新工科背景下基于铸铁扭转实验的材料力学课程思政教学改革研究

王云洋，蒋 楚，肖 磊，黎 滔，杨 光，李 梦，李 明

(1.湖南文理学院土木建筑工程学院，湖南 常德 415000；2.洞庭湖生态经济区建设与发展湖南省协同创新中心，湖南 常德 415000；3.湖南文理学院芙蓉学院，湖南 常德 415000)

为了更好地推动我国在高等工程教育方面的改革与发展，新时代对工科人才培养质量提出了更高要求。结合立德树人的新要求、国际竞争的新形势，以及国家战略发展的新需求等因素，国家针对性地提出了新工科建设计划。2017年发布的新工科建设“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，标志着新工科理念正式形成[1-5]。提出新工科建设是为了使中国的工程教育走在世界前列，并将中国经验传播到世界，从而把我国建设成为高等教育强国[6-10]。

新工科建设是我国新时期高等工程教育的行动纲领。材料力学是大多数工科专业开设的课程之一，实验教学则是材料力学课程教学的重要组成部分，既是对理论知识的巩固和补充，也是对学生知识面的拓展和创新能力的激发[11-15]。

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[16]，强调了在高校教育教学全过程中融入社会主义核心价值观，重视对大学生的思想政治教育[17]。

在国家新工科建设的指导下，为了更好地实现本科院校在新工科建设背景下创新型工程人才培养的目标，材料力学实验课程教学需要密切跟随时代的步伐，积极探索与实践基于课程思政的教育教学改革与创新。本文结合湖南文理学院土木工程专业人才培养方案，对湖南文理学院土木工程专业材料力学实验课程教学中存在的问题进行了总结，并基于铸铁扭转实验对材料力学实验课程思政教学进行改革探索，实现了提高人才培养质量的目标。

1 材料力学实验课程教学存在的不足

1.1 教学方法陈旧

传统的材料力学实验课程内容大部分为概念、公式推导和实验演示，没有将教学内容与工程实践很好地联系起来，基本只注重理论知识的讲授，没有重视学生对实际问题的力学分析[18,19]。

随着科学技术的发展与进步，新理论、新工艺及新材料不断涌现，而传统的材料力学实验教学内容和方法没有随之一起充实、完善和更新，相对落后，难以适应复杂的实际工程。例如，对于材料的扭转实验，课堂教学只开展了低碳钢和铸铁的扭转实验，其他材料如塑料、复合材料等的扭转实验没有进行。与此同时，学生在课堂上学到的实验知识与实际工程问题联系不紧密，这也是学生对材料力学实验课程兴趣不浓厚的原因之一，这样就不能实现较为理想的教学效果。

1.2 教学效果不佳

材料力学实验课程教学是在实验室进行的，学生没有接触到施工现场的实际工程和科技前沿，不了解行业的最新动态。另一方面，普通本科院校学生的学习基础较为薄弱，缺乏学习自觉性，部分学生反映课程枯燥，还有部分学生存在胆怯心理，学习效果不好[20-22]。

同时，材料力学实验课程教学缺乏对工程背景的介绍，学生学习没有较为清晰的工程目标，这样不利于对学生分析解决实际工程问题能力的培养。

1.3 考核方式单一

材料力学实验课程教学传统的考核方式比较单一，主要包括实验报告质量与平时上课表现考核。在实验报告撰写的过程中，还存在一些学生相互抄袭的现象，这也导致了学生对实验课程教学不重视。这样的考核方式较难对学生的自学能力、分析解决问题的能力等进行综合评定。因此，需要采取更加全面的综合考核方式对学生进行考核，需要将以结果评价为主的考核方式转变为以结果过程共同评价的考核方式[23,24]。

2 材料力学实验教学改革

我国目前倡导的新工科建设，强调培养学生的工程实践能力与创新能力。因此，材料力学实验课程教学改革应该同国家的人才培养要求保持一致，不断提升学生的综合创新能力，需要对课程教学的内容进行调整与设计，加强理论知识与实际工程之间的联系，同时还要对传统的考核方式进行改革，从而较好地实现材料力学实验课程的培养目标，使学生的实践与创新能力得到训练和提升。

2.1 更新教学方式

材料力学实验课程授课过程中，应以板书形式与多媒体结合为主，采用板书的形式给出公式推导、计算分析等方面的内容，较为复杂的图形和文字方面的内容，可采取多媒体播放，这样可以起到节省画图和书写文字的时间，同时还可以采用图片和动画等方式，更加丰富和形象地展示课程相关内容，达到促进学生对课程内容理解的目的。目前，线上教学软件资源丰富，可以利用便捷的线上教学软件资源，与课程讲授相结合，还可以采取网络课堂对学生进行测验，并设置问题，让学生开展讨论，教师针对学生讨论学习过程中提出的问题进行分析并解决，提高教学质量与效率。

与此同时，随着计算机技术的推广与应用，为材料力学实验课程教学方法的改革与创新提供了新的途径。一方面教师能够采用计算机模拟技术进行辅助教学，同时大量优秀的线上教学资源和知名大学的开放视频资源，为材料力学实验课程的教学提供了较为方便的条件，也为教师与学生更好地沟通和交流提供了网络空间。充分利用网络资源，课堂讲授之前引导学生利用网络平台对即将讲授的知识进行预习，这样使学生对课堂讲授的知识点心中有数。在课堂讲授的过程中，教师则可根据学生的情况灵活地讲解、答疑及适当地进行拓展，采用这种教学方式，能够使学生更加方便地掌握知识。学生还可在课后利用网络学习资源复习课堂讲授的知识，同时对学科前沿相关的知识与工程实例适当地进行了解，起到拓展视野作用。

将课程思政元素引入到教学中，讲解詹天佑、茅以升等大师们的爱国事迹，培育学生的爱国情怀，鼓励学生为谱写新时代的新篇章努力奋斗。

2.2 案例式教学

材料力学实验课程教学中，教师应将理论知识与实际工程问题紧密结合，注重学生对所学理论知识的运用，同时也鼓励学生带着目的学习，学生根据自己的学习兴趣和计划定期提交学习报告，提高学生学习的积极性。

湖南文理学院土木建筑工程学院的教师结合研究的科研项目，指导学生开展了钢筋混凝土材料的力学性能研究科研项目，为学生开阔视野及培养基本实验素养提供了条件。科研项目需要用到金属材料的扭转强度、刚度、应力与应变等方面的知识，指导教师带领学生积极动手参与各项实验的开展，对材料力学实验课程教学效果起到了明显的改善作用。在学生参与教师的科研项目过程中，从实验方案的设计，到实验材料的购买、模具加工，再到试件的制备、养护、加载测试、数据采集和分析等，学生在教师的指导下独立完成。既培养和锻炼了学生的实践能力和创新能力，同时也培养了学生的团队协作能力。经过本科阶段材料力学实验课程教学方面的培养和锻炼，大部分学生反映学习效果很好，既学到了基本实验理论知识，同时还学到了教材以外的知识，并在老师的指导下自己动手和思考，撰写研究论文，并在期刊上发表，锻炼和提高了学生的科研水平，为学生继续学习深造打好了基础。下面图1～图5为湖南文理学院土木建筑工程学院的学生进行铸铁扭转实验时的照片。

图1 WDJ500型电子扭转实验机

图2 铸铁扭转试样参数的测量

图3 观察铸铁扭转实验过程

图4 典型的铸铁扭转实验曲线

图5 扭断后的铸铁试样

图1为实验采用的WDJ500型电子扭转实验机，图2为学生对铸铁扭转试样参数进行测量，图3为学生对铸铁扭转实验进行操作和观察，图4为铸铁扭转实验过程中的典型曲线，图5为实验过程中部分已完成扭转实验被扭断的铸铁扭转试件。

2.3 优化考核方式

对于传统的材料力学实验课程成绩，教师主要按照学生上课的到课率以及最后撰写提交的实验报告进行考核，这种考核方式不能较全面地对学生实验课程成绩进行评定。对材料力学实验课程教学改革后，学生的成绩组成包括以下四个方面：(1)达到的实验效果占25%；(2)平时上课的到课情况占15%；(3)实验动手操作占40%；(4)最终提交的实验报告占20%。教师采用课堂提问与检查预习报告相结合的方式检查学生的预习效果，学生的到课情况则是通过实验课点名进行考核。实验动手操作是通过观察学生的独立思考能力与操作步骤进行考察。

通过对材料力学实验课程考核方式进行改革，避免了传统实验过程中实验数据及报告的抄袭现象，做到只要学生认真参加材料力学实验课程学习和完成相应的课程任务就能及格，这样还给优秀的学生提供了充分发挥的空间，积极勤奋的学生能够脱颖而出。对材料力学实验课程考核方式进行改革，不是通过材料力学实验课程考核为难学生，而是通过科学合理的考核方式激发学生的学习兴趣。

2.4 教学团队建设

材料力学实验课程教学需要持续更新与完善，是一个教师连续接力与传承的过程，每位教师通过学习与继承前人优秀的教学方法后不断进步成长。教师在传承学校优良传统和作风的基础上，通过不断学习、积累和创新形成自己的教学体系。材料力学实验课程教师需要坚持基础知识教育与专业知识学习相融合、坚持教学与科研相融合。同时，还应该注重对青年教师进行教学培训，不断提高教师队伍课程教学的教学水平。

3 结 语

材料力学属于传统的工科专业课程之一，在新时期需要紧跟国家新工科建设人才培养的方针，在教学过程中不断融入新理念与新方法，不断进行教学改革和完善。本文首先总结了传统材料力学实验课程教学中存在的不足：教学方法比较陈旧、教学效果不太理想、考核方式比较单一等，针对性地提出了材料力学实验课程思政教学改革的措施：对教学方式进行更新、教学过程中采用案例式教学、不断优化考核方式、加强教学团队建设等。基于铸铁扭转实验对材料力学实验课程思政教学改革进行了大量探索与实践，教学效果改善较为明显。在材料力学实验课程思政教学改革过程中的经验和教训，还需要不断总结和提炼，为后续材料力学课程教学更加深入和全面的改革打好基础，并以国家新工科建设为契机，培养出创新能力较强、能更好地适应社会发展需要的高质量工程技术人才。