关于材料力学研究性教学改革的探讨

　　材料力学是研究固体在不同形式外载荷作用下产生的变形特征及力学性质的学科，它既是物理学、理论力学等基础课程的延伸，又是后续弹性力学、结构力学等专业课程的基础，在工科院校本科生的培养方案中有着十分重要的地位。材料力学教学在过去几十年为我国培养了大批的工程人才，但是随着知识大爆炸时代的到来以及国家对素质教育的要求不断提高，以教师为主导的传统讲授式教学难以满足新时期对学生的培养要求，对材料力学课程进行教学改革势在必行。研究性教学是指在一定的情景中，引导学生通过主动发现问题和解决问题而获得知识、形成能力、发展个性的教学方法。它的实质就是让学生在教学过程中体验科学原理的发现和应用科学原理解决实际问题等不同类型的研究过程。与传统教师主导的讲授式教学相比较，研究性教学更能激发学生的学习兴趣，启发学生的创造性思维，同时锻炼协作意识。具体对于材料力学课程而言，实施研究性教学改革需要从课程体系的编排、案例教学的开展、考核方式的设置等方面进行具体设计和实施。
　　一、改革措施
　　研究性教学首先需要对课程体系进行重新编排，增加案例研讨课，也需要对课程的考核体系进行改革，从而在保证公平和区分度的前提下，激发学生的自主学习的兴趣，培养学生的创造性思维，最大程度提升整体教学效果。
　　1.课程体系编排。研究性教学方法则是立足于学生为主体，通过各种方法激发学生主动探索的兴趣，而不是被动的接受教师的想法，所以针对材料力学传统教学方法中存在的问题，需要对课程体系进行重新编排。具体措施如下：
　　(1)在绪论之后，加一部分内容，即材料力学的知识体系，如图1所示，应该让学生领悟到材料力学的知识体系是双线程的，即按照变形的方式可以分为拉压，剪切，挤压，扭转以及弯曲，而按照研究内容，每种变形则要研究构件的内力，应力，应变，变形以及应变能。学生了解了材料力学的课程体系以后，引导学生建立类似图一的表格，在弯曲章节学习之后，要求学生将每一个格子里相应的公式自己整理出来，这样既能使学生在正式学习之前对可能总体结构有个清晰的认识，又可以引导学生们自主思考，通过填表完善自己的材料力学知识体系。同时，又可以压缩课时，把更多的时间留给案例研讨课。弯曲之后还有应力应变分析、强度理论、组合变形以及压杆稳定等内容，这些课程体系无需调整。
　　(2)将各章节的专题内容分离出来，单独成章，或者作为案例留给讨论课。材料力学中的超静定问题、薄壁圆筒的扭转、弹簧变形等专题问题，并不属于材料力学的主线，而是主线内容的实际应用。而研究性教学倡导学生们自主学习，在实际情境中思考、解决问题，所以将这些内容从课堂教学主线中拿出来，单独成章或者作为案例供讨。
　　(3)重新安排实验课课时。在48课时的材料力学教学中，实验课一般占8课时，一般是在对应章节讲授之后再进行实验，有个别学校由于实验室相对紧张，有的班级更是等到学期末才能排到实验课，这样的实验课安排使学生丧失了对未知实验结果的期待，实验课变成了被动的完成任务，使教学效果大大降低。根据研究性教学的本质，为了引导同学们主动探索，建议将实验课安排在知识点与实验现象之间进行，例如在拉压一章，实验课应放到应力应变的基本规律之后，材料拉压的力学性能之前进行，这样学生们既可以掌握实验中所用到的知识点，又对未知的实验结果充满期待，有助提升学习兴趣，激发探索欲望。
　　2.案例教学开展。案例教学的开展是研究性教学改革的核心，它是指在教师的精心策划和指导下，以案例为基本教学材料，将学生带入特定事件的情境中，采用个人阅读分析、小组合作探究和全班交流互动等学习形式，借助案例材料提供的信息，运用所掌握的一些基本理论，去探究案例问题，提出解决方案。案例教学的讨论课设置4 6课时为宜，这些多余的课时量主要来自课程体系的重新编排，而其余的文献查阅、分组讨论、PPT制作以及报告撰写留给学生课下完成。案例教学不仅仅是简单的课上讨论，它需要课前准备、课上实施以及课后验收三个阶段：①课前准备。案例教学要求教师充分熟悉教学大纲及教材内容，提前拟定教学行动计划，明确每次案例教学的目的、重点、难点，选择典型案例，列出问题讨论提纲，提前发给学生。要在布置案例之前将学生分组，分组可以根据实际情况由学生自由组合或者由教师指定。案例的设计应该满足三结合原则，即尽量与专业背景相结合、与工程实际相结合、与社会热点相结合。例如土木工程专业的学生，可以选择桁架、桩基结构等作为案例;石油工程的学生可选钻杆、集输管线作为案例;等等。②课上实施。案例由每组学生完成之后，需要在讨论课上进行汇报。讨论课由教师组织和引导，但是学生应该是讨论的主体，每组学生都要求在课前准备好案例汇报的PPT，建议以8分钟为宜。每组学生需确定1名项目汇报人，同时每组要出1名评委，各组派出的评委组成评委团，负责对每个汇报进行点评和打分。最后由教师集中点评，对讨论的结果进行总结。评委团主要应从以下几个方面对汇报进行评价和打分：选题的意义和难易程度(20分)，力学模型建立是否合理(30分)，分析计算的准确性(30分)，PPT制作和讲解(20分)。建议对讨论课全程进行录像，录像结果上传到视频网站供同学们观看和总结，评委团的打分表由教师收回，作为最终成绩的一部分。③课后验收。学生们根据评委团以及教师的点评，需要在课后修改自己案例内容并整理成报告，报告需按照科技论文的一般形式整理，即要求有摘要、引言、求解过程、结果分析、讨论、结论和参考文献。每组将报告提交上来以后，由教师打分，作为最终成绩的一部分。
　　3.考核方式设置。材料力学课程的最终成绩由三部分构成，建议知识点的集中考察占40%，实验占10%，案例成绩占50%。其中知识点的考察按照传统的考试形式集中进行;实验成绩主要依据实验报告给出;案例成绩主要依据讨论课的表现和最终报告给出。教师们对最终案例的质量不要过多苛求，而更要关注学生们在完成案例过程中分析问题、查阅文献的、应用所学知识解决问题的能力和意识，以及在案例讨论以及最终报告完成过程中体现的协作精神以及综合能力。
　　二、教改反馈及思考
　　笔者通过对近两年66名学生进行不记名问卷，发现对教学手段完全满意的占83.3%，认为基本满意的占10.6%，不满意的仅占6.1%。不满意的同学多认为案例部分占用时间过多，负荷过重，还有个别同学提到，给每组同学相同的案例分数并不公平，因为同学的贡献差距很大，给相同的分数会降低同学们的积极性。以上确实是在教学改革中存在的问题，案例任务的轻重应该因学生素质而异，如果学生反映任务过重，可以适当减少案例的个数，延长案例的完成时间，或者增加组员的数量。对于每组同学同分不公平的反馈，确实要引起重视，笔者建议在最终的报告上让组长标注每个同学负责的具体工作，最终的成绩依此来体现区分度。总之，材料力学的研究性教学改革不会一蹴而就，需要与时俱进，不断完善。
　　研究性教学是对传统教学模式的一次革命，它可以引导学生通过主动发现问题和解决问题而获得知识、形成能力、发展个性，让学生在教学过程中体验科学原理的发现，并应用发现的科学原理解决实际问题。对材料力学实施研究性教学需要从三方面入手，一是要对课程体系重新梳理，让压缩课时的同时让学生抓住材料力学的知识主线;二是引入案例式教学，通过案例的完成和讨论激发学生们的求知欲望，提升学生们发现问题和解决问题的能力，以及团队协作精神和报告写作能力;三是需要对课程的考核方法做出针对性的改革，保证公平的前提下体现一定的区分度。材料力学的研究性教改开展时间尚短，学生们的反馈肯定了研究性教改的同时也为我们纠正了一些问题。尽管未来还会遇到很多未知的困难，但相信只要教学管理部门、教师和学生共同努力，材料力学的研究性教改一定会越来越完善，为我国新时代创新型人才培养做出重要的贡献。