué)目標(biāo)（知識、能力和思政）和實驗?zāi)繕?biāo)，線上線下結(jié)合進(jìn)行過程性考核和期末考試，通過全方位、多角度、全過程的綜合考核，得到學(xué)生綜合測評的成績。

基于目標(biāo)問題的材料力學(xué)教學(xué)設(shè)計

以目標(biāo)問題為導(dǎo)向的材料力學(xué)教學(xué)方案設(shè)計，旨在通過優(yōu)化知識體系與結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣與綜合能力。具體思路如下：根據(jù)教學(xué)大綱梳理知識要點，構(gòu)建階梯式、模塊化的知識內(nèi)容框架；將知識要點轉(zhuǎn)化為目標(biāo)問題，課前推送給學(xué)生以便自主預(yù)習(xí)；課堂教學(xué)聚焦于知識講解與解決問題；課后作業(yè)鞏固知識，并輔以拓展資料加深學(xué)生的理解；循環(huán)推送預(yù)習(xí)資料和目標(biāo)問題，并在課堂開始時對上一節(jié)知識掌握及預(yù)習(xí)情況進(jìn)行點評。

1.課前準(zhǔn)備與目標(biāo)問題設(shè)計

教師在全面掌握材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過知識點設(shè)計目標(biāo)問題。這要求教師不僅要熟知教材內(nèi)容，還要熟悉授課專業(yè)的工程實際，以設(shè)計出更好的目標(biāo)問題。課前向?qū)W生推送預(yù)習(xí)資料，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，這些知識點多為基礎(chǔ)問題，易于理解，通過預(yù)習(xí)報告和課堂提問了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。在課堂授課時，圍繞目標(biāo)問題開展相關(guān)知識的講解，通過分組討論、線上線下答疑解決重難點問題，運用案例式、專題引人式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生解決實際問題。教學(xué)形式依據(jù)目標(biāo)問題的難易程度進(jìn)行調(diào)整，知識點越簡單學(xué)生的主導(dǎo)性越強(qiáng)，目標(biāo)問題越復(fù)雜授課教師的引導(dǎo)作用越大。

2.課程授課與思政目標(biāo)設(shè)計

材料力學(xué)應(yīng)結(jié)合授課專業(yè)特點和育人目標(biāo)，深挖課程中蘊含的育人要素、文化基因、思維方法和價值理念。授課過程中充分發(fā)揮課程的育人功能，將課程思政有機(jī)融入課堂教學(xué)全過程，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造的有機(jī)統(tǒng)一。通過隱性滲透、工程案例、專題引人等形式，將思政元素融人課前預(yù)習(xí)、課堂授課及課后拓展問題中，以案例思政為抓手，通過力學(xué)理論與力學(xué)思維引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價值觀與職業(yè)道德。

3.課堂授課案例設(shè)計

以目標(biāo)問題為導(dǎo)向的案例教學(xué)法，旨在改變傳統(tǒng)“一言堂”或“填鴨式”的教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。通過案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動參與討論，深化對理論知識的理解，提升解決實際工程問題的能力，體現(xiàn)了“理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用”的教育理念。案例涵蓋工程案例、科研案例和生活案例等，結(jié)合授課的學(xué)生專業(yè)進(jìn)行甄選。通過目標(biāo)問題設(shè)置和案例分析，讓學(xué)生明確掌握課本中的知識要點，按照由淺及深的原則設(shè)計一系列目標(biāo)問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、討論，最終掌握相應(yīng)的理論知識。

4.教學(xué)授課過程設(shè)計

在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，采用線上線下有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方法，通過課前、課堂和課后三階段的學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主動性。課前，利用“雨課堂”等發(fā)送課程要求和預(yù)習(xí)資料，設(shè)置目標(biāo)問題引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)知識要點，讓學(xué)生全方位地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，為教師開展課堂教學(xué)做好充分的準(zhǔn)備。課上，教師先梳理預(yù)習(xí)知識要點，總結(jié)預(yù)習(xí)完成情況；集中講授、結(jié)合小組討論，重點講授重點難點問題，既可以避免教師機(jī)械式重復(fù)教學(xué)產(chǎn)生疲勞，又提高了教師的積極性；采用案例式教學(xué)，將工程問題轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題，建立相應(yīng)的力學(xué)模型，彌補(bǔ)課后作業(yè)的不足，培養(yǎng)學(xué)生樹立工程安全意識和專業(yè)責(zé)任感。課后，讓學(xué)生整理知識點形成知識脈絡(luò)圖，加深學(xué)生的理解，培養(yǎng)其總結(jié)歸納的能力。

材料力學(xué)的教學(xué)實踐與效果

以材料力學(xué)中“壓桿穩(wěn)定”這一章為例，設(shè)計目標(biāo)問題（如表1所示）。知識目標(biāo)：掌握壓桿穩(wěn)定的概念，兩端鉸支細(xì)長壓桿的臨界力計算，其他支座條件下細(xì)長壓桿的臨界力確定，歐拉公式的適用范圍界定，經(jīng)驗公式的應(yīng)用，以及壓桿的穩(wěn)定校核和提高壓桿穩(wěn)定性的措施。能力目標(biāo)聚焦于培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識解決復(fù)雜工程中壓桿問題的能力，以及設(shè)計與校核壓桿穩(wěn)定性的能力。思政目標(biāo)體現(xiàn)在：在講授壓桿穩(wěn)定性時結(jié)合工程案例，將穩(wěn)定性理論發(fā)展史中的事件及人物自然聯(lián)系，把馬克思主義教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高學(xué)生正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力。

鑒于穩(wěn)定性內(nèi)容相對比較抽象，教學(xué)中綜合運用任務(wù)式、啟發(fā)式和討論式等方法。設(shè)置開放性作業(yè)，鼓勵學(xué)生課后整理和查閱與壓桿穩(wěn)定性相關(guān)的工程事故資料，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，使其參與到實際工程問題的分析、討論中，培養(yǎng)學(xué)生的工程安全意識，促使學(xué)生意識到課程教學(xué)的目標(biāo)是保證設(shè)計的構(gòu)件能夠安全工作。

相較于2020級土木班級的授課情況，2021級和2022級土木班級在教學(xué)模式和考核方式上進(jìn)行了優(yōu)化，增加了過程考核環(huán)節(jié)。從圖1和圖2中可以看出，材料力學(xué)課程的及格率、優(yōu)良率、卷面平均成績和總平均成績都有顯著提高。這表明基于目標(biāo)問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式及考核方式取得了一定的積極成果，大部分學(xué)生能夠掌握材料力學(xué)的理論知識，并具備一定的理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力。

結(jié)論

本文堅持“立德樹人”根本任務(wù)，貫徹“以學(xué)生為中心，以目標(biāo)問題為導(dǎo)向”的教學(xué)模式與理念。通過線上線下有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，全面優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核模式五個維度，推動材料力學(xué)教學(xué)模式的深度改革。教學(xué)上，精心梳理教學(xué)內(nèi)容各知識點，圍繞其設(shè)置五類目標(biāo)問題，作為組織課程教學(xué)主線。這不僅有助于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，還能有效促進(jìn)學(xué)生對理論知識的理解與掌握，提升學(xué)生運用所學(xué)知識解決工程實際問題的能力。

基于目標(biāo)問題為導(dǎo)向的材料力學(xué)教學(xué)改革，能夠促使授課方法和考核方式不斷完善，同時，這種深層互動的教學(xué)方式能夠營造出師生平等、和諧的課堂氛圍，真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、運用所學(xué)解決復(fù)雜工程問題的能力，切實提高學(xué)生的成績，為實現(xiàn)新工科背景下高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的最終目標(biāo)打下堅實基礎(chǔ)。

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（韓鐵林、梁鑫、王硯、解敏：西安理工大學(xué)土木建筑工程學(xué)院）