徐 鋒 范 劍 許晨光

?(臺(tái)州學(xué)院航空工程學(xué)院，浙江臺(tái)州318000)

?(浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波315000)

過往的很長(zhǎng)時(shí)間里，高等教育中“三重三輕”現(xiàn)象普遍存在，即“重教書、輕育人，重智育、輕德育，重科研、輕教學(xué)”[1]，造成的結(jié)果之一是低階、陳舊、灌輸、封閉和不用心的“水課”蔓延，使人才培養(yǎng)離既定目標(biāo)漸行漸遠(yuǎn)，也造成了高校教學(xué)資源的極大浪費(fèi)[2]。2018 年11 月教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖在第11 屆大學(xué)教學(xué)論壇上明確表示應(yīng)率先在新工科等“四新”建設(shè)中打造“金課”，把“金課”作為“四新”建設(shè)的重要內(nèi)容抓出成效。而且特別申明了國(guó)家級(jí)“金課”中要包含相當(dāng)比例的地方高校“金課”，“金課”不是只為部屬院校而設(shè)，中國(guó)高等院校所有的好課都可以選作國(guó)家級(jí)“金課”[3]。

1 存在問題

“金課”課堂之“金”在于：高階開放、對(duì)話質(zhì)疑、知行合一、學(xué)思結(jié)合。特別是在新工科建設(shè)背景之下，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才更需要“金課”作為基礎(chǔ)支撐。而地方高校作為直接服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的區(qū)域與行業(yè)科技服務(wù)基地和技術(shù)創(chuàng)新基地，在人才培養(yǎng)、課程設(shè)置和“金課”建設(shè)上亦應(yīng)突出應(yīng)用型特色，但目前僅從材料力學(xué)課程來看，教學(xué)重點(diǎn)仍集中在對(duì)概念的理解和公式的運(yùn)用上，忽視了課程的應(yīng)用性及其與工程實(shí)踐的密切聯(lián)系[4]，教學(xué)模式仍以知識(shí)傳授為主(以教為主)，課堂狀態(tài)僅能停留在回答(answer)或低質(zhì)量的互動(dòng)(dialogue)，很難做到質(zhì)疑(critical)和辯論(debate)。而且，由于課程理論性強(qiáng)、力學(xué)模型抽象，學(xué)生難以與實(shí)際工程緊密聯(lián)系，造成他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中對(duì)課程重視程度不夠，覺得課程枯燥乏味等現(xiàn)象，難以在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程思維能力，這與地方高校的應(yīng)用型培養(yǎng)目標(biāo)和“金課”建設(shè)的內(nèi)涵均存在一定差距。近年來，圍繞工程教育理念，一些教學(xué)工作者就材料力學(xué)的教學(xué)改革進(jìn)行了一些有益的探索，如CDIO 模式[5]、翻轉(zhuǎn)課堂[6]、探究式教學(xué)法[7]、課程體系建設(shè)[8]、團(tuán)隊(duì)建設(shè)[9]等，但對(duì)標(biāo)“金課”內(nèi)涵的具體實(shí)效性的討論，特別是反應(yīng)地方院校特色的材料力學(xué)教學(xué)改革的高質(zhì)量研究尚不多見，因此，能夠因地制宜、因材施教的可借鑒方法不多，但構(gòu)建主義理論認(rèn)為環(huán)境和學(xué)習(xí)者的個(gè)體特性對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果具有決定性作用[10]，拋開地方高校的具體環(huán)境和學(xué)習(xí)者個(gè)體特性來討論材料力學(xué)“金課”建設(shè)也很難有實(shí)質(zhì)性效果。

目前，地方高校材料力學(xué)課程面臨的具體問題主要集中于以下三個(gè)方面。

(1) 教學(xué)環(huán)境變化。隨著新工科和卓越計(jì)劃的推進(jìn)、地方高校轉(zhuǎn)型升級(jí)，課程設(shè)置、教學(xué)目標(biāo)及培養(yǎng)定位等變化明顯，但基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)大綱、內(nèi)容和目標(biāo)，教學(xué)方法、形式和手段更新及應(yīng)對(duì)速度緩慢，造成“教”與“學(xué)”不匹配；

(2)教學(xué)過程困難。受到課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、工程模型抽象、課時(shí)壓縮、理論與實(shí)驗(yàn)錯(cuò)位等因素影響，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中常遇到機(jī)構(gòu)看不懂、原理弄不清、公式不理解等問題，多數(shù)學(xué)生對(duì)課程有畏難厭學(xué)情緒；

(3)教學(xué)結(jié)果不理想。課內(nèi)外實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失，課程考評(píng)指標(biāo)和方法陳舊，以至于教學(xué)雙方在利用基礎(chǔ)力學(xué)解決實(shí)際問題的工程思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上均動(dòng)力不足。

材料力學(xué)課程作為工科學(xué)生接觸到的最早涉及工程問題的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、力學(xué)建模和解決復(fù)雜工程問題能力的任務(wù)和目標(biāo)，課程承前啟后，地位舉足輕重，課程質(zhì)量的“水”或“金”直接影響后續(xù)的機(jī)械原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)、課程設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)設(shè)計(jì)等重要課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)。如何在夯實(shí)學(xué)生力學(xué)理論的基礎(chǔ)上培養(yǎng)他們的工程思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和專業(yè)志趣，建設(shè)有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”[11]已成為新工科背景下地方高校打造材料力學(xué)“金課”亟待解決的問題。

2 應(yīng)對(duì)策略

基于上述存在的問題，總結(jié)下來，材料力學(xué)課程要達(dá)到“金課”內(nèi)涵需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，改革教學(xué)內(nèi)容、方法和評(píng)價(jià)策略。前者是認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵，后者是實(shí)踐的關(guān)鍵。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)內(nèi)容之改革應(yīng)致力于從主要取決于教什么向主要取決于學(xué)什么轉(zhuǎn)變。前者基于課程導(dǎo)向教育理念，后者基于成果導(dǎo)向教育理念[12]。地方高校正在緊跟步伐嘗試走工程認(rèn)證的路子，以課程目標(biāo)、畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向反向設(shè)計(jì)材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，即遵循著“社會(huì)需求→培養(yǎng)目標(biāo)→畢業(yè)要求→課程體系→課程目標(biāo)→教學(xué)內(nèi)容”的邏輯關(guān)系來重組材料力學(xué)的知識(shí)模塊(如表1)，在新工科建設(shè)和卓越工程2.0 的推動(dòng)下，能夠契合地方產(chǎn)業(yè)特色的多元化和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是材料力學(xué)課程內(nèi)容模塊設(shè)置的主要依據(jù)。根據(jù)邏輯目標(biāo)的遞進(jìn)關(guān)系，材料力學(xué)課程把內(nèi)容分成了由易到難的四個(gè)模塊，即基本概念、宏觀分析、微觀分析和綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生利用材料力學(xué)知識(shí)凝練問題、分析問題并綜合解決復(fù)雜工程問題的能力(圖1)。對(duì)于應(yīng)用型的地方院校來說，要明確復(fù)雜工程問題的內(nèi)涵，根據(jù)學(xué)校定位和學(xué)生層次確定“復(fù)雜”是意味著綜合而不是僅指繁瑣、困難之意。

表1 基于成果導(dǎo)向的知識(shí)模塊重組

圖1 課程多元化教學(xué)方法的實(shí)施策略

在實(shí)際教學(xué)過程中，(1) 基本概念講解要抓住本質(zhì)和細(xì)節(jié)，注重知識(shí)之間的邏輯關(guān)系，譬如：不僅要講好應(yīng)力是什么，還要講好應(yīng)力與平均應(yīng)力的區(qū)別，更要讓學(xué)生明白為何要引入應(yīng)力參數(shù)；不但要能梳理基本變形的知識(shí)體系，還要講清楚引入單元體和應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析的原因，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中體會(huì)知識(shí)內(nèi)在的邏輯和連貫性，而非孤立被動(dòng)的接受知識(shí)；(2) 對(duì)于學(xué)生分析問題能力的培養(yǎng)，要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)材料力學(xué)解決問題的邏輯思路，譬如：宏觀分析模塊的基本變形問題都可以由“外力→內(nèi)力(圖)→應(yīng)力(變)→校核”的思路解決問題；而微觀分析模塊則在培養(yǎng)學(xué)生分析能力的基礎(chǔ)上更要強(qiáng)調(diào)對(duì)綜合知識(shí)的運(yùn)用，為綜合訓(xùn)練模塊打好基礎(chǔ)；(3) 對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，要根據(jù)學(xué)生能力水平和學(xué)習(xí)定位來確定工程問題的難度，重在綜合知識(shí)的融會(huì)貫通，而非僅強(qiáng)調(diào)難度的增加，而綜合能力亦不僅局限于知識(shí)的運(yùn)用能力，還有協(xié)作和交流能力，闡述和表達(dá)能力等等，譬如：可以通過課內(nèi)外實(shí)踐環(huán)節(jié)，如分組討論、調(diào)研和匯報(bào)的方式加強(qiáng)綜合能力的鍛煉。

2.2 教學(xué)方法改革

教學(xué)方法之改革應(yīng)致力于從主要取決于怎么教向主要取決于怎么學(xué)轉(zhuǎn)變。前者是以教為中心的教學(xué)模式，后者是以學(xué)為中心的教學(xué)模式。注重學(xué)生特質(zhì)和水平，改變以教師、課堂和教材為中心的傳統(tǒng)模式，讓學(xué)生成為教學(xué)的主體，主動(dòng)求知，積極探索，勇于質(zhì)疑，學(xué)思結(jié)合。

為了有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)課程學(xué)習(xí)的志趣，我們做了“多微”素材的探索，譬如：(1) 對(duì)于工程模型抽象的示意圖、原理圖采用微視頻形式展現(xiàn)，利用啟發(fā)引導(dǎo)或?qū)ｎ}形式展開課堂討論，從“理論→模型→工程→模型→理論→計(jì)算”的循環(huán)路徑中讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)力學(xué)與工程問題之間的關(guān)系，培養(yǎng)他們的工程思維和解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力。(2) 讓學(xué)生對(duì)某些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿制簡(jiǎn)單模型，在“微實(shí)踐”中培養(yǎng)他們相互協(xié)作和溝通能力，并從實(shí)踐中體驗(yàn)基礎(chǔ)力學(xué)課程對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的重要支撐作用，從而提高他們學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程的動(dòng)力和興趣。(3) 考慮到目前課后作業(yè)因抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重已無法了解學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)狀況，可以通過對(duì)重點(diǎn)知識(shí)模塊進(jìn)行課堂“微測(cè)試”，階段性考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并及時(shí)做出教學(xué)調(diào)整。但在課時(shí)已經(jīng)壓縮的情況下利用課堂時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，要求教師能夠把握知識(shí)模塊的“精講”原則，充分利用以“教”為主向以“學(xué)”為主轉(zhuǎn)變的教學(xué)理念。(4) 對(duì)于重、難點(diǎn)知識(shí)在章節(jié)結(jié)束時(shí)可以利用“微課堂”模式進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生形成“教學(xué)小組”制定“微教案”，走上講臺(tái)講述其對(duì)該知識(shí)的理解，分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。多微素材的創(chuàng)建真正實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中做”，不僅“學(xué)知識(shí)”，而且“長(zhǎng)能力”。

同時(shí)，為了豐富教學(xué)手段，充分利用線上教學(xué)資源，為課堂教學(xué)提供有效補(bǔ)充，我們還嘗試了譬如：(1) 建設(shè)精品在線開放課程，創(chuàng)建云班課，讓學(xué)生擺脫時(shí)間和空間制約，隨時(shí)拿起手機(jī)，學(xué)習(xí)知識(shí)難點(diǎn)，開展線上頭腦風(fēng)暴；(2) 開發(fā)新形態(tài)教材和云教材，讓書本變成可立體交互的多媒體平臺(tái)，讓自主學(xué)習(xí)更輕松有趣；(3) 開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生通過虛擬“微實(shí)驗(yàn)”系統(tǒng)搭建構(gòu)件的載荷和變形形式，觀察結(jié)構(gòu)基本變形的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合，解決理論與實(shí)驗(yàn)課程錯(cuò)位問題。等等諸如此類的因地制宜、因材施教的教學(xué)過程建設(shè)希望能夠讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)力學(xué)課程的本質(zhì)是“重要的、有用的、有趣的”，從而改變學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的畏難和厭學(xué)情緒。

2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)改革

教學(xué)評(píng)價(jià)之改革應(yīng)致力于，從主要取決于教得怎么樣向主要取決于學(xué)得怎么樣轉(zhuǎn)變。前者是投入導(dǎo)向的評(píng)價(jià)，后者是產(chǎn)出導(dǎo)向的評(píng)價(jià)。限于現(xiàn)有考評(píng)機(jī)制導(dǎo)向，教與學(xué)雙方仍把重點(diǎn)放在了考試結(jié)果上，而考試結(jié)果并非教學(xué)根本之“產(chǎn)出”，和地方高校的培養(yǎng)目標(biāo)也并不一致。適當(dāng)降低筆試分值比例，增加“非筆試”環(huán)節(jié)在考評(píng)中的比重，注重過程性考核和評(píng)價(jià)可以有效激發(fā)教學(xué)雙方在課內(nèi)外實(shí)踐的主動(dòng)性。

因此，制定靈活柔性的考評(píng)策略，并注重以產(chǎn)出為導(dǎo)向的持續(xù)改進(jìn)，可以不斷激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐熱情，譬如：(1) 現(xiàn)有綜合測(cè)評(píng)方法往往采用“平時(shí)＋期中＋期末＋實(shí)驗(yàn)”模式，只有平時(shí)這一項(xiàng)為“非筆試成績(jī)”，以往的平時(shí)成績(jī)基本由“課后作業(yè)＋點(diǎn)名”來確定，由于課后作業(yè)抄襲嚴(yán)重，點(diǎn)名的強(qiáng)制性引起學(xué)生反感等，平時(shí)成績(jī)已很難客觀反映學(xué)習(xí)情況，而且無法激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更難以培養(yǎng)學(xué)生參與實(shí)踐的熱情，圖2 中列舉了一部分“非筆試”的實(shí)踐形式(但不僅限于此)，由學(xué)生根據(jù)個(gè)人能力和興趣愛好選擇其中一種(但不限于此)的方式完成實(shí)踐項(xiàng)目，對(duì)于能夠體現(xiàn)創(chuàng)新能力和工程思維能力的項(xiàng)目還可以通過“微課堂”形式由學(xué)生親自上臺(tái)講解，并在平時(shí)成績(jī)中給予較大分值比例；(2) 各環(huán)節(jié)的具體比重需要體現(xiàn)柔性機(jī)制，柔性不是任意，既可以對(duì)某一類別的非筆試項(xiàng)目規(guī)定分值，也可以根據(jù)學(xué)生的整體表現(xiàn)對(duì)各環(huán)節(jié)的比重做調(diào)整；(3) 柔性考評(píng)中已基本忽略了傳統(tǒng)的課后作業(yè)，取而代之的是不定期課堂測(cè)試環(huán)節(jié)，教師布置課后作業(yè)由學(xué)生課下自覺完成，而以課堂測(cè)試來檢驗(yàn)教學(xué)效果，作者從過去兩個(gè)學(xué)期的實(shí)施情況來看，一定程度上實(shí)現(xiàn)了教學(xué)雙贏；(4) 強(qiáng)調(diào)學(xué)生在新的考評(píng)機(jī)制中的主體作用，注重以產(chǎn)出為導(dǎo)向的柔性考評(píng)機(jī)制的持續(xù)改進(jìn)，不斷提高教學(xué)效果對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度，讓柔性考評(píng)機(jī)制形成良性閉環(huán)系統(tǒng)。

圖2 靈活柔性的考評(píng)策略

3 實(shí)踐效果

經(jīng)過近兩年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生對(duì)材料力學(xué)課程的認(rèn)知和態(tài)度從“聞風(fēng)色變”到逐步改觀，學(xué)生反饋和評(píng)價(jià)集中在“課程與專業(yè)關(guān)系密切，實(shí)踐性強(qiáng)，老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，上課充滿激情，教學(xué)方法適合”等。在理論課時(shí)不斷壓縮的情況下，通過知識(shí)模塊調(diào)整、精講多練和線上課堂等手段，從深度和難度接近的期末測(cè)試結(jié)果分析來看，學(xué)生的卷面及格率仍穩(wěn)定在70%以上(72.81%/2016年，70.73%/2017年)，相比過去多年60%以下的卷面及格率而言，提升10%以上。而通過加強(qiáng)非筆試環(huán)節(jié)的考評(píng)和師生雙方的重視和努力，學(xué)生在撰寫報(bào)告、力學(xué)競(jìng)賽、模型制作等能力方面也有了較大提升，共獲得省級(jí)大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)5項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校在此項(xiàng)賽事的重大突破。在全國(guó)大學(xué)生包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中，以有限元法分析包裝結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的參賽作品“植物秸稈包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析”獲全國(guó)二等獎(jiǎng)。在課程對(duì)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度分析中，分析工程問題、清晰表達(dá)設(shè)計(jì)目標(biāo)、實(shí)施機(jī)械領(lǐng)域相關(guān)實(shí)驗(yàn)等方面表現(xiàn)良好(當(dāng)量值分別為0.86/0.82/0.90)，學(xué)生在知識(shí)和能力上的全面提升也為“高水平、應(yīng)用型”培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)認(rèn)證做出一定貢獻(xiàn)。另外，經(jīng)過多年努力和摸索，課程組的青年教師的教學(xué)水平也得到了大幅度提升，多位教師獲得省、校級(jí)教學(xué)技能大賽獎(jiǎng)項(xiàng)。2016 年，作者獲得了浙江省第九屆青年教師教學(xué)技能競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。材料力學(xué)課程也通過學(xué)生反饋，專家聽課以及現(xiàn)場(chǎng)會(huì)評(píng)等環(huán)節(jié)最終被評(píng)為校首屆“魅力課堂”，多年課程建設(shè)成果也獲得了校、市級(jí)教學(xué)成果二、三等獎(jiǎng)。青年教師的快速成長(zhǎng)是對(duì)課程教學(xué)不斷摸索的成果之一，也更高效地反哺著課程教學(xué)。

4 總結(jié)

“金課”概念提出的時(shí)間雖短，但使一門課程成為金課的努力一直在進(jìn)行，材料力學(xué)屬于工科專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，地位舉足輕重。課程建設(shè)過程中嘗試的教學(xué)內(nèi)容、方法和評(píng)價(jià)的改革措施經(jīng)過兩年多的實(shí)踐檢驗(yàn)，得到了良好的反饋和成效，可為同類院校的金課建設(shè)提供參考。