“結構可靠性”課程混合式教學模式探索

蘇毅 任淑紅 方鵬亞 王瑤瑤

摘?要：本研究基于鄭州航空工業管理學院面向飛行器質量可靠性專業開設的一門重要的核心課程——結構可靠性課程，對課程現狀、課程思政、考核方式等方面進行分析研究，提出了以慕課和雨課堂建立學習平臺，優化教學內容，注重過程考核，引入課程思政等方面為導向的教學研究，以拓展學生的知識面和提高學生參與度為目標，對課程進行深入有效的探索研究，為培養學生成為復合型應用人才服務。

關鍵詞：結構可靠性;課程思政;學習平臺;過程考核

結構可靠性課程是鄭州航空工業管理學院飛行器質量與可靠性專業對大三學生開設的一門力學類核心課程，它和學生之前學的理論力學、材料力學和結構力學這類傳統的力學課程有明顯不同，傳統的力學課程大都是基于確定性理論的，解決的都是工程實際中的平均行為，但是往往工程實際都具有隨機性的特點，結構可靠性課程是對傳統力學課程的補充和拓展。通過這門課程的學習讓學生熟悉工程可靠性的知識，運用專業的知識對工程結構的破壞進行評價和分析。

結構可靠性課程公式繁雜，內容抽象，原理較復雜。很多學校都是為研究生學生開設的，而可靠性專業因專業需要為本科生開設。學生需要熟練掌握高等數學、概率論、材料力學等課程。這就對學生的數學基礎有較高的要求，導致學生認為課程難度較大，逃避學習的情況比較嚴重。針對目前課程中存在的問題，鄭州航空工業管理學院在該課程上采用線上線下的混合式教學模式[1]，積極采取多種教學方法和手段[2]，完善改進課程考核方式，恰當地引入思政教育，從而提高教學質量，進而拓展學生的專業知識維度，促進學生應用能力和思辨能力的培養。因此，為更好地服務于學生，通過教學改革和創新，適當地引入多種教學方法和思政教學等多種教學手段[34]，是非常有必要的。

一、課程現狀分析

（一）授課對象學習基礎的差異化

從近三年的授課情況來看，學生的學習基礎差異化很大，基本上形成了兩極分化的情況。特別是學習基礎差的學生，由于之前先修課程學得不扎實，知識儲備不夠，在學習結構可靠性課程時候，接受新知識的能力差，老師在講授新課的時候，為了能夠更好地照顧這部分學生，不斷地重復復習欠缺的知識。對于基礎較好的學生，覺得這樣上課學習效率不高，課堂的參與度不高，使得課堂氛圍比較沉悶。

（二）教學方法和考核方式單一

在近幾年的授課方式上，往往采用教師授課，學生接受的方式。雖然在講授的過程中，極力地和學生互動，輔以習題課的方式，希望學生能參與到課堂學習互動氛圍中，但學生的整體參與度不高，很少積極主動回答問題，互動往往只能帶動少部分的學生，而學生的情緒會影響到老師的情緒，老師臨場發揮亮點減少，思維的火花很難碰撞，影響上課的效果。在考核方式上，雖然采用開卷考試，但是題型不夠豐富，過程考核重視的不夠。因此，該課程的授課方法還有很大的提升空間。

（三）缺乏思政內容

在傳統教授的過程中，往往認為結構可靠性課程是工科的課程，而工科的內容和思政教育關系不大，這是對思政教育的狹隘認知。因此，針對課程思政教育的匱乏，深刻的思索結構可靠性課程與思政教育的內在聯系是亟須的。

二、改革措施

為了進一步提高教學的質量，實現教學改革，達到課程為人才服務的目標。本文主要從教學模式、教學內容、考核方法和課程思政這四個方面進行探索改進，主要改革的內容如下：

（一）混合式教學模式

隨著互聯網信息技術的發展，可以利用的網絡資源也非常多?！敖Y構可靠性”課程團隊以超星學習通為平臺，采用線上自主學習，線下課堂講解結合的混合式教學模式。將各個章節的知識點錄制成小視頻，每個視頻用小問題為斷點分成兩三個小部分，避免學生為了應付學習，不完整看完視頻。教師同時可以圍繞每個視頻進行文字講解、單元測試、典型習題集做成課程資源，最終一并上傳到網絡教學平臺上。慕課上有很多的教學資源，授課教師可以根據課程內容下載相關資源，并通過二次剪輯，配合教師自身的理解和解讀做成視頻為課程所用，這樣可以吸取其他老師的經驗同時節省大量時間，讓學生取各家之長。結構可靠性課程所涉及相關的基礎理論如材料力學應力應變的概念、概率論中威布爾分布、正態分布的概念等做成小視頻上傳，這樣學生可以多次重復地學習，節省更多查找資料的時間，課堂效率也可以隨之提高。整個教學的過程包括課前的預習，這個階段需要學生花費一定的時間和精力，部分學生會有畏難、懶惰的情緒，那么在做視頻和課件的過程中盡可能地做到兼具知識性和趣味性，讓學生有自覺學習的興趣。在課堂學習的過程中，以學生為主導，教師做到穿針引線的作用，同時將多種教學方法融合在一起，讓課堂變成一個討論的課堂，當然這很難做到，需要教師對課堂有超強的掌控力，對學生掌握知識程度的差異性、性格心理有一定的了解。所謂臺上一分鐘，臺下十年功，要想上好一節課，真正做到以學生為主體，教師一定要認真地備課。由于授課教師經驗不足，良好的課堂氛圍的出現不是教師短期的努力就可以做到，知識點之間的邏輯關系如同樹干與樹枝之間關系一樣慢慢種植在學生心里。一門優秀課程的建設是需要不間斷改進、創新的。雨課堂是老師上課的好助手，在PPT里引入雨課堂，能很好地輔助教師掌控課堂，如實現學生點名、在線互動和答題等數據化支持，使教師對每位學生的課堂表現更加清晰。最后，課后鞏固這一環節也必不可少，教師通過布置一定數量的典型習題，幫助學生重新梳理知識點。根據學生的反饋情況，了解學生課堂掌握的情況，那么下一次的授課中，教師有計劃將重點問題、難點問題還有易錯易混淆的概念重新講解，依靠思維導圖讓學生對知識點的地位、意義和用法有清晰的認知，最后鼓勵學生討論為什么在習題的時候會犯錯誤。從而在每章的學習中，形成有效的閉環。教師不應放棄每位學生，師生共同努力將結構可靠性的新知識學好的同時更要復習鞏固容易遺忘和不熟練的先修課程的基礎知識，也為部分學生考研做支撐。

（二）優化教學內容

授課學生都是航空專業的學生，因此在授課內容上需要偏重于航空結構的可靠性問題。在課程內容和章節的安排上，可以將概率論和疲勞斷裂的基礎知識引入。

第一章：緒論，含可靠性的基本概念，結構可靠性定義，失效的概念，結構可靠性的分類與計算，結構可靠性的發展歷史。

第二章：結構可靠性的數學基礎，含線性代數和概率論與數理統計的基礎知識，正態分布、對數正態分布、威布爾分布、指數分布等常用的概率密度函數的典型分布，區間估計和假設檢驗，實對稱矩陣的特征值和特征向量的求解等基本方法。

第三章：結構可靠性的基本公式和概念，含結構功能函數，結構可靠性的普遍表達式，應力和強度均為正態分布或對數正態分布的可靠度計算。

第四章：結構可靠度的近似計算，含干涉面積法、中心點法、改進一次二階矩法、JC法、相關變量的獨立變換法、蒙特卡洛法等。

第五章：結構可靠性的試驗估計，含結構可靠性的點估計，正態分布強度參數未知情況下結構可靠度的區間估計，應力和強度服從正態分布參數均未知的條件下結構可靠度的區間估計等。

第六章：疲勞可靠性的基本公式，含交變應力，SN曲線，疲勞應力強度干涉模型和疲勞可靠性設計分析等。因為沒有合適的教材，課題組自編了教材，通過超星學習通給學生發送了電子版的講義，供學生學習和參考。隨著授課經驗的積累，課題組正嘗試編寫適合航空專業學生的結構可靠性教材。

（三）過程考核融入教學過程中更加自然

考核不是目的，考核是為了更好地督促學生學習，獲取新的知識。授課教師應靈活地運用考核這種方式，更不能因考核把學生和教師孤立起來?？己藨搹娬{公平，但需要兼備人性化，可以更加強調過程考核在考核中占據的比重。在預習階段，在考核的時候也需要考慮這部分成績，如果學生提出了有價值的問題，可以給予一定的獎勵，同時可以根據預習的時長、看視頻的次數、做習題的質量等作為預習階段的成績，這部分成績占總成績的15%。課堂講授部分，在課堂活動環節，可以由一個學生主答，如果回答不全時可以尋求別的同學的幫助，那么根據回答問題的比重給相應的獎勵分數，這部分考核需要營造一個友好互助、通力協作的氛圍等，那么僅僅靠機械考核做不到，而需要更加靈活的方式。教師和學生共同努力把課程做扎實。授課教師是導演，而學生是演員，過程好了，學生自然就可以輕松獲取到知識，這需要有共同的信念。在授課過程中，單純地靠引導，很難達到想要的效果，需要學生預習好，心中對老師提出的問題有一定的解答基礎，這樣授課老師的引導才能有的放矢，課堂氛圍才能不會因為老師的一個提問，學生不會解答而氣氛尷尬。就像一場相聲表演一樣，需要捧哏和逗哏的共同表現，這需要有默契和互相了解作為基礎。授課教師可以根據學生的課堂表現、參與課堂活動的次數，主動回答問題的次數等來確定課堂講授部分分數，這部分比例占20%。課后鞏固部分，可以根據學生習題完成情況來給分數，這部分比例占15%。過程考核中還有一部分分數作為老師對每個學生的綜合印象分數，這部分分數是根據學生在整個課程中的表現，成績提高是否明顯，是否積極主動參與，是否積極幫助同學等，這部分打分很主觀，需要教師更加注意發現每位學生的閃光點，這部分成績占總成績的10%。最后一部分是期終考試成績占40%，本門課程的考試采用開卷考試。這是因為課程的公式較多，課程的目的是考核學生靈活運用學到的知識解決工程問題的能力。開卷考試可以選擇的題型更多，如分析題、設計題、論述題、計算題這些主觀題組成，這主要考查學生通過課程的學習是否具有查找資料、分析問題和解決實際問題的能力。

（四）拓展課程思政素材

針對課程思政問題，可以從以下三個方面來探索結構可靠性課程和課程思政的關系。

（1）從結構可靠性發展的歷史中提煉思政素材[5]，從結構可靠性發展各個階段的經典案例結合結構可靠性的近似算法里的干涉面積法、中心點法、JC法這些主流方法產生的歷史背景進行講述，讓學生認識到這門課程在工業制造中的重要性，激發學生的求知欲。

（2）從結構可靠性領域內的知名專家和學者中汲取能量。結構可靠性近百年的發展進程中出現的著名的科學家和工程師，如我國的載人航天奠基人、火箭之王錢學森教授，飛機壽命與結構可靠性專家高鎮同，結構工程專家趙國藩等，他們對航空航天事業，土木工程事業的巨大的推動作用和影響，他們的奉獻精神和愛國情懷都非常值得我們學習。

（3）從重大結構可靠性事故中進行反思，比如與同學探討推動飛機設計思想發展的幾次重大的飛機結構疲勞斷裂事故。同樣航空發動機的發展歷史也有近半個世紀了，國內外對它的設計維護和使用也有豐富的經驗，但是不管是成熟的發動機還是新研制的，都不可避免地出現影響結構可靠性的故障。經驗告訴我們結構可靠性問題不能馬虎，每位質量可靠性人員都肩負著重擔。另外結構可靠性與產品的六性如可靠性、安全性、維修性、測試性、保障性、環境適應性等以及工業4.0建設甚至國家綜合國力都息息相關，與思政教育具有較多可以相互融合的地方。在授課的時候通過合理的引導，將思政教育恰當地融入日常的教學活動中，潛移默化地提升學生的人文素養，更容易培養他們的愛國情懷。

結語

基于結構可靠性課程公式繁雜，授課對象差異性大以及考核方式單一等問題，為了更好解決學生學習結構可靠性課程困難現狀，不斷提高課程的教學質量，切實提升學生參與的積極性，本文從優化課程內容、考核方法融入教學、采用多種教學手段、引入思政教育等方面內容進行研究，旨在改善課堂效果，提高授課效率，為培養應用型、創新型人才服務。

參考文獻：

[1]王國新，韓龍.“模擬電子技術”課程混合式教學模式探索[J].黑龍江教育（理論與實踐），2021（9）：6869.

[2]秦宣云，李軍英，鄭建梅，任葉慶，鄭洲順，李俊平.融入啟發式、探究式、討論式、參與式教學方法的高等數學課程課堂教學改革的研究與實踐[J].大學教育，2015（5）：9596.

[3]劉戰合，田秋麗，王菁.面向實踐能力提升的科研反哺教學方法初探[J].河南教育（高教），2019（12）：103105.

[4]苗楠，王曉璐，劉戰合.飛行力學在線課堂建設與項目式課堂教學改革研究[J].河南教育（高教），2020（12）：8890.

[5]趙學孔.基于翻轉課堂的教育技術公共課混合式教學模式[J].大學教育，2020（3）：3941.

課題項目：2021年度河南省科技攻關項目“基于增強現實的盾構維修輔助系統研究”（212102310004）

作者簡介：蘇毅（1983—?），女，漢族，湖北襄陽人，工學博士，講師，研究方向：有限元法、疲勞可靠性;任淑紅（1978—?），女，漢族，山東德州人，工學博士，講師，研究方向：航空發動機可靠性與維修性;方鵬亞（1986—?），男，漢族，河南鄭州人，工學博士，副教授，研究方向：失效物理與可靠性方向;王瑤瑤（1992—?），女，漢族，河南焦作人，碩士，助教，研究方向：機械裝備維修性與可靠性設計。