问题导向混合教学法在材料力学课程中的实践探索

缑瑞宾 于敏 张立勇 但文蛟

[摘           要]  为了解决抬头率低的课堂难题，采用问题导向混合教学法，教学时以梁的弯曲强度措施应用为设计对象，通过课堂教学进行验证。教学设计分为新课导入、新课学习和课程思政三部分，通过精选广为人知的典型工程案例将三部分内容有机结合起来;通过采用案例法、实物展示等多样化的混合教学手段，增强课程吸引力、趣味性和易记性。通过层层设问和启发引导学生积极思考、追本溯源;通过将设计者的心理变化与梁力学模型演化相结合，增强课程的生动性;通过关键词“安全”将课程思政有机融入授课内容中，提出安全的课程初心、保障安全的课程使命。教学实践结果表明，该教学设计法对提高课堂抬头率具有显著效果。

[关    键   词]  教学方法;材料力学;弯曲强度;课程思政;问题导向

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）15-0048-02

随着高等教育教学要求的不断变化，传统的教学方法已经无法满足新形势下教学的基本要求，引发了玩手机、睡觉、抬头率低[1，2]等一系列课堂顽疾。为了解决这些顽疾，课堂教学方法改革一直是各高校教学的改革热点问题之一，出现了问题导向法[3-5]、设问法、案例式[6，7]、启发式[8]、讨论式[8]、翻转课堂[9]等多种教学方法，大量的教学实践活动证明这些方法对改善课堂顽疾具有一定效果，尤其是小班教学。但是，对于大班教学，这些方法的效果并不明显。

对大部分应用型本科院校而言，由于受师资力量薄弱、教室数量紧张、教学任务重等客观条件限制，很难大范围推广小班化教学，因此，案例式、讨论式及翻转课堂等教学方法对改善抬头率低课堂顽疾的效果并不明显。因此，如何有效解决大班教学课堂顽疾仍然是当前应用型本科院校教学方法改革中的难点。

本文以材料力学中梁的弯曲强度应用为例，对大班模式下问题导向的混合教学法的教学设计、组织及效果进行分析，旨在探寻一种能够有效解决抬头率低课堂顽疾的方法。

一、梁强度措施应用的问题导向混合教学设计

为了提高材料力学课程的教学效果，在梁强度措施应用教学过程中，采用案例法、实物展示、设问法、启发式等多种教学手段，教学按照“新课导入→新课学习→课程思政”三大模块进行设计。

新课导入模块的作用是引入新课并调动学生的好奇心和积极性，该模块通过悬臂梁案例“金字塔和倒金字塔”引入梁的强度安全问题，抛出“设计者如何保证倒金字塔结构中梁的强度安全”问题，从而调动学生的学习积极性和好奇心。新课学习模块的作用是利用案例“东方之冠”中国馆分析强度措施在工程梁中的应用情况，使学生掌握梁强度措施应用的分析方法。该模块以“东方之冠”为分析对象，通过“选取横梁→构建力学模型→措施揭秘”三步实现中国馆横梁上强度措施的应用分析，以层层设问引导学生积极思考，采用实物力学模型揭秘设计者的心态由“忐忑不安”到“非常自信”的转变过程，进而完成强度措施在横梁中的应用分析。课堂思政模块的作用是将所讲内容与学习材料力学的初心和使命巧妙结合起来，使学生深刻理解为什么要学以及学习梁强度措施的重要意义。

二、梁强度措施应用的混合教学实施过程

整个教学以案例“东方之冠”中国馆为中心，以问题“如何保证中国馆横梁的强度安全”为主线，以横梁的强度安全保障措施为主要内容，采用多样化的教学手段对中国馆横梁中强度措施的应用情况进行抽丝剥茧式讲解。

（一）新课导入

为了通过独特的视角引入梁强度措施应用的授课主题，本部分选用胡夫金字塔和倒金字塔结构建筑为导入案例——变截面悬臂梁，具体实施过程为：首先，利用金字塔的结构特征和寿命使学生认识到这种结构的强度非常安全。然后，引入倒金字塔建筑结构，抛出“倒金字塔结构的强度安全吗”的问题，学生根据两种结构实物图片对比，便可以直接获得答案——不安全！最后，抛出“设计者是如何保证倒金字塔结构的强度安全”的问题，从而引入新课内容并过渡到新课学习模块。

（二）新课学习

为了增强课程的吸引力、说服力和视觉冲击力，本模块精选被誉为“东方之冠”的中国馆为分析对象。根据新课导入部分抛出课程任务，围绕中国馆的56根横梁强度安全问题展开，主要的教学过程见图1。

首先，展示中国馆的关键信息，如建筑结构框架图、开放夜景图、结构尺寸、总用钢量等，通过展示强调中国馆宏伟壮观的外在美是由横梁的强度安全所赋予的，达到增强学生对横梁强度安全重要性的认知。其次，通过抛出问题“设计者采用了哪些措施保证横梁强度安全”引导学生积极思考并过渡到下一个知识点——揭秘横梁中的强度措施。然后，采用“选横梁→构建横梁力学模型→分析横梁力学模型的前世今生→提取横梁中的强度措施”的授课思路，实现强度措施大揭秘的新课任务。主要的特色做法包括以下方面。

1.为了提高趣味性，增加设计者心理变化环节，将设计者心理由“忐忑不安（梁非常不安全）”到“非常自信（梁非常安全）”的转变过程与梁力学模型演化过程结合起来。

2.為了调动学生思维，讲解过程中设置多个问题，如选取哪一根梁为研究对象、研究对象有几个支座和几个支撑点、横梁力学模型的构成要素有哪些、横梁力学模型是在什么模型的基础上演化而来的、强度措施的理论基础是什么。

3.为了增强课程的生动性与学习印象，制作与横梁力学模型演化相关的实物模型，进行展示教学。

4.为了达到溯本求源与提升课程难度的目的，在明确梁中的强度措施之后，对措施的理论基础进行分析，使学生理解强度措施应用的理论依据。

综合梁的力学模型演化、设计者心理变化以及梁的三大构成要素（支座、载荷和梁本体），通过实物和多媒体动画展示对强度措施的应用情况进行生动讲述，逐步分析得到横梁中应用的强度措施，分析结果如表1和表2所示。

由表1、2知，每根横梁上采用了五种措施来提高其强度。

（三）课程思政

为了落实课堂育人要求，增设课程思政环节，通过安全凝炼出课程的安全初心和使命。守住课程初心就是守住梁强度安全的初心，要守住安全初心，需要学生树立积极的学习观、高度负责的职业道德观和正确的人生价值观。但安全使命则是合理运用强度措施保证梁的强度安全，并具备三能：能设计安全可靠的梁、能识别梁强度安全隐患、能消除梁的安全隐患。该模块利用正反面案例进行讲授，强调只有当我们具备三能时，才能有效杜绝一次次人间悲剧（反面案例警示），才能赋予一件件伟大作品以力学灵魂和宏伟壮观的外在美（正面案例激励），才能真正践行“不忘初心、牢记使命”。

三、总结

本文围绕梁强度措施应用，以问题导向为基本原则进行教学设计和授课过程分析，采用设问法、启发式、案例式、实物展示、多媒体动画等混合教学手段。问题导向的混合教学设计法对于增强课程的吸引力、趣味性、逻辑性、生动性和易记性，提高学生的抬头率均具有较好效果。在梁强度措施应用的教学设计与实施中，主要特色包括：（1）通过采用金字塔、倒金字塔、“东方之冠”中国馆等精选案例，将新课导入、新课学习和课程思政三部分有机结合起来，达到提高课程吸引力、趣味性、逻辑性等目的。（2）通过设置多个问题持续引导学生进行积极思考，显著活跃了课堂讨论氛围。在横梁强度措施的揭秘过程中，引入了设计者的心理变化历程，使授课更加生动、更加易记。（3）通过安全将授课内容和课程思政有机结合起来，提出了安全的课程初心与使命。

参考文献：

[1]顾晓英.提升思政课课堂学生“抬头率”的思考与实践[J]. 中高等教育，2018（2）：39-41.

[2]彭志军.素质教育背景下大学生课堂“抬头率”研究：以“博物馆学概论”课程为例[J].南昌师范学院学报，2018，39（1）：86-91.

[3]范钦珊，殷雅俊，唐静静，等.改革教学，创新教学：“材料力学”课程教学改革实践与体会[J].力学与实践，2018，40（5）：543-549.

[4]孙应红，景晖，孙永厚，等.问题导向式教学法在材料力学实验中的实践与探索[J].实验室科学，2014，17（4）：132-134.

[5]杨晓峰，刘全.工程问题导向型材料力学教学法改革与实践[J].力学与实践，2018，40（4）：442-445.

[6]林红，杨蕾，钮瑞艳.基于案例驱动式材料力学课程教学的探索与实践[J].教育教学论坛，2017（19）：167-168.

[7]夏逢军.案例教学法在“材料力学”小班化教学中的应用[J].科教导刊，2019（22）：111-112.

[8]黄超，刘德华，武建华，等.提高材料力学课堂教学质量体会[J].高等建筑教育，2011，20（5）：88-91.

[9]譚宁，吴莹，伍晓红，等.大班授课环境下理论力学翻转课堂的实践[J].大学教育，2019（4）：18-20.

◎编辑 郑晓燕