“金课”视角下基于翻转课堂的《材料力学》课程教学改革与实践
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【摘 要】基于教育部提出的避免"水课"、打造"金课"的新要求，对《材料力学》课程进行了教学改革，主要包括：前沿性、时代性教学内容和先进性、互动性教学形式的设计;学生解决复杂问题的综合能力和高级思维的培养以及多元化考核评价体系的建立。通过以上措施，打造“两性一度”的《材料力学》课程。
【关键词】材料力学;翻转课堂;教学改革
中图分类号： O341-4;G434 文献标识码： A 文章編号： 2095-2457（2019）16-0156-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.067
Teaching Reform and Practice of "Mechanics of Materials"Course Based on Flipped
Classroom Aiming at"Gold Lessons"
LI Xiao-lin1 ZHOU Li-ming1，2
（1.College of construction engineering，jilin university，Changchun Jilin 130026，China;
2.School of mechanical and aerospace engineering， jilin university，Changchun Jilin 130026，China
【Abstract】Based on the Ministry of Education's new requirements of avoiding"water lessons"and creating"gold lessons"，the teaching reform of"Mechanics of Materials"was carried out，mainly including：the design of cutting-edge and contemporary teaching contents and advanced and interactive teaching forms;Students' comprehensive ability to solve complex problems，cultivation of advanced thinking and establishment of diversified assessment and evaluation system. Through the above measures，we will create a "advanced、creationary and challenging"course of"Mechanics of Materials".
【Key words】Mechanics of Materials;Flipped Classroom;Teaching Reform
2018 年8月，教育部印发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》提出“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，要提升大学生的学业挑战度，合理增加课程难度，拓展课程深度，扩大课程的可选择性，淘汰‘水课’、打造具有高阶性、创新性和挑战度（两性一度）的‘金课’”。
材料力学课程作为一门面向机械类、土木类、交通类、材料类等工科类本科生开设的专业基础必修课。它为工程设计提供了有关强度、刚度和稳定性计算的理论和方法，与工程实际联系紧密，构筑了作为工程技术根基的力学知识体系结构，是奠定学生基础力学知识与工程专业技能的重要课程。一直以来材料力学课程作为大面积专业基础课，多实行以教师讲授为主的“满堂灌”、“填鸭式”大班授课模式，课堂内容重经典、缺乏时代性，教学方法重理论、缺乏实践性，学生被动接受知识，缺乏学习主动性和创新意识。显然这样的授课模式与打造“金课”的目标背道而驰，因此实施材料力学课程的教学改革已经是迫在眉睫的事情。
此外随着“翻转课堂”“慕课”“微课”等新型教学模式的涌现，目前已经有很多高校开展了相应的教学实践[1-3]，其中翻转课堂教学模式从2012年起被国内教育工作者认识并逐步被接受，目前已经成为教师们认同和喜爱的教学方式之一。而且经过多年多校翻转课堂的教学实践[4-6]，证实了翻转课堂是激发学生学习兴趣、实现创新型人才培养目标的一个有效授课手段。此外翻转课堂的实施，拓展了学生学习的时间和空间，学生可以在课前通过教师提供的学习资源完成部分知识点的自学，由此给教师提供了充足的课内时间为学生们介绍前沿性、时代性的教学内容，开展多样的课程实践和研讨课，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。为此我校建设工程学院材料力学教研组开展了小班授课环境下材料力学翻转课堂的教学改革，使课堂教学从传统“静态的、被动的、个人的、接受式的”以“教为中心”的教学范式走向“互动的、参与的、合作的、探究的”以“学为中心”的新范式。
1 前沿性、时代性的教学内容
在授课过程中引入周培源力学竞赛的部分内容，提高课程的深度，加深学生对材料力学基本知识的理解;在授课过程中引入与材料力学课程知识相关的国内外最新研究动态并结合自己的科研课题向同学介绍当前国际学术界的研究前沿，提高课程的高度;将实际工程案例引入课程，引导学生利用所学的材料力学知识对实际工程问题进行分析，提高课程的广度，由此打造具有深度、高度、广度和前沿性、时代性的材料力学课程。
2 先进性、互动性的教学形式
2.1 材料力学网络教学平台的搭建
当今的大学生大多是互联网时代的原住民，他们对于新鲜事物的接受能力很强，对于图形、视频等的接受程度很高，而对于传统教材却难以专心阅读和学习。因此，在材料力学授课过程中选择了部分知识点进行翻转，录制微视频上传至教学平台供学生课前学习，由此不仅锻炼了学生的自主学习能力而且节省了课堂教学的时间。此外在教学平台上还提供了便于学生拓展知识面的资源、丰富的思考题、练习题等，供学生参考学习或自主测试，组织在线测验等。构建“个体自学、同伴助学、网络拓学、实践研学、展示互学和教师导学”的材料力学翻转课堂教学新模式，打造以学生为中心的课堂。 2.2 “学习通”等软件的应用
在材料力学授课过程中利用了超星学习通的签到功能，节省了学生出勤考核的时间。设计众答、抢答和小测验等环节，让学生及时了解自己掌握知识的情况及班上的成绩排名，老师也可以及时了解学生的学习情况，便于教学方式的设计。此外在研讨课环节利用分组任务的模块功能，便于统计小组成员的平时成绩。
2.3 材料力学研讨课的开展
在材料力学授课过程中引入一些研讨课，目的是为了给学生们创造在合作环境下进行研究型学习的机会，使学生体验探索式的学习方式，激发学生探求知识的兴趣。研讨课具体实施时采用小班式、分主题、研讨式教学模式。课程主要包括：研讨内容设计、学生课前查阅资料、课堂展示、课后撰写报告、评定成绩五个环节，其中研讨内容的设计是研讨课效果好坏的关键，爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师。”因此，我们的教学团队在设计研讨内容时依据积累的科研和教学经验，结合课程培养目标和学情，精心设计能够激发学生兴趣，触动学生思维神经的研讨主题，主要分为工程型、科学前沿型、软件应用型等类型，其中工程型是为了提高学生们对实际结构的抽象建模能力，以研讨课的形式发布任务让同学们分组用手机拍摄身边可以用材料力学知识分析的结构，绘制计算简图，分析结构的受力和变形特征。软件应用型是为了激发学生利用软件对复杂工程问题进行力学分析的兴趣，让同学们通过查阅资料，介绍自己感兴趣的一种或几种数值模拟软件。科学前沿型是为了使学生了解学科前沿，拓宽学术视野，同样以研讨课的形式发布任务让同学们分组搜集新材料的相关资料，了解新材料的力学性能和应用领域，并在课上分享给大家。
3 解决复杂问题的综合能力和高级思维的培养
3.1 数值模拟软件操作实践
随着计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析，科学研究都带来了急剧革命性的变化，引导学生学习数值模拟软件，能够利用软件对工程问题进行数值计算，这是当前时代对工程科技人才提出的新要求，为此在授课过程中向学生介绍数值模拟软件ansys的基本操作以及如何利用软件对材料力学问题及工程问题进行模拟分析。借助软件将抽象的力学概念，直观形象地展示出来，便于同学们理解，并且通过软件对所学的理论加以验证，在此基础上结合自己的科研課题介绍复杂工程问题的数值求解过程，培养学生利用软件解决实际工程问题的能力。
3.2 结构设计力学实践活动
利用学习通发布任务，让学生使用发放的指定材料，设计并制作一个简单结构，并通过加载实验测试模型的承载能力。学生在利用所学的材料力学理论知识的基础上，可以借助CAD软件进行快速建模，利用ansys软件进行力学分析，此外还可以利用材料力学课程实验的实验设备和实验方法对材料的力学性能进行实验测试，由此不仅通过实践加深了学生对材料力学理论的理解，而且培养了学生利用软件解决实际问题的能力和创新能力。
4 即时诊断
在翻转课堂授课过程中要经常对学生的知识点掌握情况进行诊断，如果学生自主学习部分的知识点掌握地不好就在课堂上对此部分知识进行讲解，即时诊断的方式可以采用在线测验、问卷调查等方式。
5 课程考核
在材料力学的课程考核方面遵循“重视基础，挖掘深度，激发智慧”的原则，提高传统课程考核的难度，对最终成绩进行设计，分成五个部分，包括：期末考试，材料力学试验，线上自主学习表现，实践课、研讨课表现，作业综合评定。主要考核学生灵活运用基本概念和基本理论的能力，分析和解决问题的综合能力以及创新思维能力。
6 结语
材料力学的课程改革是一个持续的探索过程，构建以学生为主体，以教师为主导，以传授知识为中心，以解决问题为目的，以创新实践为特点的课堂;培养学生主动获取知识，灵活运用知识，解决实际问题的能力;旨在通过教学与研究、教学与实践、教学与创新的结合，培养具有创新精神和实践能力的创新型科技人才。在教学内容上坚持“力学知识与工程案例、动手实践相结合”和“兴趣与挑战相结合”，在教学设计上坚持“先进技术与多元混合教学模式相结合”，在教学过程中坚持“启发引导和师生互动相结合”，由此打造“两性一度”的材料力学课程。
【参考文献】
[1]刘军，李英梅，战宇.基于互联网+的材料力学课程建设[J].高教学刊，2018年第10期：108-113.
[2]张策，徐晓飞，张龙，等.利用MOOC优势重塑教学实现线上线下混合式教学新模式[J].中国大学教学，2018年第5期：37-41.
[3]马天魁.互联网时代的新型教育模式变革探究[J].大学教育，2016年第5期：48-49.
[4]许英姿，沈玉凤.基于翻转课堂的理论力学教学改革与实践[J].力学与实践，2015年第6期：737-740.
[5]孙苗苗，施广权，张世民，等.基于微信公众平台的结构力学翻转课堂教学与应用[J].力学与实践，2017年第4期：403-408.
[6]谭宁，吴莹，伍晓红，等.大班授课环境下理论力学翻转课堂的实践[J].大学教育，2019年第4期：18-20.
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