“雙碳”理念下材料力學課程線上線下混合式教學改革與實施

張騰元，肖欽蘭，吳嬌

（六盤水師范學院，貴州六盤水 553004）

2021 年7 月，教育部印發(fā)《高等學校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》[1]，對高校人才培養(yǎng)模式的革新提出了新要求。土木工程作為一門注重實際應(yīng)用的學科，在教學過程中更應(yīng)融入碳中和、碳達峰及相關(guān)思政內(nèi)容，培養(yǎng)懂理論、重實踐、有情懷的新時代土木工程人才，更好地服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展[2]。

在碳達峰、碳中和的背景下，土木工程正面臨專業(yè)轉(zhuǎn)型帶來的一系列變化，綠色建材是支撐土木工程轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要基石。土木工程專業(yè)在這一時代背景下，必須培養(yǎng)以社會主義核心價值觀為引領(lǐng)、以愛國主義為核心、以工匠精神為基礎(chǔ)、以科學創(chuàng)新為理念的具有社會擔當和責任心的建設(shè)人才。

1 材料力學課程存在的主要問題

材料力學是土木工程專業(yè)一門非常重要的基礎(chǔ)課，共64 學時，其中12 學時為實驗教學，其作為理論力學、土木工程制圖的后續(xù)課程，結(jié)構(gòu)力學、混凝土設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等課程的前導(dǎo)課程，主要引導(dǎo)學生正確計算構(gòu)件在拉伸、壓縮、彎曲等狀態(tài)下的內(nèi)力，根據(jù)強度理論為構(gòu)件選取合適的尺寸，分析構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定性，為從事土木工程設(shè)計及建造等相關(guān)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

六盤水師范學院土木工程專業(yè)開設(shè)于2016 年，至今已培養(yǎng)了大批土木類專業(yè)人才。在人才培養(yǎng)過程中，材料力學課程教學還存在一些問題。

在教師教學方面：存在著理論與實踐難以深度融合，理論課與實驗課的結(jié)合不深等問題，導(dǎo)致學生難以將所學理論應(yīng)用于實踐，難以通過實踐深入理解理論；以“學生為中心”的教學理念貫徹不到位，單向性的知識傳授方式及應(yīng)試性考核評價仍占主導(dǎo)地位，以“學”為中心的教學模式?jīng)]有真正構(gòu)建；學科導(dǎo)向明顯，能力培養(yǎng)弱化，強調(diào)學科體系與理論深度，重理論推導(dǎo)輕問題發(fā)現(xiàn)，學生解決實際問題能力與創(chuàng)新思維未得到系統(tǒng)培養(yǎng)。

在學生學習方面：一是學生基礎(chǔ)參差不齊，二是力學類課程學習難度大，三是學生缺乏克服困難的堅韌毅力和勇氣。

2 “雙碳”理念下材料力學課程線上線下混合式教學改革的方法

2.1 建設(shè)線上教學資源

材料力學課程授課教師經(jīng)過前期的課程建設(shè)探索，現(xiàn)階段在“以學生為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”的教學理念指引下，將原有教學知識點進行拆分、細化，凝練成25 個知識點，結(jié)合教學示范包、國家精品公開課，以及教師自行錄制的每個知識點的教學視頻（見圖1），幫助學生學習。其中，教師自己錄制、剪輯的視頻占比在60%以上。為避免學生在視頻學習過程中產(chǎn)生疲倦感，每一個視頻不超過10 min。

圖1 線上知識點內(nèi)容

25 個知識點分別為：（1）材料力學的任務(wù)；（2）材料力學的基本假設(shè)；（3）內(nèi)力、截面法、應(yīng)力和應(yīng)變概念；（4）工程中的軸向拉壓問題；（5）拉壓桿的內(nèi)力；（6）拉壓桿的應(yīng)力；（7）材料拉伸時的力學性能（實驗）；（8）材料壓縮時的力學性能（實驗）；（9）拉壓桿的強度校核；（10）工程中的扭轉(zhuǎn)問題；（11）扭轉(zhuǎn)內(nèi)力；（12）工程中的剪切問題；（13）剪切和擠壓的實用計算；（14）連接件的破壞問題；（15）截面的慣性矩；（16）工程中的彎曲問題；（17）梁的內(nèi)力圖；（18）荷載集度、剪力、彎矩之間的關(guān)系；（19）疊加法；（20）彎曲應(yīng)力；（21）純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力（實驗）；（22）彎曲梁的強度條件；（23）梁的強度校核；（24）提高梁的彎曲強度的措施；（25）應(yīng)力狀態(tài)與強度理論。

課程內(nèi)容含理論教學內(nèi)容、實驗內(nèi)容、PPT、教學視頻等，在實驗儀器、課時有限的條件下豐富了教學內(nèi)容，并以此為基礎(chǔ)，初步構(gòu)建新的教學模式，即“線上平臺預(yù)習—課堂理論教學—實際動手操作—網(wǎng)絡(luò)平臺互動—綜合設(shè)計—創(chuàng)新”全方位立體化智慧型教學體系，通過線上線下混合教學模式，不僅達到了課程的知識目標，還能達到相應(yīng)的能力目標和情感目標。

2.2 開展線上線下混合式教學

為滿足新工科人才培養(yǎng)要求，根據(jù)六盤水師范學院專業(yè)課程評估要求，貫徹成果導(dǎo)向教育理念，堅持“反向設(shè)計、正向支撐”，將專業(yè)人才培養(yǎng)目標分解落實到課程中，夯實課程教學與畢業(yè)要求指標點的支撐關(guān)系，采取了線上線下混合式教學，教學框架見圖2。

圖2 線上線下混合式教學框架

第一，教學鋪墊。教師在課前利用超星學習通平臺進行課程導(dǎo)入，分享工程案例，導(dǎo)入視頻素材。

第二，課堂授課。在傳統(tǒng) PPT 授課的基礎(chǔ)上，教師利用動畫仿真，增強學生的學習興趣，提高其學習效率；利用小組討論、隨堂測試方式使學生加深對知識點的理解和記憶。

第三，課后鞏固。教師利用思維導(dǎo)圖、PPT 等進行課堂知識總結(jié)，通過課后作業(yè)檢測學生學習效果，利用超星學習通和QQ 等平臺進行答疑解惑，并讓學生反饋教學效果，根據(jù)學生反饋結(jié)果調(diào)整教學進度，提升課堂教學效果。

第四，教學評價。教師根據(jù)小組合作、視頻觀看、文檔閱讀、平臺訪問次數(shù)、課堂參與度、課堂討論、線下作業(yè)、課堂提問、階段測試、實驗等情況以及線下期末考試結(jié)果對學生進行全面考核。

2.3 立德樹人，進行思政教育

授課教師編寫了“土木人的家國情懷”講義，該講義收錄了約50 余名土木領(lǐng)域的知名大師、兩院院士的事跡。教師利用線上視頻的模式，在每章學習結(jié)束后，介紹一位土木領(lǐng)域知名大師或兩院院士的事跡，實現(xiàn)價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)和知識傳授“三位一體”相結(jié)合[3-7]。

立德樹人是教育的根本任務(wù)，是教師教書育人的必然要求。通過對材料力學課程的梳理，凝練出 25 個知識點，確立 25 個德育目標，潛移默化地進行思政教育，實現(xiàn)了立德樹人的目標。例如，教學案例1：知識點“ 應(yīng)力和應(yīng)變的概念（挑戰(zhàn)級）”的學習比較難，設(shè)置的德育目標為培養(yǎng)學生迎難而上的大國工匠素質(zhì)；教學案例2：知識點“梁的內(nèi)力圖”，設(shè)置的德育目標為培養(yǎng)學生利用抽象模型解決復(fù)雜工程問題能力的科學精神。

3 結(jié)語

為滿足新工科人才培養(yǎng)要求，根據(jù)六盤水師范學院專業(yè)課程評估要求，貫徹成果導(dǎo)向教育理念，探索實踐了以學生為中心的教學模式，強化課內(nèi)外教學互動[8-14]。材料力學課程線上線下混合教學模式實施后，土木工程專業(yè)2020 級學生該課程綜合成績?nèi)考案瘢c2019 級綜合成績不及格率16%相比，有了較大提高；學生競賽參與度和獲獎率提高；學生養(yǎng)成了自主學習的習慣；學生發(fā)現(xiàn)問題并質(zhì)疑的能力、研究與分析能力、解決問題的能力、語言表達能力等都有一定的提高。