工程教育認證背景下農林院校材料力學課程教學改革

侯文慧 葛俊 張大山 王玉偉 劉莉

摘 要： 材料力學課程是農林院校眾多機械類專業工程教育認證的重要核心課程，課程內容多，課時緊縮，傳統的教學模式已無法滿足新時代人才培養的需求。以工程教育認證理念為指導，從課程思政的融入、基于“互聯網+”的新型教學模式和多元化的教學評價等方面探索了課程的教學改革，以期提高學生的政治素養，激發學生的創新思維，拓展學生的視野，從而實現課程目標，改善教學效果。

關鍵詞：工程教育認證；材料力學；教學改革；教學模式；教學評價

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：2095-1795（2023）08-0125-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.08.022

0 引言

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，是我國高等教育的重要組成部分，優化了我國工程人才培養模式，實現了與國際工程教育的接軌[1]。工程教育專業認證理念融入了先進教育理念，為工程教育專業建設指明了發展方向，強調專業以學生為中心，評估體系基于產出成果的質量，不僅順應我國目前人才培養的社會需求，更強調了持續改進機制下培養模式的可持續發展性[2]。工程教育專業認證的核心是確保畢業生達到行業認可的質量標準，是一種以培養目標和畢業要求為導向的合格性評價。安徽農業大學積極投入了專業認證工作，深入分析了新時代對人才培養的需求，對專業的培養方案進行了改革和完善，并細化了具體的畢業要求和對學生的培養目標，更加注重對學生主體能力的培養。

材料力學是農林院校機械類專業重要的必修課，為后續專業課程的開展奠定基礎，在各專業學生的培養方案中有不可或缺的地位[3]。它主要涉及固體力學和材料科學兩個學科，研究桿、軸、梁等研究對象的宏觀力學行為。在專業認證背景下，隨著專業人才培養計劃的調整，材料力學課程的學時不斷被壓縮，課程理論邏輯性和應用性很強，概念抽象、內容復雜、公式晦澀難懂，學生理解起來比較困難，因此缺乏對學科的興趣。目前課堂多以教師為主體進行PPT 講解，學生被動接受知識，參與課堂的程度較低[4]。傳統的“教師為主體，以教為中心”教學模式已不滿足信息化時代下對新工科人才的培養需求[5]。隨著教育信息化技術的普及，學生主體意識的提高，工程教育“以學生為中心，產出導向、持續改進”理念的深入，材料力學的教學改革勢在必行。本研究探索新型的教學模式，多元化的評價方法，實現在有限時間內將抽象的知識講解清楚，并充分調動學生學習的主動性，提高課程參與度，鍛煉學生應用知識的能力，滿足工程教育專業認證提出的人才培養需求。

1 深入挖掘思政元素和德育功能

課程思政指將思想政治教育寓于課程教學實踐中，使學生在提升專業技能的同時，提高思想政治素質，以實現全課程育人[6]。作為新時代的教師應時刻秉持以德樹人的教育理念，堅持理論學習，不斷促進自身思政水平的提升，做到集學術素養和道德素養于一身，加強思政教育與教學相融相通，力求為國育人，為黨育才。立足課程思政的現代課程觀，對材料力學課程重新認識、重新定位和重新塑造了教學目標，使學生在具備課程知識和分析問題能力的基礎上，將激發愛國熱情、培養創新思維、鍛煉實踐能力、堅定建設科技強國信念的課程思政目標融入其中，貫穿于課程教學大綱的各個單元，實現課程思政建設與教學目標的契合，與教學內容的融合，與教學素材的整合，與教學過程的結合。

在材料力學課程的緒論課中，介紹本門課程的研究對象，以中國在建筑、土木等方面取得的成就為切入點，融入我國從遠古先民至現代社會在材料學上的智慧與貢獻，如隋代的趙州橋及遼代的應縣佛宮寺釋迦塔等歷經數次的地震不倒，其中包含了對材料的深度分析與人文藝術的結合。以橋梁為例講述強度的術語概念時，通過“十三五”巡禮視頻展示我國在橋梁建設上取得的成就，向同學們樹立銳意進取、充滿新鮮活力的大國形象，增強學生的專業自信，激發學生學習本門課程的動力。在講述第二章泊松比的概念時，介紹教材中錢偉長院士（ 中國近代“ 力學之父” ，“應用數學之父”）棄文從物的故事，弘揚愛國精神，鼓勵勇于探索、敢于創新的科研精神。講解第七章梁的應力計算與強度設計時，鼓勵學生思考影響正應力的因素，引導學生討論提高梁強度的措施，并通過現實中出現的橋梁坍塌事故，培養學生的責任意識、嚴謹的作風和精益求精的工匠精神。講解第十三章穩定性的概念時，穩定性指受到干擾，保持平衡形式不發生突然轉變的能力。引申學生們在大學生活中極易受到各種誘惑，引導學生堅定初心，抵擋誘惑，砥礪前行。

2 開展基于“互聯網+”的新型教學模式

隨著以“互聯網+”為代表的新一輪信息技術革命飛速發展，傳統的教育教學理論與實踐正經歷技術性轉化和模式化變革。當前背景下，智能手機與筆記本電腦已成為學生的必備，教師應順應時代潮流，利用好信息化技術，引導學生利用網絡學習資源進行自主學習，發揮學生學習主動性[7-8]。根據材料力學課程的特點及學校的課時安排，結合自身對教學內容的感悟、體驗、靈感和經驗，鉆研教材，詳細劃分知識點，并設置不同層次的主題，建立主題之間的聯系，將知識進行重構。充分利用網絡資源，結合線上線下的優勢，采用智慧型教學工具，形成良好的教學模式。

2.1 線上線下混合式教學模式

當前社會背景下，線上教學已然成為線下教學的有力補充，達成了教學活動在時間和空間上的有效延伸[9]。線上線下混合式教學模式可以將課程教學分解為課前、課中和課后3 個階段。課前，通過線上教學平臺完成導入，明確該部分的教學目標，使學生對該部分知識點有一個初步認識，提出問題引導學生進行自主探索，從而調動學生的積極性；課中，設計多樣的課堂活動（討論），增進學生對知識的掌握，指導學生應用知識解決復雜工程問題；課后，通過督促學生完成習題訓練，拓展探究實現知識點的鞏固，加深對知識的理解，促進知識的運用。

線上線下混合式教學應以課程章節為主線，經過深度分析與重構，對每一章節的知識點進行細分，合理設置線上與線下的教學比例和內容。線上課程應設置為對各專業具有普適性的內容，如材料力學的研究任務、基本假設和應力應變等術語，典型材料的力學性能、剪應力互等定理及平面圖形的幾何性質等。線下課程講解習題、工程案例，課堂活動應考慮授課對象的專業，有一定的傾向性。如針對土木工程專業的學生，講解第六章內力計算時可以以鋼架為例分析計算內力，講解穩定性時可以以桁架為例進行安全分析；針對機械工程專業的學生，彎扭組合計算以齒輪軸為例，講解軸同時受到彎曲與扭轉時的應力。課后通過線上測試和拓展訓練，鞏固課堂知識，鍛煉學生應用知識分析問題的能力。以彎曲應力分析與強度計算為例，展示混合式教學的思路，如圖1 所示。

2.2 基于雨課堂的互動式教學模式

雨課堂是面向全社會開放的智慧型混合式教學工具，利用雨課堂可以方便地開展互動式的教學，較大程度上提高學生在課堂上的參與度，真正做到以學生為中心，加強學生的主動性與參與度，促使學生自主學習、廣泛討論與深入思考[10]。教師可以在課前推送課件、視頻等資料，學生可以預習本次課的內容，課上學生可以通過掃碼進入課堂（簽名），教師可以發布習題訓練，實時指導學生。如發布選擇題和填空題可以檢驗學生的預習和聽課效果；發布觀點題可以培養學生的發散思維，促進互動討論，使學生對知識的理解更加深刻；隨機點名可以抽取學生回答問題，從而增加與學生的互動。另外，利用雨課堂可以與學生進行彈幕互動，及時了解學生的疑惑與心理狀態，為教師調整教學提供了依據。課后可以發送拓展型的思考，推送學習資料，拓寬學生的知識面。

2.3 基于翻轉課堂的案例式教學模式

工程教育專業認證強調以目標為導向的育人模式，因此材料力學課程設計翻轉課堂教學模式[11]。翻轉課堂的課前預習視頻是以學生線上自主學習為主，布置主題，如工程案例的分析，并對學生進行分組，鼓勵學生進行文獻調研，自主探索案例相關知識，并開展課前小組討論；課上由學生匯報對主題的調研與討論情況，教師給予點評與指導，引導學生結合學科對工程案例進行分析，培養學生的工程思維，鍛煉學生應用理論知識解決工程問題的能力；課后利用思考題、習題、仿真訓練和科研訓練進行知識拓展，了解本領域最新的研究進展、最新的成果，形成教學促科研的形式，培養學生的科學思維。

3 開展多元化評價方式

在工程教育專業認證背景下，建立科學、客觀及公正的評價方法及體系對于高質量人才的培養具有極其重要的導向作用[12]。因此，基于多智慧平臺開展多元化的考核方式，對于科學評價學生的綜合表現十分重要。學生的日常成績來源于多個渠道：線上線下學習記錄，課堂互動和課后的拓展測試情況等。如通過雨課堂生成的課程報告統計學生的成績，可以細化到每道題的成績分布，從而了解所有學生對每個知識點的掌握程度。線上教學的報告可以統計學生線上學習的時長，參與討論的次數，完成測試的情況等，為客觀評價學生的學習效果提供量化的依據。線下開展教學活動的同時，開展主觀評價和學生的自我評價，不斷完善考核機制。如期末時可以批量導出每次課的雨課堂成績統計，如圖2 所示為第二、三章的綜合測評成績統計，主要考察了學生對軸向載荷產生應力和變形情況，軸向拉伸時各種材料表現的性能。散點圖橫坐標代表每個學生的代碼序號，通過觀察圖中每個個體的達成度可以發現哪些學生還沒能掌握這些知識點，應予以重點關注；雨課堂統計還可以針對每道題進行成績統計，使教師更詳細地了解學生對知識點的掌握程度；通過對每次課數據的橫向分析，了解學生對知識掌握的脆弱部分。如有些學生對術語概念上掌握的較好，但涉及知識的深層理解及應用就有所欠缺。對于這類知識點，講解時應著重進行分析，使學生能深刻理解知識點，并結合實際案例提高學生對知識的應用能力。如講解材料的性能時，不僅要注重材料的外在表現，更應探究其內在原因，并在講解應力狀態時予以結合。

4 課程改革成效

基于“互聯網+”的新型教學模式真正做到了以學生為中心，給予學生自主思考的空間，培養了學生自主探索知識的興趣。混合式教學通過簡短的線上視頻細分了知識點，提高了教學效率，減輕了學生的學習負擔；線下通過組織豐富的課堂活動，如案例分析、主題討論和翻轉課堂將知識點深化，在傳授知識的同時，提高學生應用知識解決實際問題的能力；利用雨課堂大大提高了學生參與課堂的程度，活躍了課堂氣氛，增強了學生的自主學習意識，增加了師生間的互動，提升了學生的學習效果。

2019 和2020 級車輛工程專業的課程目標達成度對比如圖3 所示，采用新型教學模式使2020 級學生的期末成績得到顯著的提升。本門課程共有3 個課程目標，課程目標1 要求學生熟悉工程材料的機械性能，掌握工程設計計算的基本原理與方法，通過對比圖及試卷的詳細分析，看出學生對于概念術語的理解不再停留在表層，涉及深層知識應用的題目得分率得到了提升。課程目標3 強調總體方案設計與綜合評價，通過新型教學模式的開展，學生的綜合分析能力得到了提高。另外，指導學生參加力學競賽，多名同學獲得較高獎項；積極開展線上線下知識拓展，通過課程設計等大作業的實踐鍛煉，提高了學生解決實際工程問題的能力。

5 結束語

在工程教育專業認證背景下，秉持“以學生為中心，產出導向”的教育理念，持續探索和改進材料力學的教學模式。通過融入課程思政元素，弘揚愛國精神，培養學生求真務實的態度，嚴謹的作風，勇于擔當的責任意識，實現價值引領；打破傳統的教學模式，以學生為中心開展整個教學活動，發揮專業教師課程育人的主體作用，基于智慧平臺開展“互聯網+”的多元化教學模式，將知識傳授轉變為能力素質的培養；開展多元化的評估，以提高學生的自主學習意識，提高教學效率。最終借助信息技術實現具有創新性的教學設計、新穎的教學模式、多元化的考核方式，融合素質教育和能力培養，教學成效顯著的課堂。

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