以学生学为中心的结构力学课程教学改革

张新春　汪玉林

[摘要]课题组通过剖析传统高等教育结构力学课程教学难、学生学不会和不感兴趣等特点，进行了新工科背景下结构力学课程教学改革与创新方案的探索。课题组以大学生学为中心，基于移动互联网背景，提出了一种线上和线下相结合的混合式教学模式，激发了学生学习结构力学的兴趣。此外，在结构力学课程教学过程中课题组教师还融入了思政教育，将思政教育与工程实践相结合，进一步培养学生的爱国情怀。

[关键词]结构力学;课程改革;新工科;学生学为中心

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号]2095—3437（2021）01—0072—04

结构力学课程是高等工科院校近土木类各专业的专业基础课，其任务是让学生在学习理论力学和材料力学等课程的基础上，进一步学习由杆件所组成结构的计算原理和方法，了解各类结构的受力特征，具备熟练的结构分析、计算能力和良好的科学素质、解决工程问题的综合能力，并为后续专业课程的学习和研究打下必要的基础。可见，学好结构力学课程是非常重要的。

然而，在结构力学课程教学过程中存在着很多问题。其一，对任课教师而言，当前课程传统教学模式单一，教师多习惯于板书形式讲授，把结构力学知识点讲得清清楚楚，习惯于只要学生最后考试及格就算通过的考试制度;其二，对学生而言，结构力学枯燥、难学难懂，学生对结构力学课程不感兴趣，上课积极性不高，认为“及格万岁”;其三，结构力学课程最终考核方式单一，主要以期末闭卷考试为主，很多学生为了应付期末考试，在最后考试阶段死记硬背考试内容，这与我们为了培养学生分析和解决问题的能力而教学的目的相违背;其四，结构力学课程的传统教学普遍偏重理论，遵循“教材内容→课件制作→课堂讲授→作业解题”的标准过程，学的知识难以和工程实际相联系。由于结构力学课程本身较难，注重理论的讲解方式会让学生觉得枯燥无味，丧失学习的兴趣。

在结构力学授课过程中，教师要改变理念、改变传统习惯，让启发式教学、课堂互动式教学、课题讨论式教学、非标准答案考试成为课程教学常态。结构力学的教学改革首先应明确三个教学目标：一是使学生获得足够的知识，更能参与到创造新知识的过程中;二是使学生习得一种思维方式，更能够胜任未来任何的职业;三是使学生的学习从被动的行为转化为自主的行为。为了达到这三个目标，结构力学课程改革切确实了解学生需求，以大学生学为中心来进行教学改革。以学生为中心的教学本质为：教学就是教学生如何学，学什么，怎么学，教学生“乐学”“会学”“学会”。其中“会学”是核心，要“会自己学、会思中学、会做中学”。近年来，以学生学为主体的教育理念已被广大高校推广。我们只有在课程教学过程中改变理念，为教学改革投入更多时间，不断拓展教学广度，建立“以学生学为中心”的课程教学改革，才能提高人才培养质量，真正体现大学作为学术殿堂和教育最本真的内涵。

一、课程改革背景

以学生学为主体进行课程改革，要考虑两个背景。一是新工科建设的背景。新工科建设是建设五个新理念：新标准、新模式、新方法、新技术、新文化。“天大行动”中也明确表示要“问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段”。因此，结构力学课程改革不仅要从学生学入手，更要推陈革新，摒弃旧的观念，以培养学生的兴趣和创新能力为主导。二是学生心理背景。要了解学生心理背景，就要及时了解学生的上课情况，以及对课程的认知与想法。为此，课题组采用问卷调查的形式对学生进行了调查，并对调查结果进行统计，调查结果如图1所示。调查结果显示，个别学生的平时成绩与考试成绩相悖，平时成绩和过程考核成绩很好，但期末考试成绩却相差甚远;有的学生作业不整齐，但考试成绩很好。调查还显示：可能存在个别学生平时作业抄袭现象;课堂上思维比较活跃、坐在前排以及上课认真听讲的学生，考试成绩普遍偏好;平时听课，总是坐在后面以及不交作业的学生，期末考试成绩普遍偏低。

基于以上两个背景和以学生为主体的教育理念，课题组认为以学生学为中心的结构力学课程改革应从以下四个方面人手，如图2所示。一是在课堂教学中让学生主导课堂，教师与学生不断互动，真正启迪学生思维，激发学生的创新能力;二是课堂教学中采用线上和线下相结合的混合教学模式;三是在课堂教学中融入思政教育，培养学生的爱国情怀;四是考試采用综合考核模式，而不是传统的“一卷式”期末考试。

二、以学生学为中心的课程改革方案

（一）以学生学为中心的教学要强调学生在课堂的主导地位

以学生学为中心，要将课堂的主导人从教师换位为学生，相比于传统的以教师讲解为中心的课堂，学生主导课堂更容易激发学生的学习兴趣。学生主导课堂有两个要求：1.教师在上课时对学生进行启发式教学。（1）对学生提出疑问。可以通过生活中常见的例子引入问题，吸引学生的兴趣。例如：鸡蛋的外壳又薄又脆，为什么用手使劲握它，鸡蛋却很难捏破呢？又如在讲静定结构时给学生看稳定的桁架结构（比如输电铁塔结构），反问：如果拆掉其中一根杆会怎样？（2）让学生提出问题。每章节结束后让学生对所学内容提出自己不懂的地方或者是拓展问题。学生主导课堂能够培养学生独立思考，自主学习的习惯。2.课件的制作也要以学生学为中心，强调学生的主导地位。以学生学为中心是课件设计制作的灵魂。课件制作强调重点突出、图文结合、简洁清楚、教学用具合理运用、巧用动画、引用典型工程案例、互动恰当、习题巩固。优秀的课件不仅能够清楚地展示知识，还应从学生角度出发，帮助学生理解和运用知识，让学生的基础知识功底更为扎实，为培养卓越优秀的工程师打下基础。

（二）以学生学为中心的教学应采用混合教学模式

以学生学为中心的教学应采用线上线下、课上课下相结合的混合教学模式来培养学生的自主学习能力和创新能力。

线上线下指利用现有网络和软件，通过网络和课堂混合的方式对学生进行教学。其一，通过合理使用课堂派等软件，能够快速考勤、分发资料、查收作业等，缩减其占用课程的时间。学生也可以利用课堂派与教师实时进行互动，随时提出自己的问题。其二，教学课件的设计制作与互联网相结合。例如：将二维码附在课件中。首先教师利用课件讲解例题，那么结果是否正确呢？学生可以自主扫码查询结果，将自己的解答与结构力学求解器求解结果进行对比，同时还能够将有限元思想与结构力学相联系，如图3所示。其三，将优秀教师的慕课链接发送给学生，让学生在网络上随时随地地学习。线上线下混合教学既能提高学生的积极性，又能使上课效率大大提高。

课上课下混合教学模式指课上的理论学习和课下的实践学习相结合的混合教学模式。学生仅有理论基础，是无法真正理解知识内容的。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，只有让学生动手去做，才能在实践中发现问题、思考问题、解决问题。通过布置一些小的、有趣的实践作业，让学生将理论应用到实际中。例如：让学生用小木棍搭建桁架结构，并进行承重测试，同时与有限元计算相结合。实践作业一方面可以引起学生的兴趣，培养学生的动手能力和创新能力，另一方面也考查了學生对知识的使用，培养了学生自主思考学习的能力，可以有效帮助学生学习和理解结构力学的知识。

（三）以学生学为中心的教学应采用新的考核方式

传统结构力学课程考核的计算方式是：平时成绩（课堂表现+作业）×0.3+期末考试成绩×0.7=总成绩考核，这种考查形式更多注重于考试与出勤情况，很多学生为了应对考试，在最后阶段开始对书上公式内容死记硬背，这与我们的教学目的相违背。课题组认为，应围绕学生学为中心，结合以下四个方面来进行考核，最终考核成绩构成如图4所示。

1.课堂表现及出勤。依据对学生的调查，课堂表现较好的学生成绩普遍较好。可见，将课堂表现加入成绩考核中，能够激励学生积极思考，增强学生上课时的紧张感，有效提高学习效率。

2.期末成绩。期末成绩不能仅仅采用简单的闭卷考试模式。传统的考试存在考试目的功利化、考试形式单一化、考试内容片面化、考试质量简单化、作弊现象屡禁不止等问题。依据以学生学为中心的教育理念，课题组提出新的期末考试方法——试卷加小论文考核。试卷和小论文各占百分之五十的期末成绩。试卷内容分为两部分：（1）计算、概念等理论性试题。考查学生对于基础知识的掌握与理论应用。（2）开放性试题。开放性试题没有标准答案，题目需提前告知学生，让学生自己去查阅资料，翻阅文献，进而提出自己的想法。例如：你认为结构力学未来的应用前景如何？让学生在掌握知识的基础上，不再拘泥于课本，发散思维，认真思考自己所学的知识。小论文的考查分三个方面：（1）要求学生对某一基220kV输电铁塔绘制简图;（2）利用有限元软件对铁塔简化模型在各种工况下进行受力分析;（3）得出结论，撰写小论文，分组答辩。教师依据学生绘图的完整性、建模的优劣、答辩的表现，给予不同的评分。小论文不仅考查了学生的知识功底，还着重考查了学生将理论知识与本专业实际相结合的能力、自主解决问题的能力等，是综合性很强的考查。

3.分层次过程考核。考核内容除了期末考试和出勤以外，应依据不同的学生进行分层次过程考核，具体如表1所示。实践能力较强的学生，考核时应更偏重于实践方向;理论学习能力较强的学生则相反。这样有助于选拔出各个方面优秀的学生，为国家培养更多的卓越工程师和优秀人才。

4.实践成绩。课上课下的混合教学模式，要求学生动手去实践，因此实践也是重要的考核环节之一。实践成绩需要验收学生的实践成果，例如在搭建输电铁塔工程案例中，综合承重的多少、结构的重量、结构的优劣性等方面给学生计分，并将分数统计到综合考核中。将实践成绩计入综合考核成绩中，让学生在实践环节更积极用心，有助于培养动手能力强、创新能力强的学生，更能让学生开放思维，将知识应用到工程实践，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

（四）以学生学为中心的教学应将思政教育融入课堂中

学生在学习时，首要的是培养其正确的人生观、价值观，将思政融入以学生学为中心的教学课堂中是全程育人、全方位育人的必由之路。

思政教育分为两个部分。1.教师要以身作则，做好学生的榜样。教师是学生的引路人，只有品德高尚的教师才能教授出品德优秀的学生。2.教师要将思政教育与课堂知识穿插起来，在学习的过程中培养学生正确的三观、情感和思维。例如：结构力学课程教材第二章的几何组成分析中，分析规则有三刚片规则、两刚片规则和二元体规则。对于不同的问题，要采用不同的分析规则，但也要看到：三个规则可以转化，均可以用来分析，这就体现了矛盾的同一性和斗争性原理。将哲学思想应用到结构力学课程中，可以培养学生的唯物辩证思想。

三、结束语

面对新的机遇与挑战，新工科建设为课程教学改革指明了方向。课题组依托新工科背景，以学生学为中心，基于移动互联网背景，进行了新时代结构力学课程教学改革机制与模式探索，提出了一种线上和线下相结合的混合式教学模式。通过改变原有教学理念，课上教师与学生互动频繁，提出问题和学会独立思考的学生越来越多;学生在课下实践的积极性也大大提升，这有效提升了学生的实践和自主创新能力。相对于传统的教学方式来说，启发式讲授和互动式教学更符合新工科背景下培养大学生能力的教学目标，取得了良好的效果。

[责任编辑：钟岚]