基于目标问题的材料力学教学改革

于月民　南景富　刘宝良　盖芳芳　梁翠香

摘  要：目标问题教学法是以学生为中心，以目标问题为导向的教学方式，兼顾知识学习、能力发展和价值引领，将素质教育、工程教育和创新教育结合起来，提升学生解决工程實际问题的能力。以村料力学课程教学为例，对基于目标问题的教学改革进行探索，并在实际教学中取得较为理想的效果。

关键词：目标问题;材料力学;教学改革;课程思政

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）10-0120-04

Abstract： Goal problem teaching method is a student-centered， problem-oriented method that combines knowledge learning， capacity development， and value leadership. It combines engineering and innovation education to improve students' ability to solve practical engineering problems. This paper discusses the teaching reform based goal problem by taking the course of mechanics of materials as an example and obtains better results in practical teaching.

Keywords： the goal problem; Mechanics of Materials; teaching reform; curriculum ideological and political education

目标问题导向式课程教学理念是围绕学校人才培养目标、专业人才培养目标及课程教学目标，将课程的教学要求细化分解为若干条目标素质要求。通过设计五大类目标问题，课前引导学生自学，课中通过研讨交流答惑解疑，应用所学知识解决实际问题，课后引导学生探索创新应用。通过目标问题的设置和解析，吸引学生参与，激发学生思维，引发学生深度思考，培养学生的自主学习能力，提升实践能力、培养创新精神、实现全面发展[1-2]。

传统的材料力学课程教学模式下，以教师为中心的课堂教学方式注重知识的传授，教师占绝对的主导地位，学生个性得不到充分发挥，理论教学与工程实际相脱节，忽视了应用能力和思想素质的培养。案例教学是一种理论联系实际的启发式教学，在案例教学中以目标导向问题设计、问题导向组织教学，能够更好地突出学生的中心地位，注重立德树人引领，渗透课程思政元素，有利于学生的全面发展[3]。为实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一，充分发挥教师教学的主导性和学生学习的主动性，实施材料力学课程教学改革，开展基于目标问题导向的案例教学，设计目标问题、课程思政和教学过程，引导学生有效地学，提高教学的有效性，充分发挥课程育人功能。

一、基于目标问题的材料力学教学设计

（一）目标问题设计

根据课程的教学目标设计基础问题、重点问题、难点问题、实践问题和拓展问题，如图1所示，其中基础问题是基于常识或先期的学习基础，学生一看就懂，一学就会。这部分内容课上不讲，要求学生自学掌握。重点问题是要求必须掌握的内容，学生通过观看课前推送的录播视频或阅读教材可以获得答案。难点问题需要学生通过思考和分析得到答案。实践问题是应用所学知识解决实际的工程问题，通过工程案例分析掌握解决问题的方法。拓展问题应强调创新应用和素质拓展，属于综合性、开放性问题。

（二）课程思政设计

材料力学课程在知识传授的同时注重立德树人引领，结合授课内容渗透课程思政育人元素，见表1。教学团队挖掘课程思政元素，把思政内容与课程知识点进行深度融合。结合课程知识点介绍我国领先技术，增强学生民族自信心与自豪感，结合业界前辈生平事迹与贡献，培育学生耐心专注、百折不挠、精益求精的工匠精神和科学精神;结合经典创新工程案例，培养学生勇于突破陈旧观点，实践创新思维，通过历史失败工程案例分析予以警示，培养担当精神与社会责任感。思政素材根据具体的授课内容以隐性渗透、案例穿插、专题嵌入的方式融入到课前录播视频、拓展课件、课中案例及课后拓展问题中。通过知识目标、能力目标和思政目标的达成，实现知识传授、能力培养和价值塑造三位一体的教学目标。

（三）教学案例设计

材料力学课程采用基于目标问题导向的案例教学法，出发点和归宿是充分调动学生的积极性，强调理论联系实际，学以致用。教师通过对典型教学案例的展示，引导学生参与分析、讨论和总结，让学生在具体的问题情境中积极思考、主动探索，进而得出结论或解决问题的方案，深化对相关理论的认知和对科学知识的系统掌握，培养学生在实践中抓主要矛盾，将实际问题抽象为力学模型的力学思维。实施案例教学，可以充分发挥教师的主导性和学生的主动性，体现了“以生为本”和

“理论联系实际”的教育理念。

案例教学法贯穿于整个教学环节，结合学生专业选编案例，如图2所示。基于目标问题对案例教学进行顶层设计，明确通过案例教学使学生掌握哪些力学理论知识，要培养学生哪方面的能力，由浅入深地设计一系列问题，引导学生去思考，从而掌握相关的力学理论知识。

（四）教学过程设计

基于目标问题构建了O-DIRTCTSH翻转课堂教学模式，如图3所示。从空间和时间两个维度对传统教学模式进行了翻转，在空间上分为课内和课外两个场所，在时间上分为课前、课中和课后三个阶段。翻转课堂的课前视频学习是以知识学习为主，主要是学生在线学习的形式，课中的合作探究和问题解决主要以能力发展为主，是在传统的线下课堂进行。翻转课堂把线上和线下学习有机结合起来，充分发挥教师的主导性，学生参与的主动性。

课前利用“雨课堂智慧平台”推送预习课件、拓展课件、录播视频，为学生自主学习提供条件，并设置目标问题引导学生自主学习，掌握课程知识点并解决基础问题。课中首先回顾和梳理录播视频中的主要知识点，通过集中学习，小组讨论，合作探究等方式进一步梳理重点问题和难点问题，基于“工程案例”进行深层次的教学活动，培养学生解决工程问题的能力。课中的课堂总结环节总结本次课的知识点，形成知识脉络图，培养学生的归纳总结能力。课后利用“雨课堂智慧平台”推送课后作业和拓展资料，利用教学QQ群和微信进行答疑，学生以个体或小组的形式在老师的启发下解决目标问题中的拓展问题，完成教师布置的课后任务，提升应用力学理论解决工程问题的能力。思政素材根据具体的授课内容融入到课前录播视频、课前拓展课件、课中案例、课后拓展课件中。

（五）考核方式设计

考核分为过程性考核与终结性考核两个阶段，采取线上考核与线下考核相结合的方式，考核内容包含课程的知识目标、能力目标和思政目标，如图4所示。通过实施多元化考核，实现了对学生能力目标和思政目标的考核。

过程性考核主要包括课前预习2%、课堂出勤1%、课堂测验4%、课后作业3%、综合设计10%（小组，能力目标为主要评价依据）、案例分析10%（小组，思政目标为主要评价依据）和实验报告10%。期末考试60%，采取闭卷的形式，从试题库中抽取考题进行考核。

二、基于目标问题的材料力学教学实践

（一）目标问题

以材料力学课程第11教学单元“压杆稳定”内容为例，进行目标问题设计。知识目标：掌握压杆稳定的基本概念、压杆的欧拉公式、压杆的分类和压杆的稳定性计算。能力目标：培养学生自主学习能力;培养学生应用稳定性条件进行压杆的设计和分析，解决工程问题的能力;培养学生分析工程综合案例，应用信息检索查阅资料，完成报告撰写的写作能力。基于教学目标设计的目標问题详见表2。

（二）课程思政

在课程导入环节以案例穿插的方式引入失稳案例，警示学生不能盲目自信，尊重自己的职业，树立责任意识。在知识巩固环节介绍组合柱在我国古建筑史上的应用，增强学生的民族自豪感。学生以小组讨论，合作探究的方式解释达·芬奇的压杆实验结论，培养学生团结合作精神，增强凝聚力。在课后拓展环节，学生分析郑板桥《竹石》这首诗中蕴含的力学知识，增强学生的文化自信。

（三）教学案例

引入工程中常见的门式起重机案例进行深层次的教学活动，在案例分析的过程中充分调动学生的积极性，主动参与解决工程实际问题，培养学生应用压杆的稳定条件进行设计和分析的能力。首先引导学生对门式起重机横梁的桁架结构进行简化建立力学模型。然后，以小组讨论的方式确定桁架结构中细长压杆所能承受的最大压力，确定非细长压杆许可工作压力的解题思路。教师结合学生的回答情况，进行启发和适度地引导，从而达到能力培养的教学目的。

三、结束语

基于目标问题的材料力学教学改革在土木专业的授课中取得了较为理想的教学效果，“基于翻转课堂的材料力学案例教学”获得了广东省本科高校在线教学优秀案例（课程类）一等奖。89%的同学对“翻转课堂教学”感兴趣，91%的学生认为自学能力得到了提升，93%的学生认为通过课中的分析工程案例，解决实际工程问题的能力得到了提升。在学校教务处组织的学生评教中，学生的评教分数为97.393分。

基于目标问题的教学改革是以问题的分析和解决组织教学，让学生思考问题，引导学生有效地学，有利于学生对力学知识的理解和应用，提高教学的有效性。基于目标问题的教学改革涉及教学内容、教学过程、考核方式、过程管理和课程评价等方面的改革，牵一发而动全身，需要潜心研究，精心设计，有计划地逐步推进，及时总结经验不断改进。

参考文献：

[1]罗天雨，王遨宇，张鸿宇.基于目标的问题导向教学法探讨[J].广东化工，2020，47（21）：219-220.

[2]秦大伟，罗天雨.目标问题导向式在线教学模式探析[J].广东化工，2021，48（2）：242-243.

[3]于月民，刘宝良，赵春香，等.大学力学基础课实施案例式教学的探索与实践[J].价值工程，2013，32（23）：225-226.

[4]武际可.力学史杂谈[M].北京：高等教育出版社，2009：10.

基金项目：2019年广东省高等教育教学改革项目“案例式教学法在材料力学教学中的研究与实践”（无编号）;广东石油化工学院课程思政教育教学改革专项建设项目“《材料力学》示范课程”（无编号）;广东石油化工学院教育教学改革研究项目“学生评教机制优化的研究与实践”（JY202036）

作者简介：于月民（1972-），女，汉族，辽宁盘山人，博士，教授，研究方向为智能材料与结构、柔性机构设计与分析。