新工科背景下基于鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗的材料力學(xué)課程思政教學(xué)改革研究

王云洋，蔣 楚，肖 磊，黎 滔，楊 光，李 夢，李 明

(1.湖南文理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，湖南 常德 415000；2.洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)建設(shè)與發(fā)展湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 常德 415000；3.湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院，湖南 常德 415000)

為了更好地推動我國在高等工程教育方面的改革與發(fā)展，新時代對工科人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求。結(jié)合立德樹人的新要求、國際競爭的新形勢，以及國家戰(zhàn)略發(fā)展的新需求等因素，國家針對性地提出了新工科建設(shè)計劃。2017年發(fā)布的新工科建設(shè)“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，標(biāo)志著新工科理念正式形成[1-5]。提出新工科建設(shè)是為了使中國的工程教育走在世界前列，并將中國經(jīng)驗傳播到世界，從而把我國建設(shè)成為高等教育強國[6-10]。

新工科建設(shè)是我國新時期高等工程教育的行動綱領(lǐng)。材料力學(xué)是大多數(shù)工科專業(yè)開設(shè)的課程之一，實驗教學(xué)則是材料力學(xué)課程教學(xué)的重要組成部分，既是對理論知識的鞏固和補充，也是對學(xué)生知識面的拓展和創(chuàng)新能力的激發(fā)[11-15]。

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，要用好課堂教學(xué)這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[16]，強調(diào)了在高校教育教學(xué)全過程中融入社會主義核心價值觀，重視對大學(xué)生的思想政治教育[17]。

在國家新工科建設(shè)的指導(dǎo)下，為了更好地實現(xiàn)本科院校在新工科建設(shè)背景下創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)的目標(biāo)，材料力學(xué)實驗課程教學(xué)需要密切跟隨時代的步伐，積極探索與實踐基于課程思政的教育教學(xué)改革與創(chuàng)新。本文結(jié)合湖南文理學(xué)院土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對湖南文理學(xué)院土木工程專業(yè)材料力學(xué)實驗課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，并基于鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗對材料力學(xué)實驗課程思政教學(xué)進(jìn)行改革探索，實現(xiàn)了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標(biāo)。

1 材料力學(xué)實驗課程教學(xué)存在的不足

1.1 教學(xué)方法陳舊

傳統(tǒng)的材料力學(xué)實驗課程內(nèi)容大部分為概念、公式推導(dǎo)和實驗演示，沒有將教學(xué)內(nèi)容與工程實踐很好地聯(lián)系起來，基本只注重理論知識的講授，沒有重視學(xué)生對實際問題的力學(xué)分析[18,19]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，新理論、新工藝及新材料不斷涌現(xiàn)，而傳統(tǒng)的材料力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容和方法沒有隨之一起充實、完善和更新，相對落后，難以適應(yīng)復(fù)雜的實際工程。例如，對于材料的扭轉(zhuǎn)實驗，課堂教學(xué)只開展了低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實驗，其他材料如塑料、復(fù)合材料等的扭轉(zhuǎn)實驗沒有進(jìn)行。與此同時，學(xué)生在課堂上學(xué)到的實驗知識與實際工程問題聯(lián)系不緊密，這也是學(xué)生對材料力學(xué)實驗課程興趣不濃厚的原因之一，這樣就不能實現(xiàn)較為理想的教學(xué)效果。

1.2 教學(xué)效果不佳

材料力學(xué)實驗課程教學(xué)是在實驗室進(jìn)行的，學(xué)生沒有接觸到施工現(xiàn)場的實際工程和科技前沿，不了解行業(yè)的最新動態(tài)。另一方面，普通本科院校學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較為薄弱，缺乏學(xué)習(xí)自覺性，部分學(xué)生反映課程枯燥，還有部分學(xué)生存在膽怯心理，學(xué)習(xí)效果不好[20-22]。

同時，材料力學(xué)實驗課程教學(xué)缺乏對工程背景的介紹，學(xué)生學(xué)習(xí)沒有較為清晰的工程目標(biāo)，這樣不利于對學(xué)生分析解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。

1.3 考核方式單一

材料力學(xué)實驗課程教學(xué)傳統(tǒng)的考核方式比較單一，主要包括實驗報告質(zhì)量與平時上課表現(xiàn)考核。在實驗報告撰寫的過程中，還存在一些學(xué)生相互抄襲的現(xiàn)象，這也導(dǎo)致了學(xué)生對實驗課程教學(xué)不重視。這樣的考核方式較難對學(xué)生的自學(xué)能力、分析解決問題的能力等進(jìn)行綜合評定。因此，需要采取更加全面的綜合考核方式對學(xué)生進(jìn)行考核，需要將以結(jié)果評價為主的考核方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐越Y(jié)果過程共同評價的考核方式[23,24]。

2 材料力學(xué)實驗教學(xué)改革

我國目前倡導(dǎo)的新工科建設(shè)，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力。因此，材料力學(xué)實驗課程教學(xué)改革應(yīng)該同國家的人才培養(yǎng)要求保持一致，不斷提升學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，需要對課程教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整與設(shè)計，加強理論知識與實際工程之間的聯(lián)系，同時還要對傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行改革，從而較好地實現(xiàn)材料力學(xué)實驗課程的培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力得到訓(xùn)練和提升。

2.1 更新教學(xué)方式

材料力學(xué)實驗課程授課過程中，應(yīng)以板書形式與多媒體結(jié)合為主，采用板書的形式給出公式推導(dǎo)、計算分析等方面的內(nèi)容，較為復(fù)雜的圖形和文字方面的內(nèi)容，可采取多媒體播放，這樣可以起到節(jié)省畫圖和書寫文字的時間，同時還可以采用圖片和動畫等方式，更加豐富和形象地展示課程相關(guān)內(nèi)容，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容理解的目的。目前，線上教學(xué)軟件資源豐富，可以利用便捷的線上教學(xué)軟件資源，與課程講授相結(jié)合，還可以采取網(wǎng)絡(luò)課堂對學(xué)生進(jìn)行測驗，并設(shè)置問題，讓學(xué)生開展討論，教師針對學(xué)生討論學(xué)習(xí)過程中提出的問題進(jìn)行分析并解決，提高教學(xué)質(zhì)量與效率。

與此同時，隨著計算機技術(shù)的推廣與應(yīng)用，為材料力學(xué)實驗課程教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新提供了新的途徑。一方面教師能夠采用計算機模擬技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)，同時大量優(yōu)秀的線上教學(xué)資源和知名大學(xué)的開放視頻資源，為材料力學(xué)實驗課程的教學(xué)提供了較為方便的條件，也為教師與學(xué)生更好地溝通和交流提供了網(wǎng)絡(luò)空間。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，課堂講授之前引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺對即將講授的知識進(jìn)行預(yù)習(xí)，這樣使學(xué)生對課堂講授的知識點心中有數(shù)。在課堂講授的過程中，教師則可根據(jù)學(xué)生的情況靈活地講解、答疑及適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行拓展，采用這種教學(xué)方式，能夠使學(xué)生更加方便地掌握知識。學(xué)生還可在課后利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源復(fù)習(xí)課堂講授的知識，同時對學(xué)科前沿相關(guān)的知識與工程實例適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了解，起到拓展視野作用。

將課程思政元素引入到教學(xué)中，講解詹天佑、茅以升等大師們的愛國事跡，培育學(xué)生的愛國情懷，鼓勵學(xué)生為譜寫新時代的新篇章努力奮斗。

2.2 案例式教學(xué)

材料力學(xué)實驗課程教學(xué)中，教師應(yīng)將理論知識與實際工程問題緊密結(jié)合，注重學(xué)生對所學(xué)理論知識的運用，同時也鼓勵學(xué)生帶著目的學(xué)習(xí)，學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣和計劃定期提交學(xué)習(xí)報告，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

湖南文理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院的教師結(jié)合研究的科研項目，指導(dǎo)學(xué)生開展了鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能研究科研項目，為學(xué)生開闊視野及培養(yǎng)基本實驗素養(yǎng)提供了條件。科研項目需要用到金屬材料的扭轉(zhuǎn)強度、剛度、應(yīng)力與應(yīng)變等方面的知識，指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生積極動手參與各項實驗的開展，對材料力學(xué)實驗課程教學(xué)效果起到了明顯的改善作用。在學(xué)生參與教師的科研項目過程中，從實驗方案的設(shè)計，到實驗材料的購買、模具加工，再到試件的制備、養(yǎng)護(hù)、加載測試、數(shù)據(jù)采集和分析等，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨立完成。既培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。經(jīng)過本科階段材料力學(xué)實驗課程教學(xué)方面的培養(yǎng)和鍛煉，大部分學(xué)生反映學(xué)習(xí)效果很好，既學(xué)到了基本實驗理論知識，同時還學(xué)到了教材以外的知識，并在老師的指導(dǎo)下自己動手和思考，撰寫研究論文，并在期刊上發(fā)表，鍛煉和提高了學(xué)生的科研水平，為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)深造打好了基礎(chǔ)。下面圖1～圖5為湖南文理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院的學(xué)生進(jìn)行鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗時的照片。

圖1 WDJ500型電子扭轉(zhuǎn)實驗機

圖2 鑄鐵扭轉(zhuǎn)試樣參數(shù)的測量

圖3 觀察鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗過程

圖4 典型的鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗曲線

圖5 扭斷后的鑄鐵試樣

圖1為實驗采用的WDJ500型電子扭轉(zhuǎn)實驗機，圖2為學(xué)生對鑄鐵扭轉(zhuǎn)試樣參數(shù)進(jìn)行測量，圖3為學(xué)生對鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗進(jìn)行操作和觀察，圖4為鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗過程中的典型曲線，圖5為實驗過程中部分已完成扭轉(zhuǎn)實驗被扭斷的鑄鐵扭轉(zhuǎn)試件。

2.3 優(yōu)化考核方式

對于傳統(tǒng)的材料力學(xué)實驗課程成績，教師主要按照學(xué)生上課的到課率以及最后撰寫提交的實驗報告進(jìn)行考核，這種考核方式不能較全面地對學(xué)生實驗課程成績進(jìn)行評定。對材料力學(xué)實驗課程教學(xué)改革后，學(xué)生的成績組成包括以下四個方面：(1)達(dá)到的實驗效果占25%；(2)平時上課的到課情況占15%；(3)實驗動手操作占40%；(4)最終提交的實驗報告占20%。教師采用課堂提問與檢查預(yù)習(xí)報告相結(jié)合的方式檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，學(xué)生的到課情況則是通過實驗課點名進(jìn)行考核。實驗動手操作是通過觀察學(xué)生的獨立思考能力與操作步驟進(jìn)行考察。

通過對材料力學(xué)實驗課程考核方式進(jìn)行改革，避免了傳統(tǒng)實驗過程中實驗數(shù)據(jù)及報告的抄襲現(xiàn)象，做到只要學(xué)生認(rèn)真參加材料力學(xué)實驗課程學(xué)習(xí)和完成相應(yīng)的課程任務(wù)就能及格，這樣還給優(yōu)秀的學(xué)生提供了充分發(fā)揮的空間，積極勤奮的學(xué)生能夠脫穎而出。對材料力學(xué)實驗課程考核方式進(jìn)行改革，不是通過材料力學(xué)實驗課程考核為難學(xué)生，而是通過科學(xué)合理的考核方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)

材料力學(xué)實驗課程教學(xué)需要持續(xù)更新與完善，是一個教師連續(xù)接力與傳承的過程，每位教師通過學(xué)習(xí)與繼承前人優(yōu)秀的教學(xué)方法后不斷進(jìn)步成長。教師在傳承學(xué)校優(yōu)良傳統(tǒng)和作風(fēng)的基礎(chǔ)上，通過不斷學(xué)習(xí)、積累和創(chuàng)新形成自己的教學(xué)體系。材料力學(xué)實驗課程教師需要堅持基礎(chǔ)知識教育與專業(yè)知識學(xué)習(xí)相融合、堅持教學(xué)與科研相融合。同時，還應(yīng)該注重對青年教師進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)，不斷提高教師隊伍課程教學(xué)的教學(xué)水平。

3 結(jié) 語

材料力學(xué)屬于傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程之一，在新時期需要緊跟國家新工科建設(shè)人才培養(yǎng)的方針，在教學(xué)過程中不斷融入新理念與新方法，不斷進(jìn)行教學(xué)改革和完善。本文首先總結(jié)了傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗課程教學(xué)中存在的不足：教學(xué)方法比較陳舊、教學(xué)效果不太理想、考核方式比較單一等，針對性地提出了材料力學(xué)實驗課程思政教學(xué)改革的措施：對教學(xué)方式進(jìn)行更新、教學(xué)過程中采用案例式教學(xué)、不斷優(yōu)化考核方式、加強教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)等。基于鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗對材料力學(xué)實驗課程思政教學(xué)改革進(jìn)行了大量探索與實踐，教學(xué)效果改善較為明顯。在材料力學(xué)實驗課程思政教學(xué)改革過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，還需要不斷總結(jié)和提煉，為后續(xù)材料力學(xué)課程教學(xué)更加深入和全面的改革打好基礎(chǔ)，并以國家新工科建設(shè)為契機，培養(yǎng)出創(chuàng)新能力較強、能更好地適應(yīng)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。