基于案例驅(qū)動式材料力學(xué)課程教學(xué)的探索與實(shí)踐

林紅+楊蕾+鈕瑞艷

摘要：材料力學(xué)是一門理論與實(shí)際緊密結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度，采用案例驅(qū)動式的教學(xué)。在課堂上結(jié)合工程案例講解，并鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考、自主建立力學(xué)模型，進(jìn)一步通過分組合作完成案例的分析，并提出解決方案。這種教學(xué)模式以“研究性的學(xué)”代替“傳統(tǒng)式的教”，有助于學(xué)生的理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；工程案例；研究性教學(xué)；學(xué)生為中心

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0167-02

材料力學(xué)是一門理論與實(shí)際緊密結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課，重在培養(yǎng)學(xué)生對工程設(shè)計中強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問題的分析能力。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)生的學(xué)習(xí)以被動式為主，缺少分析討論、綜合概括、質(zhì)疑發(fā)現(xiàn)等主動式的學(xué)習(xí)訓(xùn)練環(huán)節(jié)。另外，盡管材料力學(xué)課程內(nèi)容本身與實(shí)際工程緊密相連，但學(xué)生不了解如何將實(shí)際工程問題抽象為力學(xué)模型和定解條件。因此，為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生應(yīng)用材料力學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的水平，我們對傳統(tǒng)教學(xué)方法加以革新和突破，探索案例驅(qū)動式的研究性教學(xué)模式在材料力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

一、案例驅(qū)動式的教學(xué)理念及改革路線

案例驅(qū)動式的研究性教學(xué)是一種教與學(xué)相互統(tǒng)一、相互提高的過程。這種教學(xué)方法借助案例材料提供的信息，學(xué)生在教師的組織引導(dǎo)下，運(yùn)用所掌握的基本理論來探究案例問題、提出解決方案。我們的教學(xué)理念包括：以學(xué)生為主體，以案例為教學(xué)載體，以多種教學(xué)模式為手段，以“研究性的學(xué)”代替“傳統(tǒng)式的教”。

基于此，我們建立了如下的改革路線圖，具體包括：（1）每章課程開始之前，引入適合課程教學(xué)的具有前沿性、基礎(chǔ)性與交叉性的工程案例問題；（2）在研究性教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主建立力學(xué)模型；（3）課后，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)等新的教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，擴(kuò)展課外的自主學(xué)習(xí)空間；（4）課程結(jié)束時，用教學(xué)的全程考核來評定學(xué)生最終的課程成績；（5）項(xiàng)目執(zhí)行中，由組成員分工聽課、發(fā)放調(diào)查問卷，對新型教學(xué)模式進(jìn)行監(jiān)控，必要時進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

二、案例驅(qū)動教學(xué)的新舉措

1.教學(xué)思路上，由傳統(tǒng)的“知識點(diǎn)講解型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍咐?qū)動型”，從而將實(shí)際生活及工程實(shí)踐中的材料力學(xué)問題融入學(xué)習(xí)中。如：講拉壓靜不定時，引入“三個和尚沒水吃”的寓言；在講截面的幾何性質(zhì)時，結(jié)合古代“七根筷子”的故事；在講動應(yīng)力的概念時，引入飛針穿玻璃的例子；在講解提高彎曲強(qiáng)度的措施時，結(jié)合橋式起重機(jī)改造和家庭用晾衣架的設(shè)計；在講壓桿失穩(wěn)時，結(jié)合了腳手架倒塌和海洋石油平臺失效等工程事故的案例等。通過案例驅(qū)動的教學(xué)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)習(xí)的深度和廣度。

2.教學(xué)方法上，堅(jiān)持啟發(fā)式、參與式教學(xué)。根據(jù)具體情況有針對性地、循序漸進(jìn)地提出問題，如：在講軸向拉壓桿橫截面上的應(yīng)力時，首先提示學(xué)生關(guān)鍵是正應(yīng)力的分布；又提示應(yīng)力看不見摸不著，學(xué)生可以想到分析“變形”，因此進(jìn)行變形規(guī)律試驗(yàn)，且由表及里需要“平面假設(shè)”；進(jìn)一步提示需要“應(yīng)力—應(yīng)變”的胡克定律獲得應(yīng)力分布規(guī)律；隨后，由靜平衡方程，推出正應(yīng)力公式；當(dāng)然，最后還需要學(xué)生考慮這個計算公式的適用條件，從而引出圣維南原理。這樣，學(xué)生會對這一部分內(nèi)容很有興趣，并對知識的來龍去脈有了清晰的認(rèn)識。同時，為節(jié)省出課時用于案例研究，教學(xué)內(nèi)容上采用類比方法及框圖的方式歸納總結(jié)各部分間的關(guān)系。

3.在教學(xué)形式上，選取一些具有承前啟后性質(zhì)的章節(jié)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，這個過程中學(xué)生之間可以互相質(zhì)疑、糾錯、指正。同時，案例教學(xué)過程中，將學(xué)生分成幾個學(xué)習(xí)小組，進(jìn)行分工討論交流，并利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源查閱資料，提出案例問題的解決方案、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并最終撰寫總結(jié)報告、進(jìn)行答辯。

4.課程結(jié)束時對學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，為進(jìn)一步改進(jìn)課程的教學(xué)積累了寶貴的資料。問卷設(shè)置問題包括：課程授課形式、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容、案例大作業(yè)難度、學(xué)生學(xué)習(xí)感受及意見和建議等方面。其中，關(guān)于“研究性大作業(yè)的設(shè)置頻率”，大部分同學(xué)認(rèn)為合適的頻率為“每章一次”或“更少”。至于研究性學(xué)習(xí)過程中“最大的困難”，約10%的學(xué)生選擇“沒有時間完成討論題”，約17%的學(xué)生認(rèn)為“不知道如何解決”，超過半數(shù)的同學(xué)選擇“不知道解決方案應(yīng)該做到什么程度”，這表明大多數(shù)學(xué)生能夠及時掌握課堂授課知識，并能學(xué)以致用，同時也正反映出案例的開放性，另有約7%的學(xué)生認(rèn)為是“其他困難”，包括“不知道如何表述自己的解決方案”“無法拓展思路”等。關(guān)于案例驅(qū)動式教學(xué)的“課堂效果”，接近3/4的學(xué)生認(rèn)為“好”，學(xué)生評價研究性課堂不僅能夠提高他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情，且增強(qiáng)了應(yīng)用這門課的知識解決實(shí)際問題的能力。

三、結(jié)語

經(jīng)過連續(xù)多個學(xué)期的改革實(shí)踐檢驗(yàn)表明，這種教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，拓寬學(xué)生的知識視野，增強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力，因而取得了較好的課堂內(nèi)外教學(xué)效果。通過在此提出兩點(diǎn)建議：（1）在教學(xué)過程中引入工程案例進(jìn)行分析、討論，勢必占用課時，因此，為更好地保證教學(xué)效果，必須精心選取工程案例，同時合理劃分學(xué)時計劃；（2）為成功實(shí)現(xiàn)基于案例驅(qū)動的教學(xué)形式，需要重點(diǎn)研究如何對課程的期末總成績進(jìn)行有效評價，尤其是各組案例大作業(yè)成績的給定，為保證在這一評價過程中做到公平、有效，我們認(rèn)為需要多個案例大作業(yè)分階段考察，且每組人數(shù)限制在2—3人左右，并明確每個成員具體的貢獻(xiàn)。

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Exploration and Practice on the Teaching of Material Mechanics Based on Case Driven

LIN Hong1，YANG Lei2，NIU Rui-yan1

（1.College of Pipeline and Civil Engineering，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China；

2.College of Science，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China）

Abstract："Material mechanics" is a major basic course that closely integrating theory with practice. In order to improve students' learning interest，to expand the depth and breadth of learning，the case driven teaching is adopted. In the class，first introduce the project case，and then encourage students to think independently，to establish a mechanical model，and further through the analysis of the case of cooperation in groups，and at last they can put forward solutions. This kind of teaching mode use "research study" instead of "traditional teaching"，which will be helpful for students to combine theory with practice.

Key words：material mechanics；project cases；research-oriented teaching；student-centered