材料力學(xué)實踐教學(xué)高階性建設(shè)研究

材料力學(xué)實踐教學(xué)高階性建設(shè)研究摘要:材料力學(xué)是機械、土木等專業(yè)類的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，其實踐教學(xué)對支撐和充實理論教學(xué)、訓(xùn)練力學(xué)實踐技能、獲得解決復(fù)雜問題的能力都具有不可或缺的作用。針對材料力學(xué)實驗?zāi)壳按嬖诘膯栴}，提出突破“實驗”界限，從“實踐”層面構(gòu)建材料力學(xué)大實踐教學(xué)的思路，并圍繞其實踐教學(xué)“高階性”建設(shè)的幾個方面進行了研究，給出了實踐教學(xué)高階性建設(shè)策略和方案。關(guān)鍵詞：材料力學(xué)，實驗，實踐教學(xué)，高階性應(yīng)用型本科教育的突出特征是其實踐性，教育實踐表明,實驗實踐課程與理論課相比，更利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，是學(xué)生獲得工程應(yīng)用能力的必要環(huán)節(jié)。實驗室是必要平臺，虛擬實踐教學(xué)環(huán)境是實踐教學(xué)的新空間。在知與行之間，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題，探索問題，解決問題直至工程應(yīng)用，達到知行合近年來，隨著推進“普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標準’“工程教育專業(yè)認證’“一流本科課程建設(shè)”（也稱“金課”）等，不斷推高本科課程建設(shè)水平。“金課”建設(shè)如缺失高水平的相關(guān)實踐教學(xué)環(huán)節(jié),則不是完整的“金課”。材料力學(xué)是機械、土木等專業(yè)類的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，材料力學(xué)實踐教學(xué)對支撐和充實理論教學(xué)、認識材料的力學(xué)性能、訓(xùn)練力學(xué)實踐技能和探究意識、獲得解決復(fù)雜問題的能力都具有不可或缺的作用。但由于各種因素的影響，材料力學(xué)總學(xué)時量大幅減少,對材料力學(xué)課程造成較大影響，而對實踐教學(xué)部分的影響更甚于對理論教學(xué)部分。在學(xué)時少這一現(xiàn)實無法根本轉(zhuǎn)變的情況下，要實現(xiàn)材料力學(xué)實踐課的“金課”目標,必須擺脫固有束縛，立新理念，創(chuàng)新思路，開新方法，興新舉措，按照“金課”標準，開展系統(tǒng)性的綜合改革，推進實踐環(huán)節(jié)的高階性、創(chuàng)新性建設(shè)，提高實踐教學(xué)的“含金量”，打造材料力學(xué)“實踐金課”'文章針對力學(xué)實驗?zāi)壳按嬖诘膯栴}，對標“金課”建設(shè)標準，圍繞材料力學(xué)實踐環(huán)節(jié)'高階性”建設(shè)的幾個方面進行了研究，提出突破“實驗”界限，從“實踐”的層面規(guī)劃設(shè)計材料力學(xué)大實踐教學(xué)，在教學(xué)目標、實踐內(nèi)容和項目、教學(xué)模式以及手段和方法等方面綜合著手，全方位推進材料力學(xué)實踐“金課”建設(shè)。一、剖析材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題（一）教學(xué)理念滯后，沒有跟上新導(dǎo)向沒有教育思想導(dǎo)航的教學(xué)是盲目的，教育需要先進理念的引領(lǐng)，實踐教學(xué)也一樣。對教育理念包括優(yōu)秀傳統(tǒng)教育理念缺乏深入研究，在認知上更多地局限于概念上，對教育理念的引領(lǐng)作用認識不足，對具體教育理念在本課程中指導(dǎo)作用沒有形成針對性策略和實施方案。教育理念的指導(dǎo)作用沒能得到好的發(fā)揮。比如在實踐教學(xué)中如何理解以人為本、素質(zhì)教育、知行合一、個性化、創(chuàng)新性等思想理念，如何挖掘或獲得諸多教育理念的內(nèi)涵與價值。在教育理念的貫徹和應(yīng)用方面行動滯后。圍繞教育思想理念如何開展相應(yīng)的落實工作，如何在深刻解讀諸多教育思想理念基本內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，將其與本教學(xué)活動結(jié)合起來，內(nèi)化為實踐教學(xué)的可行的方案和可操作的行動均顯不足。對新理念、新導(dǎo)向、新技術(shù)帶來的沖擊感受不夠強烈，思變意識不濃。如何呼應(yīng)當前的一些教育熱點和跟進當前建設(shè)工程中的導(dǎo)向性政策、新理念和好的做法，如在推進工程教育專業(yè)認詛“金課”建設(shè)、精品在線資源建設(shè)、虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)、本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標準等系列行動中，結(jié)合政策標準建設(shè)好本實踐課程，是急需開展的工作'對材料力學(xué)實踐教學(xué)功能的多重性認識不夠,對其重要性認識不足。實踐仍是作為理論教學(xué)的補充,為驗證理論真?zhèn)畏?wù),缺乏獨立性，不是獨立作用的主角，更談不上作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)來認識和安排。從應(yīng)用型人才的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練培養(yǎng)角度講，實踐訓(xùn)練的作用和價值應(yīng)得到更多關(guān)注。實踐作風(fēng)養(yǎng)成、素質(zhì)潛能的累積，是一點一滴疊加起來的，不能期望一下子就培養(yǎng)出來。既然實踐能力、動手能力、創(chuàng)新能力很重要,就應(yīng)圍繞這種核心能力進行多層次、多類別的訓(xùn)練。（二）實驗教學(xué)目標不明確理論教學(xué)是材料力學(xué)教學(xué)的主體，實驗教學(xué)一直處于從屬、輔助的地位。雖然符合材料力學(xué)的課程性質(zhì)和定位，但長期的這種狀態(tài)不可避免地削弱了對實踐教學(xué)的重視程度和建設(shè)力度，教學(xué)目標也難以清晰界定和落實。實踐教學(xué)理念難以達到先進程度，認識程度和教學(xué)目標也難以達到相應(yīng)的高度'工程教育和課程教學(xué)的核心目標是使學(xué)生具有面向工程解決問題甚至解決復(fù)雜問題的能力，要做到這一點，應(yīng)遵循知行合一的理念，發(fā)展學(xué)生知的能力和行的能力，知和行的能力都很重要，但終究是要落在行的能力上。不能否定,理論教學(xué)具有使人獲得知行素養(yǎng)的作用，在一定程度上養(yǎng)成人的知行能力。同樣也應(yīng)認識到，實踐是行動的直接行為，是物（成果最直接的形成因素。所以，實踐教學(xué)的目標應(yīng)是使學(xué)生能夠以前瞻性的理念指導(dǎo)，依靠思想的或物化的條件，進行有創(chuàng)造性的行動。通過分析不同類型高校材料力學(xué)）含工程力學(xué)）教學(xué)目標發(fā)現(xiàn)，為解決工程問題提供基本概念、基本理論和基本方法是課程的核心目標,這是課程理論教學(xué)的重要目的。在實踐教學(xué)的目的性上提出了一些結(jié)合點，如理論與實踐的結(jié)合問題，培養(yǎng)解決工程問題的能力，知識點與工程實際相結(jié)合，了解工程應(yīng)用，培養(yǎng)工程理念。教學(xué)案例結(jié)合學(xué)科前沿與科研實踐,培養(yǎng)創(chuàng)新性。這些目標多屬于理念或?qū)蛏?較為虛化,難于形成可行的方案，不易落實。而針對實驗教學(xué)提出明確目標要求的則較少,或只能從課程整體目標要求中去體會和挖掘，實驗教學(xué)目標也并不清晰。對于大多非力學(xué)專業(yè)而言，很少開設(shè)獨立的力學(xué)實驗課程，缺少接觸進一步實驗訓(xùn)練的可能。但是對多數(shù)專業(yè)而言,材料力學(xué)實踐教學(xué)卻是不可或缺的環(huán)節(jié)。教學(xué)目標要求不高,主要表現(xiàn)為:對現(xiàn)代先進教學(xué)理念吸收借鑒不夠,缺少先進理念引領(lǐng);教學(xué)目標設(shè)計存在虛化成分,不易形成落實方案;多樣化的實驗項目和實踐內(nèi)容的綜合設(shè)計開發(fā)不夠;對最新教育模式、教學(xué)方法研究不透，應(yīng)用不夠;對最新教育技術(shù)借用、利用不夠,教學(xué)手段更新緩慢。（三） 實驗教學(xué)內(nèi)容和項目體系更新緩慢實驗教學(xué)內(nèi)容更新緩慢,實驗項目類型比較單一，項目多以驗證性實驗為主，主要限于低碳鋼和鑄鐵拉伸與壓縮、梁彎曲、彈性模量測定等實驗，內(nèi)容設(shè)定多在某種基本變形或材料某一方面的性能，單項內(nèi)容的實驗偏多，綜合性不強,實驗設(shè)備操作也偏以簡單,對學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練效果不突出，素質(zhì)養(yǎng)成作用有限。面對新理論、新材料、新技術(shù)而在教學(xué)上跟進的新應(yīng)用不夠，造成實驗內(nèi)容不新穎,無法滿足工程技術(shù)的實際應(yīng)用。4#5（四） 實驗教學(xué)模式相對固化講解加上實驗演示仍是目前材料力學(xué)實驗教學(xué)的主要模式，除了結(jié)合一定數(shù)量的設(shè)備之外,實質(zhì)上像是把教室授課模式搬到了實驗室，沒有產(chǎn)生本質(zhì)性差別。老師講解和演示，學(xué)生聽講和觀察,知識仍是單向傳遞,學(xué)生動手操作、研討交流的機會都很有限。相似的教學(xué)情景，可預(yù)測的實驗結(jié)果，學(xué)生難以有持續(xù)的新鮮感和求索欲。（五） 實驗教學(xué)手段傳統(tǒng)、教學(xué)方法單一目前,PPT和板書仍是材力實驗教學(xué)的主要手段,與現(xiàn)代教育技術(shù)結(jié)合不夠緊密的傳統(tǒng)教學(xué)手段,使得在教學(xué)形式、教學(xué)方法設(shè)計上空間受限，也難有大的突破。實驗演示通常受到設(shè)備數(shù)量和條件的限制,難以保障每個學(xué)生都能有親自動手操作的機會,基本是多數(shù)學(xué)生觀察老師或少數(shù)學(xué)生的操作演示。反復(fù)處于這種狀態(tài)，學(xué)生實踐能力無法得到有效訓(xùn)練,學(xué)生的主動性和個性發(fā)展受到影響，也會逐漸失去興趣。這樣的模式會難以提高學(xué)生動手能力和分析解決問題的能力，也會束縛學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。⑵（六） 實驗考核方法簡單、關(guān)注面少考核方式多是以實驗報告為主,參考出勤和現(xiàn)場表現(xiàn)情況。通常區(qū)分度不大，加上實驗成績在課程總成績中占比也比較小，難以引起學(xué)生足夠重視'二、構(gòu)建材料力學(xué)實踐高階性建設(shè)新理念，確立教學(xué)新目標傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗教學(xué)理念和教學(xué)成效上的不足已經(jīng)顯現(xiàn),用什么樣的新理念來引領(lǐng)？又如何規(guī)劃建設(shè)？《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見%）教高〔2019〕8號）提出把“立德樹人”成效作為檢驗高校一切工作的根本標準，深入挖掘各類課程和教學(xué)方式中蘊含的思想政治教育元素,把教學(xué)改革成果落實到課程建設(shè)上，建設(shè)適應(yīng)新時代要求的一流本科課程,讓課程優(yōu)起來、效果實起來。（一） 堅持課程思政理念引領(lǐng)以課程思政理念為指導(dǎo),與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，按照“三全育人”原則，深度挖掘課程所蘊含的思想政治教育元素，把“立德樹人”作為課程教學(xué)的根本任務(wù)，實現(xiàn)知識傳授、價值塑造和能力培養(yǎng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，促進學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展。（二） 遵循素質(zhì)教育理念把引領(lǐng)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)和養(yǎng)成素質(zhì)作為基本教育目標，相比于知識傳授更加重視實踐能力和全面素質(zhì)養(yǎng)成，使知識、能力、素質(zhì)協(xié)同發(fā)展,推進教學(xué)做一體化，做到知行合一。（三） 遵循以人為本理念以人為本在教學(xué)中就是堅持以學(xué)生為中心。在實踐教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)適于學(xué)生學(xué)習(xí),適于學(xué)生訓(xùn)練和發(fā)展;在教學(xué)模式上，以有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、方便于學(xué)生學(xué)習(xí)來安排學(xué)習(xí)方式，建設(shè)學(xué)習(xí)資源;在教學(xué)手段和方法上，能有利于高效學(xué)習(xí)和靈活學(xué)習(xí)。（四） 遵循個性化教育理念在實踐教學(xué)內(nèi)容上適于學(xué)生充分選擇,使學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)有用的、沒掌握的或?qū)ψ约鹤顬楸匦璧?以適應(yīng)學(xué)生個性發(fā)展和個性化學(xué)習(xí)的多樣性選擇，促進學(xué)生優(yōu)勢發(fā)展，開啟學(xué)生內(nèi)在潛力和學(xué)習(xí)動力。在模式方法上能支持形成個性化學(xué)習(xí)方式，個性化學(xué)習(xí)資源，個性化學(xué)習(xí)評價方式。在手段上，以支持學(xué)生最擅長的。（五） 堅持高階性原則提升實踐內(nèi)容與項目的高階性，構(gòu)建具有一■定廣度和深度的課程資源，為培養(yǎng)學(xué)生具有解決復(fù)雜問題的能力提供有品質(zhì)的支撐資源。提升教學(xué)模式、手段和方法上的高階性，運用先進技術(shù),支撐先進模式，更好演繹實踐教學(xué)內(nèi)容，采用利于學(xué)生學(xué)習(xí)的線上、線下、混合式教學(xué)，開放實踐場所等多種模式，突破習(xí)慣性認知模式,培養(yǎng)學(xué)生分析、質(zhì)疑、創(chuàng)新的能力。（六） 堅持創(chuàng)新性原則增強創(chuàng)新性,對實踐教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)方法和手段上的新的成長點保持創(chuàng)新意識，及時引入發(fā)展成果。積極推進現(xiàn)代信息技術(shù)與實踐深度融合，促進創(chuàng)新。（七） 確立材料力學(xué)實踐教學(xué)新目標以新理念引領(lǐng)，對照一流標準，推進“金課”建設(shè)，實施大實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)做一體素養(yǎng)、知行合一能力，使學(xué)生具有解決工程問題甚至解決復(fù)雜工程問題的能力。三、做實材料力學(xué)實踐教學(xué)高階性建設(shè)新內(nèi)容圍繞材料力學(xué)實踐教學(xué)目標，以新理念為引領(lǐng),一是要有利于促進學(xué)生實踐訓(xùn)練、素質(zhì)養(yǎng)成和全面發(fā)展。二是有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。三是面向大實踐教學(xué)，突破“實驗”界限，跨入“實踐”之地，著眼各實踐要素，建設(shè)可供充分選擇的實踐資源，可供充分利用的手段和方法。（一）做好課程思政教育教學(xué)堅持課程思政理念引領(lǐng)，激發(fā)創(chuàng)新思維,深度挖掘材料力學(xué)課程及相關(guān)領(lǐng)域的課程思政元素，在課程及其實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)融入思想政治教育元素,全面做好課程思政教育教學(xué)。講好力學(xué)家的故事。我國歷史上涌現(xiàn)出眾多有代表性的人物和力學(xué)成果,古代墨家所著《墨經(jīng)》里就有杠桿原理相關(guān)內(nèi)容的表述。北宋李誡在1100年所著《營造法式》一書中指出矩形木梁的合理高寬比）h/b）為1.5,這與近代研究得出的矩形木梁的合理高寬比為（強度最大）已極其接近。在現(xiàn)代，有錢學(xué)森、錢偉長、郭永懷等一批力學(xué)家，除有卓越的學(xué)術(shù)成就和學(xué)術(shù)聲望外,還在傳奇人生、家國情懷、民族責(zé)任、青云之志、嚴謹治學(xué)、求索創(chuàng)新等某些方面具有應(yīng)當頌揚的品德和正能量，這些優(yōu)秀代表是青年學(xué)子心中的榜樣，是勵志成才的力量。講好工程案例。同樣，我國歷史上也涌現(xiàn)出眾多有代表性工程，著名的趙州橋就是一個蘊含力學(xué)合理性的經(jīng)典工程。今天的港珠澳大橋，既是國家大工程，又蘊含著豐富的工程技術(shù)教育元素和思想政治教育元素。在技術(shù)思政教育上，除作為大工程所有的普遍意義的科學(xué)技術(shù)價值外,僅就材料力學(xué)實踐教學(xué)而言,選擇其中的鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋、鋼箱梁結(jié)構(gòu)作重點分析，讓學(xué)生直接感受到這些結(jié)構(gòu)形式在大工程中的應(yīng)用。既能引導(dǎo)學(xué)生深刻理解這些結(jié)構(gòu)的受力特點和技術(shù)優(yōu)勢，又能使學(xué)生感受到所學(xué)知識的價值，增強學(xué)習(xí)信心。在思政教育方面,具有突出的民族情懷、愛國主義情懷，在國家意義、國家力量、科技影響力、生態(tài)文明、環(huán)境保護、文化特色、旅游價值、自主創(chuàng)新、奮斗精神等方面具有豐富內(nèi)涵和廣泛意義,極大增強民族志氣和民族自豪感。再諸如建筑腳手架的改進發(fā)展之于生命至上,加拿大魁北克大橋的“工程師之戒”之于嚴謹與責(zé)任等眾多工程案例，都給人以教育與啟迪。材料力學(xué)實踐教學(xué)的課程思政教育目的、課程思政教育內(nèi)容與相關(guān)實踐知識的關(guān)系見表1。表1課程思政教育目的、教育內(nèi)容與課程知識的關(guān)系課程思政教育目的課程思政教育內(nèi)容相關(guān)實踐知識培養(yǎng)愛國主義精神，社會主義核心價值觀；錢學(xué)森等力學(xué)家的愛國、勵志、治學(xué)、強國的故事；材料力學(xué)性能培養(yǎng)社會責(zé)任感，工程職業(yè)道德；中國力學(xué)史料；桿件拉壓實驗培養(yǎng)奮斗精神、擔當精神和團隊意識；中國經(jīng)典力學(xué)成果；構(gòu)件扭轉(zhuǎn)實驗養(yǎng)成創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)科學(xué)思維和中國經(jīng)典工程與力學(xué)；構(gòu)件彎曲實驗實踐能力；現(xiàn)代大工程案例:介紹知識應(yīng)用,增強專業(yè)信心。闡述工程中所蘊含組合變形實驗養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識以及自主的家國情懷、國家意義、科技力量、創(chuàng)新精神等課程思政元素。穩(wěn)定性實驗發(fā)展的能力。…… （二） ）實實踐教學(xué)內(nèi)容和項目體系的高階性基于個性化教育，豐富實踐資源。在實踐教學(xué)內(nèi)容上,構(gòu)建多樣化的實踐內(nèi)容與項目體系，使實踐項目有充分的選擇性。拓展實踐內(nèi)容，在基本實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，由基本變形向復(fù)雜變形拓展，由以基本變形為主轉(zhuǎn)為基本變形、復(fù)雜變形、穩(wěn)定性分析以及動載分析并重。拓展實踐類型，在演示性實驗、驗證性試驗的基礎(chǔ)上，向設(shè)計性試驗、綜合性試驗拓展，逐步向探究性試驗傾斜。拓展材料類型，由低碳鋼、鑄鐵材料等向合金材料、復(fù)合材料等更廣域的工程材料拓展。基于高階性原則，提升實踐品質(zhì)。深度挖掘演示性實驗、驗證性實驗中的高階性元素，探究性元素，將簡單實驗轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗、探究性實驗或綜合性實驗。面向復(fù)雜變形、新工程材料開發(fā)設(shè)計高階性的實踐項目，提高項目的難度。拓展實踐邊界,突破“實驗”界限，從“實踐”的層面綜合設(shè)計材料力學(xué)大實踐教學(xué)，如設(shè)立材料力學(xué)課程設(shè)計、綜合性大作業(yè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目、開放實驗室項目、工程實踐案例、大型綜合訓(xùn)練、自主設(shè)計實驗等，增加項目的綜合性和未知性，從而提高此類實踐項目的挑戰(zhàn)度?；趧?chuàng)新性原則，創(chuàng)新出新。將新理念、新技術(shù)和新方法引入到材料力學(xué)實驗教學(xué)，在內(nèi)容、模式、方法等方面創(chuàng)新突破，使單一實驗綜合化、實驗材料多樣化、演示實驗設(shè)計化、驗證試驗應(yīng)用化、實驗內(nèi)容項目化。（三） ）實實踐教學(xué)模式的高階性1.做實混合式教學(xué)。以虛擬仿真實驗教學(xué)、現(xiàn)場實驗教學(xué)和微課視頻教學(xué)為主要支撐,充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),開展網(wǎng)上教學(xué)資源建設(shè)，把網(wǎng)上資源和現(xiàn)場教學(xué)有機統(tǒng)一起來，