基于成果導向的材料力學教學方法思考

周月娥 嚴 鵬 桂潤金

（廣西民族大學建筑工程學院，廣西 南寧 530006）

材料力學是土木工程專業的一門專業基礎課，是學生學習后續專業課程所必備的理論基礎。 學生在學習材料力學前已經學習了高等數學、 大學物理和理論力學等基礎課程。 傳統的材料力學課程教學是以課程為導向，從學科出發，強調知識的系統性，重點是任課教師在課程的授課時期教給學生了什么， 教學目標要明確， 教學行為要符合規定， 具有科學合理的教學方法，要能達到一定的教學效果。學完材料力學后要求學生掌握桿件的強度、 剛度和穩定性問題的基本概念和基礎知識，具有一定的計算能力和實驗能力。以成果導向為目標的工程教育認證理念是美國工程與技術委員會提出的，我國從2006 年開始全面構建工程教育認證體系，2013 年正式成為《華盛頓協議》會員國[1]。 這對我國高校各工科專業的教學提出了相應的改革要求，要從國家發展和社會行業需求出發，把學生的學習成果放在重要的位置， 強調相應的課程教學活動要恰當，要對教學過程進行評價， 注重學生在課堂的表現程度，要使學生達成一定的學習成果。 培養的學生基礎理論知識要扎實，專業知識寬廣，實踐能力和創新能力強。 國內針對材料力學課程教學改革已有不少高校的教師從課堂理論教學、實驗教學和人才培養方法等方面給出了相應的建議[2-5]。 對于廣西民族大學土木工程專業的學生，目前材料力學的教學還沒有按照工程認證畢業要求來做，開展工程教育認證背景下的課程教學改革是非常有必要和順應時代的，基于對材料力學課程教學過程的一些經驗積累，結合學生畢業后應該具有的知識、能力和素養方面給出了一些目前教學中存在問題和需要改進方面的思考看法。

1 當前材料力學課堂教學分析

在學習材料力學這門課程前，學生學習了理論力學，能夠求解約束反力。 在此基礎上，可以用截面法利用平衡方程求解所求截面上相應的內力，繼而求解相應的應力。 對于內力和應力基本概念的理解和求解是學習材料力學重要的內容，一些學生對于內力的理解一直搞不清楚，只是機械地去按公式計算。 對于應力的求解要具體到點上也沒有理解透。 因為不同的內力求解應力有不同的假設條件和推導過程，這些過程比較煩鎖，理論性太強，理解起來是有難度的。 任課教師對這一部分的講解往往只是利用PPT 理論推導和板書，內容抽象，講解起來有難度，學生理解起來也很困難。 土木工程專業材料力學重點研究了桿件在拉壓、受扭、受彎不同受力情況下內力和應力的求解。 以桿件受拉或受壓為例來講，變形為拉伸或壓縮，提出了內力的概念為外力作用下物體內相鄰部分間分布內力系的合成。 用截面法截開桿件，棄去部分對分析部分的作用用內力代替，分析部分要滿足平衡，可以求出內力。 對于這部分，雖然是最簡單的受力情況，但卻是學生第一次接觸內力和截面法，需要詳細地給同學們講解清楚。 內力學習完的基礎上，提出了應力的概念，是桿件截面上分布內力的集度，是對應于截面上的一點。應力是矢量，有正應力和切應力兩種分量。對于受拉壓情況，只有正應力一種。 在求正應力時提出了平截面假設，這個假設是材料力學中的一個重要的假設，原為平面的截面變形后仍為平面。 根據這個假定得出了橫截面上各點處正應力相等，相應地得出了正應力的計算公式。

2 基于成果導向的材料力學教學方法分析

成果導向理念下的教學要求要制定相應的教學過程， 任課教師應該從教學手段上破解教學難點，幫助學生取得一定的學習成果。 學生通過學習是否取得了知識方面的增強、能力方面的提高和人文素養方面的進步，需要對教學過程進行評價，根據評價的結果對教師的教學方法進行改進。 現從教師教學，對學生學習成果評價和材料力學課程對學生畢業要求的支撐方面給出相應的分析。

2.1 教師教學方法

現有教學中， 教師是依據自己的經驗來教學，一些土木工程專業的材料力學課程是由力學專業的教師來授課的， 一些是土木工程專業的專業課教師授課。 土木工程專業背景的教師不是專業力學出身，但是講授每一個知識點可以結合專業背景來介紹，學生能夠知道自己所學知識在后面一些課程中的應用。 在軸向拉伸和壓縮中， 土木工程中有許多受拉壓桿件，比如，桁架橋梁中的一些受力桿和鋼筋混凝土結構中的受壓柱等結構構件。 只有知道了構件真正的受力情況，才能對其進行設計，構件才能正常工作。 學生可以分組調查實際土木工程結構中受拉壓的構件，從以前以教師為中心， 單一傳授知識的模式改變為學生自學，相互分享，成為課堂教學的參與者。 在彎曲應力一章，梁受力作用下的內力有彎矩和剪力，兩種內力作用下梁會有不同的破壞模式。 雖然還沒有學習鋼筋混凝土結構基本原理，但是可以用一個簡支橋梁為例來說明橋梁為何需要配鋼筋。 學生分組調研橋梁的材料組成及截面形式，討論內力分析與橋梁結構形式的關聯。 另外，可以根據學生高等數學的學習情況，程度比較好的學生可以對梁截面彎矩和剪力的推導、截面正應力公式的推導在老師講解前提下自己推導，對一些理論推導分享討論。 另外，一部學生分配他們進行工程實踐應用調研，分組討論報告。 另外，在新時代背景下，學生的學習資源是比較豐富的，教師要利用信息現代化技術和虛擬技術來傳遞知識，比如，超星學習通，云平臺，“互聯網+”等培養學生的學習智慧，增加師生之間，學生之間的一些互動性。

2.2 評價學生學習成果

目前，對于學生學習成果的評價是以分數為標準的，平時成績加期末成績。 成果導向理念下的教學要求必須關注學生的學習過程，對整個過程要進行動態評價。 不能只依靠分數來評價學生學習成果的優良，要把學生合作學習的能力充分調動起來。 利用學習平臺將學習重點和難點提出來，分組學習，在課堂上進行檢測， 讓學生也知道自己的學習不足在哪些方面，自己可以解決的問題有哪些，不能解決的課堂上重點講解。 課后作業布置后，根據學生答題情況，可以分類結合下一個學習模塊對不同學生留不同的作業。 這樣可以避免全班同一個作業題目， 有的學生參與度不高， 不能全面地反映大多數學生在學習過程中的情況，學習過程評價不夠全面。 分類布置，針對性評講，給不同類學生合理的學習評價。

2.3 材料力學支撐點分析

以成果導向為目標的工程教育認證理念對學生的畢業要求有12 條， 從知識層面上要求學生要掌握一定的工程知識，有分析問題的能力，可以針對不同的實際問題設計解決方案，具有一定的研究能力。 從能力方面上要求學生可以使用現代化的工具，了解工程與社會發展的關系，工程的設計要符合環境可持續發展的要求，工程人員要遵守職業規范。 人文素養方面要求學生要注重個人和團隊的溝通能力，具備一定的項目管理能力和終身學習的能力。 整個土木工程專業的課程體系的培養要使學生畢業后具備以上所述能力。 每一門課對這些目標都要有相應的支撐點。 材料力學課程相應的支撐點也有四到五點，在材料力學課程講解過程中會涉及一些土木工程實踐工程知識的講解， 幫助學生建立一種工程安全設計方面的思維，從學到的力學知識解決現實中土木工程結構構件的受力分析問題。 材料力學作為土木工程專業的一門核心基礎課，后續的結構力學、彈性力學、混凝土結構基礎原理， 鋼結構等課程都會用到材料力學的知識，所以這門課程的學習可以為學生在以后具備一定的研究能力打下基礎。 在材料力學課程學習基礎上，學生會學習更多的土木工程專業知識，畢業后會參加工作，將所學知識服務于社會。 土木工程課程體系的知識都是有一定難度的， 材料力學的一些理論知識、公式推導、理解幾何、物理和力學條件，需要同學們合作學習，還要運用理論力學、高等數學和一定的計算機知識，培養了學生團隊協作能力和綜合運用知識的能力。 在整個學習的過程中培養的學習思維能力使得學生逐漸形成了一種終身學習的能力。