“材料力學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐的探討

林森 戴宏亮 方棋洪

[摘 要] 高等教育改革以來(lái)，受新媒體形式的推廣和特殊形勢(shì)的影響，傳統(tǒng)的本科力學(xué)課程教學(xué)急需改進(jìn)。湖南大學(xué)材料力學(xué)教研室以培育復(fù)合型人才為目標(biāo)，創(chuàng)新性地提出構(gòu)建課程建設(shè)和教學(xué)內(nèi)容并舉的“簡(jiǎn)支梁”教學(xué)改革思路。即依托教師隊(duì)伍和教學(xué)手段的相互促進(jìn)完成課程建設(shè);融合思想政治元素、實(shí)踐應(yīng)用和科普知識(shí)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，并以綜合考核為引導(dǎo)手段，培養(yǎng)具有理論和實(shí)踐的基本能力，并且能?chē)@未來(lái)工作中的工程和科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新性研究的復(fù)合型人才。取得了一系列優(yōu)異成果，可以為后續(xù)教學(xué)改革和實(shí)踐工作提供參考。

[關(guān)鍵詞] “材料力學(xué)”;教學(xué)改革;課程建設(shè);思政元素

[基金項(xiàng)目] 2020年度教育部第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目“面向智能制造工程人才‘通識(shí)核心能力培養(yǎng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目體系與平臺(tái)構(gòu)建”（E-ZNZZ20201217）

[作者簡(jiǎn)介] 林 森（1988—），男，廣東揭陽(yáng)人，博士，湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院助理教授（通信作者），主要從事基于生物力學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。

[中圖分類號(hào)] O341? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）31-0060-04? ? [收稿日期] 2021-05-25

2019年，教育部在《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見(jiàn)》（教高〔2019〕6號(hào)）中針對(duì)教學(xué)管理[1]、教學(xué)制度[2]、潛心育人[3]和組織保障[4]這四個(gè)方面分別對(duì)本科教育提出了指導(dǎo)性的意見(jiàn)。2020年的特殊時(shí)期打亂了多年循規(guī)蹈矩的本科教學(xué)計(jì)劃。這對(duì)于“材料力學(xué)”[5]這門(mén)傳統(tǒng)的力學(xué)核心課程的教學(xué)帶來(lái)了更高的要求和挑戰(zhàn)。對(duì)于這一問(wèn)題，湖南大學(xué)材料力學(xué)教研室認(rèn)真貫徹教育部精神，圍繞學(xué)生做出了一系列教學(xué)改革舉措，并落實(shí)到課程教學(xué)中，收到了良好的效果。本文在培養(yǎng)目標(biāo)[6]、課程建設(shè)[7]和教學(xué)內(nèi)容[8]等方面展示湖南大學(xué)材料力學(xué)教研室的創(chuàng)新和效果，為力學(xué)核心課程教學(xué)改革提供思路和參考。

一、教學(xué)改革與實(shí)踐的設(shè)計(jì)思路

湖南大學(xué)材料力學(xué)教研室“簡(jiǎn)支梁式”教學(xué)設(shè)計(jì)模式如下圖1所示。

（一）教師隊(duì)伍和教學(xué)手段組成的“滑移支座”

課程建設(shè)應(yīng)當(dāng)是在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，具有一定的靈活性，這樣可以適應(yīng)新時(shí)期和特殊形勢(shì)帶來(lái)的變化。其特點(diǎn)類似于雙自由度的“滑移支座”。

隊(duì)伍建設(shè)是支撐教學(xué)的基礎(chǔ)。湖南大學(xué)材料力學(xué)教研室實(shí)行“內(nèi)外雙培養(yǎng)”的教師發(fā)展模式。在內(nèi)，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教學(xué)名師帶領(lǐng)年輕教師學(xué)習(xí)教學(xué)技巧，根據(jù)每位教師的經(jīng)歷和研究方向量身定制教學(xué)方案。在外，聘請(qǐng)具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科知識(shí)扎實(shí)的工程技術(shù)人才加入，完善教師隊(duì)伍多元化建設(shè);建立校企和國(guó)際合作，鼓勵(lì)交流。

教學(xué)手段是學(xué)生興趣的“著力點(diǎn)”。特殊時(shí)期，全國(guó)展開(kāi)了一場(chǎng)關(guān)于線上教學(xué)的討論熱潮。針對(duì)這一問(wèn)題，教研室教師認(rèn)真收集建議，總結(jié)出一套合理的授課方案：（1）采用直播課堂軟件，將課件與討論區(qū)并列展示，便于及時(shí)收到反饋。（2）在適當(dāng)時(shí)間開(kāi)啟攝像頭，采用道具演示趣味小實(shí)驗(yàn)或者在小黑板上演算習(xí)題。（3）在習(xí)題課上，展示預(yù)先做成的習(xí)題解答過(guò)程課件，輔以軟件上的畫(huà)筆標(biāo)識(shí)。在直播課后，教師在課程聯(lián)系群里上傳錄制的直播視頻，幫助學(xué)生回顧知識(shí)。這樣有條不紊的直播授課得到了不亞于面對(duì)面授課的良好效果。同時(shí)，湖南大學(xué)材料力學(xué)教研室共同建設(shè)了課程中心網(wǎng)站，包括雙語(yǔ)介紹、力學(xué)進(jìn)展（介紹前沿的科研成果）、資料共享（課件和參考書(shū)籍）和師生互動(dòng)平臺(tái)這些特色欄目。這樣的課程中心建設(shè)支持教學(xué)資源的積累與共享，將教學(xué)過(guò)程與評(píng)價(jià)展示相結(jié)合，提供了多樣的師生互動(dòng)模式。另外，許多教師在主流的社交平臺(tái)上建立個(gè)人賬號(hào)，撰寫(xiě)教學(xué)和科研中的心得體會(huì)或是上傳錄制的課外講座。獲得了全國(guó)力學(xué)愛(ài)好者的廣泛關(guān)注，有幾位老師擁有了上千“粉絲”，成了同行和學(xué)生心中的“明星學(xué)者”。

（二）思政、應(yīng)用和科普組成的“固定支座”

教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)確保學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)這一關(guān)鍵不動(dòng)搖，由思政、應(yīng)用和科普共同組成穩(wěn)定的“三元體”，使學(xué)生圍繞知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)創(chuàng)新實(shí)踐。其特點(diǎn)類似于單自由度的“固定支座”。

針對(duì)學(xué)生的思想、興趣、志向和科學(xué)素養(yǎng)，廣泛搜集與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的重大工程和熱點(diǎn)問(wèn)題，從科普的角度拓展學(xué)生的知識(shí)面，同時(shí)滲透正確的人生觀和價(jià)值觀，確保達(dá)到協(xié)同育人的教學(xué)效果。2020年5月5日，廣東虎門(mén)大橋出現(xiàn)大幅搖晃，在網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)熱烈討論。時(shí)值“材料力學(xué)”課程講授“組合變形”這一章節(jié)，筆者抓住這一機(jī)會(huì)，向?qū)W生介紹了大跨度懸索橋的歷史和構(gòu)造。以塔科馬大橋風(fēng)毀的實(shí)例，解釋了卡門(mén)渦街這一流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)。作為中國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的第一座現(xiàn)代化特大型懸索橋，虎門(mén)大橋的設(shè)計(jì)師早已考慮風(fēng)力作用下的振動(dòng)。根據(jù)蜻蜓翅膀上的翅眼結(jié)構(gòu)的作用，介紹了大型橋梁的抗振措施。另外，渦街效應(yīng)也能被利用，從工程實(shí)例中的測(cè)量管道內(nèi)流量的渦街流量計(jì)，講到科研最新成果磁感應(yīng)渦街發(fā)電裝置。這使學(xué)生對(duì)于“材料力學(xué)”及相關(guān)課程的興趣大增，取得了非常好的教學(xué)效果，同時(shí)也宣傳了我國(guó)流體力學(xué)和振動(dòng)力學(xué)的代表學(xué)者。

（三）綜合檢驗(yàn)的復(fù)合人才是“荷載”

“材料力學(xué)”注重培養(yǎng)關(guān)注學(xué)科前沿發(fā)展和知識(shí)交叉應(yīng)用，具有理論和實(shí)踐的基本能力，并且能?chē)@未來(lái)工作中的工程和科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新性研究的復(fù)合型人才，是前述教學(xué)與改革的“承載”。結(jié)合特殊時(shí)期的影響，“材料力學(xué)”的考核模式也相應(yīng)調(diào)整如下（見(jiàn)表1）。

通過(guò)公示相應(yīng)的說(shuō)明文件《材料力學(xué)在線考核實(shí)施辦法》，保證了考核細(xì)節(jié)公平、公開(kāi)化，包括隨機(jī)題庫(kù)、雙機(jī)位監(jiān)考和提交答卷方式等?？己说膬?nèi)容包括慕課學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)認(rèn)知、課外討論和運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。針對(duì)考核中出現(xiàn)的不足，可以修正相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。只有建立起以培養(yǎng)復(fù)合人才為目的的評(píng)價(jià)體系，才能賦予這門(mén)傳統(tǒng)力學(xué)核心課程歷久彌新的特質(zhì)，源源不斷地輸送優(yōu)質(zhì)工程師、科研工作者和教師人才，同時(shí)為思政、工程和科研提供豐富的素材。