“材料力学”课程教学改革与实践的探讨

林森 戴宏亮 方棋洪

[摘 要] 高等教育改革以来，受新媒体形式的推广和特殊形势的影响，传统的本科力学课程教学急需改进。湖南大学材料力学教研室以培育复合型人才为目标，创新性地提出构建课程建设和教学内容并举的“简支梁”教学改革思路。即依托教师队伍和教学手段的相互促进完成课程建设;融合思想政治元素、实践应用和科普知识改进教学内容，并以综合考核为引导手段，培养具有理论和实践的基本能力，并且能围绕未来工作中的工程和科学问题进行创新性研究的复合型人才。取得了一系列优异成果，可以为后续教学改革和实践工作提供参考。

[关键词] “材料力学”;教学改革;课程建设;思政元素

[基金项目] 2020年度教育部第二批新工科研究与实践项目“面向智能制造工程人才‘通识核心能力培养的创新创业训练项目体系与平台构建”（E-ZNZZ20201217）

[作者简介] 林 森（1988—），男，广东揭阳人，博士，湖南大学机械与运载工程学院助理教授（通信作者），主要从事基于生物力学的结构优化研究。

[中图分类号] O341   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）31-0060-04    [收稿日期] 2021-05-25

2019年，教育部在《關于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》（教高〔2019〕6号）中针对教学管理[1]、教学制度[2]、潜心育人[3]和组织保障[4]这四个方面分别对本科教育提出了指导性的意见。2020年的特殊时期打乱了多年循规蹈矩的本科教学计划。这对于“材料力学”[5]这门传统的力学核心课程的教学带来了更高的要求和挑战。对于这一问题，湖南大学材料力学教研室认真贯彻教育部精神，围绕学生做出了一系列教学改革举措，并落实到课程教学中，收到了良好的效果。本文在培养目标[6]、课程建设[7]和教学内容[8]等方面展示湖南大学材料力学教研室的创新和效果，为力学核心课程教学改革提供思路和参考。

一、教学改革与实践的设计思路

湖南大学材料力学教研室“简支梁式”教学设计模式如下图1所示。

（一）教师队伍和教学手段组成的“滑移支座”

课程建设应当是在保证教学质量的前提下，具有一定的灵活性，这样可以适应新时期和特殊形势带来的变化。其特点类似于双自由度的“滑移支座”。

队伍建设是支撑教学的基础。湖南大学材料力学教研室实行“内外双培养”的教师发展模式。在内，由经验丰富的教学名师带领年轻教师学习教学技巧，根据每位教师的经历和研究方向量身定制教学方案。在外，聘请具有丰富实践经验和学科知识扎实的工程技术人才加入，完善教师队伍多元化建设;建立校企和国际合作，鼓励交流。

教学手段是学生兴趣的“着力点”。特殊时期，全国展开了一场关于线上教学的讨论热潮。针对这一问题，教研室教师认真收集建议，总结出一套合理的授课方案：（1）采用直播课堂软件，将课件与讨论区并列展示，便于及时收到反馈。（2）在适当时间开启摄像头，采用道具演示趣味小实验或者在小黑板上演算习题。（3）在习题课上，展示预先做成的习题解答过程课件，辅以软件上的画笔标识。在直播课后，教师在课程联系群里上传录制的直播视频，帮助学生回顾知识。这样有条不紊的直播授课得到了不亚于面对面授课的良好效果。同时，湖南大学材料力学教研室共同建设了课程中心网站，包括双语介绍、力学进展（介绍前沿的科研成果）、资料共享（课件和参考书籍）和师生互动平台这些特色栏目。这样的课程中心建设支持教学资源的积累与共享，将教学过程与评价展示相结合，提供了多样的师生互动模式。另外，许多教师在主流的社交平台上建立个人账号，撰写教学和科研中的心得体会或是上传录制的课外讲座。获得了全国力学爱好者的广泛关注，有几位老师拥有了上千“粉丝”，成了同行和学生心中的“明星学者”。

（二）思政、应用和科普组成的“固定支座”

教学内容应当确保学生掌握知识点这一关键不动摇，由思政、应用和科普共同组成稳定的“三元体”，使学生围绕知识点展开创新实践。其特点类似于单自由度的“固定支座”。

针对学生的思想、兴趣、志向和科学素养，广泛搜集与知识点相关的重大工程和热点问题，从科普的角度拓展学生的知识面，同时渗透正确的人生观和价值观，确保达到协同育人的教学效果。2020年5月5日，广东虎门大桥出现大幅摇晃，在网络上引发热烈讨论。时值“材料力学”课程讲授“组合变形”这一章节，笔者抓住这一机会，向学生介绍了大跨度悬索桥的历史和构造。以塔科马大桥风毁的实例，解释了卡门涡街这一流体力学知识点。作为中国自行设计建造的第一座现代化特大型悬索桥，虎门大桥的设计师早已考虑风力作用下的振动。根据蜻蜓翅膀上的翅眼结构的作用，介绍了大型桥梁的抗振措施。另外，涡街效应也能被利用，从工程实例中的测量管道内流量的涡街流量计，讲到科研最新成果磁感应涡街发电装置。这使学生对于“材料力学”及相关课程的兴趣大增，取得了非常好的教学效果，同时也宣传了我国流体力学和振动力学的代表学者。

（三）综合检验的复合人才是“荷载”

“材料力学”注重培养关注学科前沿发展和知识交叉应用，具有理论和实践的基本能力，并且能围绕未来工作中的工程和科学问题进行创新性研究的复合型人才，是前述教学与改革的“承载”。结合特殊时期的影响，“材料力学”的考核模式也相应调整如下（见表1）。

通过公示相应的说明文件《材料力学在线考核实施办法》，保证了考核细节公平、公开化，包括随机题库、双机位监考和提交答卷方式等。考核的内容包括慕课学习、实验认知、课外讨论和运用知识点解决实际问题的能力。针对考核中出现的不足，可以修正相应的教学内容。只有建立起以培养复合人才为目的的评价体系，才能赋予这门传统力学核心课程历久弥新的特质，源源不断地输送优质工程师、科研工作者和教师人才，同时为思政、工程和科研提供丰富的素材。