基于案例驱动式材料力学课程教学的探索与实践

林红+杨蕾+钮瑞艳

摘要：材料力学是一门理论与实际紧密结合的专业基础课，为提高学生的学习兴趣，拓展学习的深度和广度，采用案例驱动式的教学。在课堂上结合工程案例讲解，并鼓励学生独立思考、自主建立力学模型，进一步通过分组合作完成案例的分析，并提出解决方案。这种教学模式以“研究性的学”代替“传统式的教”，有助于学生的理论与实践有机结合。

关键词：材料力学；工程案例；研究性教学；学生为中心

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）19-0167-02

材料力学是一门理论与实际紧密结合的专业基础课，重在培养学生对工程设计中强度、刚度、稳定性问题的分析能力。在传统教学模式中，学生的学习以被动式为主，缺少分析讨论、综合概括、质疑发现等主动式的学习训练环节。另外，尽管材料力学课程内容本身与实际工程紧密相连，但学生不了解如何将实际工程问题抽象为力学模型和定解条件。因此，为了更好地培养学生的创新思想和创新能力，提高学生应用材料力学知识解决实际工程问题的水平，我们对传统教学方法加以革新和突破，探索案例驱动式的研究性教学模式在材料力学课程教学中的应用。

一、案例驱动式的教学理念及改革路线

案例驱动式的研究性教学是一种教与学相互统一、相互提高的过程。这种教学方法借助案例材料提供的信息，学生在教师的组织引导下，运用所掌握的基本理论来探究案例问题、提出解决方案。我们的教学理念包括：以学生为主体，以案例为教学载体，以多种教学模式为手段，以“研究性的学”代替“传统式的教”。

基于此，我们建立了如下的改革路线图，具体包括：（1）每章课程开始之前，引入适合课程教学的具有前沿性、基础性与交叉性的工程案例问题；（2）在研究性教学过程中，引导学生独立思考、自主建立力学模型；（3）课后，结合网络学习与团队学习等新的教学形式，激发学生的学习热情，扩展课外的自主学习空间；（4）课程结束时，用教学的全程考核来评定学生最终的课程成绩；（5）项目执行中，由组成员分工听课、发放调查问卷，对新型教学模式进行监控，必要时进行适当调整。

二、案例驱动教学的新举措

1.教学思路上，由传统的“知识点讲解型”转变为“案例驱动型”，从而将实际生活及工程实践中的材料力学问题融入学习中。如：讲拉压静不定时，引入“三个和尚没水吃”的寓言；在讲截面的几何性质时，结合古代“七根筷子”的故事；在讲动应力的概念时，引入飞针穿玻璃的例子；在讲解提高弯曲强度的措施时，结合桥式起重机改造和家庭用晾衣架的设计；在讲压杆失稳时，结合了脚手架倒塌和海洋石油平臺失效等工程事故的案例等。通过案例驱动的教学，极大地提高了学生的学习兴趣，拓展了学习的深度和广度。

2.教学方法上，坚持启发式、参与式教学。根据具体情况有针对性地、循序渐进地提出问题，如：在讲轴向拉压杆横截面上的应力时，首先提示学生关键是正应力的分布；又提示应力看不见摸不着，学生可以想到分析“变形”，因此进行变形规律试验，且由表及里需要“平面假设”；进一步提示需要“应力—应变”的胡克定律获得应力分布规律；随后，由静平衡方程，推出正应力公式；当然，最后还需要学生考虑这个计算公式的适用条件，从而引出圣维南原理。这样，学生会对这一部分内容很有兴趣，并对知识的来龙去脉有了清晰的认识。同时，为节省出课时用于案例研究，教学内容上采用类比方法及框图的方式归纳总结各部分间的关系。

3.在教学形式上，选取一些具有承前启后性质的章节，进行翻转课堂教学，这个过程中学生之间可以互相质疑、纠错、指正。同时，案例教学过程中，将学生分成几个学习小组，进行分工讨论交流，并利用网络学习资源查阅资料，提出案例问题的解决方案、进行数据分析，并最终撰写总结报告、进行答辩。

4.课程结束时对学生进行了问卷调查，为进一步改进课程的教学积累了宝贵的资料。问卷设置问题包括：课程授课形式、教学重点难点内容、案例大作业难度、学生学习感受及意见和建议等方面。其中，关于“研究性大作业的设置频率”，大部分同学认为合适的频率为“每章一次”或“更少”。至于研究性学习过程中“最大的困难”，约10%的学生选择“没有时间完成讨论题”，约17%的学生认为“不知道如何解决”，超过半数的同学选择“不知道解决方案应该做到什么程度”，这表明大多数学生能够及时掌握课堂授课知识，并能学以致用，同时也正反映出案例的开放性，另有约7%的学生认为是“其他困难”，包括“不知道如何表述自己的解决方案”“无法拓展思路”等。关于案例驱动式教学的“课堂效果”，接近3/4的学生认为“好”，学生评价研究性课堂不仅能够提高他们的学习兴趣和热情，且增强了应用这门课的知识解决实际问题的能力。

三、结语

经过连续多个学期的改革实践检验表明，这种教学模式能够激发学生的学习积极性，拓宽学生的知识视野，增强学生的独立思考能力和创新能力，因而取得了较好的课堂内外教学效果。通过在此提出两点建议：（1）在教学过程中引入工程案例进行分析、讨论，势必占用课时，因此，为更好地保证教学效果，必须精心选取工程案例，同时合理划分学时计划；（2）为成功实现基于案例驱动的教学形式，需要重点研究如何对课程的期末总成绩进行有效评价，尤其是各组案例大作业成绩的给定，为保证在这一评价过程中做到公平、有效，我们认为需要多个案例大作业分阶段考察，且每组人数限制在2—3人左右，并明确每个成员具体的贡献。

参考文献：

[1]李梅.基于工程案例研究的材料力学教学探索[J].绍兴文理学院学报，2013，33（9）：100-103.

[2]闫冰洁.案例教学在材料力学教学中的应用[J].科技情报开发与经济，2007，17（7）：256-257.

[3]陶阳.开展材料力学研究性教学，培养学生创新素质[J].扬州大学学报高教研究版，2012：100-101.

[4]張小娜，刘秦.基于研讨课的形式谈“材料力学”实践教学模式[J].改革实验实践教学，2013，（25）：171-172.

[5]王锦燕，孙玉周.材料力学课程教学方法改革与实践[J].中国电力教育，2009，（144）：77-78.

Exploration and Practice on the Teaching of Material Mechanics Based on Case Driven

LIN Hong1，YANG Lei2，NIU Rui-yan1

（1.College of Pipeline and Civil Engineering，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China；

2.College of Science，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China）

Abstract："Material mechanics" is a major basic course that closely integrating theory with practice. In order to improve students' learning interest，to expand the depth and breadth of learning，the case driven teaching is adopted. In the class，first introduce the project case，and then encourage students to think independently，to establish a mechanical model，and further through the analysis of the case of cooperation in groups，and at last they can put forward solutions. This kind of teaching mode use "research study" instead of "traditional teaching"，which will be helpful for students to combine theory with practice.

Key words：material mechanics；project cases；research-oriented teaching；student-centered