“双碳”理念下材料力学课程线上线下混合式教学改革与实施

张腾元，肖钦兰，吴娇

（六盘水师范学院，贵州六盘水 553004）

2021 年7 月，教育部印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》[1]，对高校人才培养模式的革新提出了新要求。土木工程作为一门注重实际应用的学科，在教学过程中更应融入碳中和、碳达峰及相关思政内容，培养懂理论、重实践、有情怀的新时代土木工程人才，更好地服务地方经济社会发展[2]。

在碳达峰、碳中和的背景下，土木工程正面临专业转型带来的一系列变化，绿色建材是支撑土木工程转型发展的重要基石。土木工程专业在这一时代背景下，必须培养以社会主义核心价值观为引领、以爱国主义为核心、以工匠精神为基础、以科学创新为理念的具有社会担当和责任心的建设人才。

1 材料力学课程存在的主要问题

材料力学是土木工程专业一门非常重要的基础课，共64 学时，其中12 学时为实验教学，其作为理论力学、土木工程制图的后续课程，结构力学、混凝土设计原理、钢结构设计原理等课程的前导课程，主要引导学生正确计算构件在拉伸、压缩、弯曲等状态下的内力，根据强度理论为构件选取合适的尺寸，分析构件的强度、刚度及稳定性，为从事土木工程设计及建造等相关工作奠定坚实的基础。

六盘水师范学院土木工程专业开设于2016 年，至今已培养了大批土木类专业人才。在人才培养过程中，材料力学课程教学还存在一些问题。

在教师教学方面：存在着理论与实践难以深度融合，理论课与实验课的结合不深等问题，导致学生难以将所学理论应用于实践，难以通过实践深入理解理论；以“学生为中心”的教学理念贯彻不到位，单向性的知识传授方式及应试性考核评价仍占主导地位，以“学”为中心的教学模式没有真正构建；学科导向明显，能力培养弱化，强调学科体系与理论深度，重理论推导轻问题发现，学生解决实际问题能力与创新思维未得到系统培养。

在学生学习方面：一是学生基础参差不齐，二是力学类课程学习难度大，三是学生缺乏克服困难的坚韧毅力和勇气。

2 “双碳”理念下材料力学课程线上线下混合式教学改革的方法

2.1 建设线上教学资源

材料力学课程授课教师经过前期的课程建设探索，现阶段在“以学生为中心，以能力培养为导向”的教学理念指引下，将原有教学知识点进行拆分、细化，凝练成25 个知识点，结合教学示范包、国家精品公开课，以及教师自行录制的每个知识点的教学视频（见图1），帮助学生学习。其中，教师自己录制、剪辑的视频占比在60%以上。为避免学生在视频学习过程中产生疲倦感，每一个视频不超过10 min。

图1 线上知识点内容

25 个知识点分别为：（1）材料力学的任务；（2）材料力学的基本假设；（3）内力、截面法、应力和应变概念；（4）工程中的轴向拉压问题；（5）拉压杆的内力；（6）拉压杆的应力；（7）材料拉伸时的力学性能（实验）；（8）材料压缩时的力学性能（实验）；（9）拉压杆的强度校核；（10）工程中的扭转问题；（11）扭转内力；（12）工程中的剪切问题；（13）剪切和挤压的实用计算；（14）连接件的破坏问题；（15）截面的惯性矩；（16）工程中的弯曲问题；（17）梁的内力图；（18）荷载集度、剪力、弯矩之间的关系；（19）叠加法；（20）弯曲应力；（21）纯弯曲梁横截面上的正应力（实验）；（22）弯曲梁的强度条件；（23）梁的强度校核；（24）提高梁的弯曲强度的措施；（25）应力状态与强度理论。

课程内容含理论教学内容、实验内容、PPT、教学视频等，在实验仪器、课时有限的条件下丰富了教学内容，并以此为基础，初步构建新的教学模式，即“线上平台预习—课堂理论教学—实际动手操作—网络平台互动—综合设计—创新”全方位立体化智慧型教学体系，通过线上线下混合教学模式，不仅达到了课程的知识目标，还能达到相应的能力目标和情感目标。

2.2 开展线上线下混合式教学

为满足新工科人才培养要求，根据六盘水师范学院专业课程评估要求，贯彻成果导向教育理念，坚持“反向设计、正向支撑”，将专业人才培养目标分解落实到课程中，夯实课程教学与毕业要求指标点的支撑关系，采取了线上线下混合式教学，教学框架见图2。

图2 线上线下混合式教学框架

第一，教学铺垫。教师在课前利用超星学习通平台进行课程导入，分享工程案例，导入视频素材。

第二，课堂授课。在传统 PPT 授课的基础上，教师利用动画仿真，增强学生的学习兴趣，提高其学习效率；利用小组讨论、随堂测试方式使学生加深对知识点的理解和记忆。

第三，课后巩固。教师利用思维导图、PPT 等进行课堂知识总结，通过课后作业检测学生学习效果，利用超星学习通和QQ 等平台进行答疑解惑，并让学生反馈教学效果，根据学生反馈结果调整教学进度，提升课堂教学效果。

第四，教学评价。教师根据小组合作、视频观看、文档阅读、平台访问次数、课堂参与度、课堂讨论、线下作业、课堂提问、阶段测试、实验等情况以及线下期末考试结果对学生进行全面考核。

2.3 立德树人，进行思政教育

授课教师编写了“土木人的家国情怀”讲义，该讲义收录了约50 余名土木领域的知名大师、两院院士的事迹。教师利用线上视频的模式，在每章学习结束后，介绍一位土木领域知名大师或两院院士的事迹，实现价值引领、能力培养和知识传授“三位一体”相结合[3-7]。

立德树人是教育的根本任务，是教师教书育人的必然要求。通过对材料力学课程的梳理，凝练出 25 个知识点，确立 25 个德育目标，潜移默化地进行思政教育，实现了立德树人的目标。例如，教学案例1：知识点“ 应力和应变的概念（挑战级）”的学习比较难，设置的德育目标为培养学生迎难而上的大国工匠素质；教学案例2：知识点“梁的内力图”，设置的德育目标为培养学生利用抽象模型解决复杂工程问题能力的科学精神。

3 结语

为满足新工科人才培养要求，根据六盘水师范学院专业课程评估要求，贯彻成果导向教育理念，探索实践了以学生为中心的教学模式，强化课内外教学互动[8-14]。材料力学课程线上线下混合教学模式实施后，土木工程专业2020 级学生该课程综合成绩全部及格，与2019 级综合成绩不及格率16%相比，有了较大提高；学生竞赛参与度和获奖率提高；学生养成了自主学习的习惯；学生发现问题并质疑的能力、研究与分析能力、解决问题的能力、语言表达能力等都有一定的提高。