基于大數(shù)據(jù)背景下的材料力學課程教學改革探索

□段 軍 班宇鑫 譚金蘭 李 莉

一、引言

大數(shù)據(jù)是21世紀的重要技術(shù)革新，大數(shù)據(jù)開發(fā)與應用推動新技術(shù)和新應用的不斷涌現(xiàn)，當前在各行各業(yè)適應大數(shù)據(jù)發(fā)展需要的人才非常奇缺，所以培養(yǎng)適應大數(shù)據(jù)時代需求的創(chuàng)新人才是擺在高等院校面前的重要任務[1～2]。重慶大學城市科技學院正處在轉(zhuǎn)型發(fā)展關(guān)鍵時期，更應該認清大數(shù)據(jù)背景下應用型人才培養(yǎng)的形勢，做好頂層設計和決策，才能在大數(shù)據(jù)技術(shù)革新中謀求發(fā)展。課程是人才培養(yǎng)的途徑之一，所以大數(shù)據(jù)背景下的課程教學改革迫在眉睫[2]，材料力學課程教學改革也不例外。

材料力學是土木工程和機械工程等專業(yè)大學本科學生的一門主要的技術(shù)基礎課程，也是各大高校土建類專業(yè)研究生招生考試的主要課程。課程教學目的是培養(yǎng)學生的力學素質(zhì)和定性、定量分析能力和初步的實驗能力[3]，因此，就必須結(jié)合材料力學課程背景和社會實際需求，開展適應大數(shù)據(jù)時代需求的材料力學課程的改革研究和實踐。

二、教學現(xiàn)狀及存在的問題

重慶大學城市科技學院的材料力學課程主要針對土木工程專業(yè)本科學生開設，自學院建校以來，就開設了材料力學課程。在學院領(lǐng)導的重視和教師們的共同努力下，通過幾年的課程建設和不斷進行教學改革，在師資隊伍建設、教學條件改善、課程建設和教材建設以及實驗課程教學建設等方面都取得了多項成果。然而，材料力學課程具有知識點多、公式推導理論性強、內(nèi)力圖繪制多且難以掌握、與實際工程聯(lián)系緊密等特點，并且學校同一個教學班混編了不同層次的學生(包含普招生和職高生)，學習接受能力參差不齊，導致教學過程中出現(xiàn)了諸多問題。總體現(xiàn)狀和存在的問題體現(xiàn)在以下幾方面。

(一)教學內(nèi)容。按教學大綱要求，課時偏少，講授內(nèi)容較多，為按時完成教學任務，往往需要趕進度，沒有足夠的時間來引入最新學術(shù)動態(tài)，也沒時間讓學生去思考、討論，并提出相關(guān)問題。再加上不同層次的學生對基礎知識的掌握差異較大，這就使得課堂教學中，教師啟發(fā)式教學和創(chuàng)新教育效果甚微，學生難有創(chuàng)造性思維。

(二)教學方法。目前采用的教學方法是“PPT+板書”。課堂以教師講解為主，而教師又以課本老舊知識為主，學生對桿件強度、剛度和穩(wěn)定性的認識來自于教師講解和搜集的資料，學生缺乏學習的主動性和發(fā)現(xiàn)力學問題的機會，導致學生學習材料力學課程相對比較吃力，最后導致教學效果不佳。

(三)實驗教學。實驗教學過于依賴實驗室，學生缺乏現(xiàn)場實踐教學，也基本沒有機會到施工現(xiàn)場去接觸實際工程，接觸不到科技前沿，不能了解行業(yè)最新動態(tài)，這就在一定程度上使學生越學越落后。

(四)考核方式。目前考核方式采用閉卷考試，試題從基本概念、理解性概念、記憶性的內(nèi)容和基本計算等方面綜合考慮，從考核效果看，并未達到預期考核的結(jié)果。計算內(nèi)容要點考慮不全，概念記憶模糊不準確等問題比較突出。

顯然，這樣的教學現(xiàn)狀已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)時代下應用型、復合型、技能型人才培養(yǎng)的要求。為加強學校內(nèi)涵建設和應用型人才培養(yǎng)，提高學生的課堂參與度，提升其自主學習的內(nèi)在源動力，并結(jié)合課程教學現(xiàn)狀，重慶大學城市科技學院力學建材教研室利用大數(shù)據(jù)平臺對教學內(nèi)容以及教學方法進行全面的改革，力爭解決目前材料力學課程教學過程中存在的問題。

三、材料力學課程教學改革措施

(一)優(yōu)化和調(diào)整教學內(nèi)容。材料力學教材涵蓋內(nèi)容繁多，各個章節(jié)內(nèi)容銜接性差、邏輯性弱。如果在教學中眉毛胡子一把抓，什么都講就等于什么都沒講，學生聽得渾渾噩噩，抓不住重點，導致學生的學習效果不盡人意[4]。因此，基于教學大綱要求，大膽嘗試優(yōu)化和調(diào)整教學內(nèi)容，精簡課堂理論講授內(nèi)容，教學重點放在強度、剛度和穩(wěn)定性方面，特別是考研涉及到的內(nèi)容要細講精講，突出考研知識點。教學的內(nèi)容不應該局限于教材，利用大數(shù)據(jù)時代信息量大、傳播速度快的特點，廣泛搜集學科前沿知識和實際工程經(jīng)典案例，將其引入課堂，調(diào)動學生的學習積極性，掌握更貼近實際工作崗位的知識。

(二)搭建利用線上教學資源平臺。以名華在線網(wǎng)絡課程大數(shù)據(jù)平臺建設為契機，遴選優(yōu)質(zhì)線上教學資源中國大學MOOC和名校公開課視頻等網(wǎng)絡資源，創(chuàng)建材料力學課程現(xiàn)代化學習環(huán)境，為教師教學、學生學習和交流提供網(wǎng)絡空間。課前引導和鼓勵學習結(jié)合名華在線網(wǎng)絡平臺進行自主提前預習，對難理解難掌握的重點知識點做到心中有數(shù)。課上教師可以有針對性地講授、答疑、拓展深化，這樣就可以使學生更好更快地掌握經(jīng)典力學內(nèi)容。在課后，在線下載本課程的學習資源、繼續(xù)復習力學基本原理和基本計算方法，了解學科前沿知識及實際工程中的實例，工程事故案例等，拓展學生知識視野。

(三)加強實驗、實踐性教學環(huán)節(jié)的學習。實驗教學環(huán)節(jié)是力學理論與工程實際相結(jié)合的重要紐帶，而材料力學實驗的基本要求應該更加注重培養(yǎng)學生的力學素質(zhì)和動手能力，掌握工程實際中力學問題的試驗方法和手段。加強實驗、實踐性教學環(huán)節(jié)的學習，除了完成常規(guī)實驗內(nèi)容外，還可以增加自主設計實驗內(nèi)容，例如可以讓學生把實訓課完成的螺母、焊接的構(gòu)件等，在其受力狀態(tài)下測試其力學性能。不僅能豐富實驗內(nèi)容，增強學生對力學理論的理解和運用，還能為學生提供動手實驗的機會，讓同學充分發(fā)表自己的理解和認識，有利于發(fā)揮學生的主動性和實踐能力，培養(yǎng)其實驗興趣、工程實踐素質(zhì)和創(chuàng)新意識。

(四)改革課程考核內(nèi)容與方式。考核成績不僅應體現(xiàn)學生理論知識的掌握程度，同時也應體現(xiàn)學生創(chuàng)造性思維和實踐應用能力。根據(jù)該課程的特點，建立多元的學習成效評價機制。加大學習過程評價占課程綜合成績的比重，利用分階段考核將評價活動通過線上線下作業(yè)、課堂提問、研討、隨堂測驗和實驗操作等方式貫穿整個課程教學過程中。通過改革考試內(nèi)容和成績評價機制，引導學生注重過程學習，提高學生能力培養(yǎng)成效。

四、結(jié)語

在材料力學的教學實踐中，教師將大數(shù)據(jù)時代的技術(shù)和思想融入教學過程，教學水平有了較大提高，深受學生歡迎，得到學生及專家評教的好評；學生對學習產(chǎn)生濃厚興趣，并且主動去追求、去探索未知的知識領(lǐng)域。學生的學習效果明顯好轉(zhuǎn)，通過率逐步提高。因此，面向大數(shù)據(jù)需求的教學改革必然是材料力學課程教學改革未來發(fā)展的方向。