工程教育认证背景下农林院校材料力学课程教学改革.pdf

引用本文格式侯文慧，葛俊，张大山，等工程教育认证背景下农林院校材料力学课程教学改革 J农业工程，2023，13（8）：125-129 DOI：10.19998/ki.2095-1795.2023.08.022 HOU Wenhui，GE Jun，ZHANG Dashan，et alTeaching reform of materials mechanics course in agricultural and forestryuniversities under background of engineering education certificationJAgricultural Engineering，2023，13（8）：125-129工程教育认证背景下农林院校材料力学课程教学改革侯文慧，葛俊，张大山，王玉伟，刘莉（安徽农业大学工学院，安徽 合肥 230036）摘要：材料力学课程是农林院校众多机械类专业工程教育认证的重要核心课程，课程内容多，课时紧缩，传统的教学模式已无法满足新时代人才培养的需求。以工程教育认证理念为指导，从课程思政的融入、基于“互联网+”的新型教学模式和多元化的教学评价等方面探索了课程的教学改革，以期提高学生的政治素养，激发学生的创新思维，拓展学生的视野，从而实现课程目标，改善教学效果。关键词：工程教育认证；材料力学；教学改革；教学模式；教学评价中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：2095-1795（2023）08-0125-05DOI：10.19998/ki.2095-1795.2023.08.022Teaching Reform of Materials Mechanics Course in Agricultural and ForestryUniversities under Background of Engineering Education CertificationHOU Wenhui，GE Jun，ZHANG Dashan，WANG Yuwei，LIU Li（School of Engineering，Anhui Agricultural University，Hefei Anhui 230036）Abstract：Materials Mechanics course is an important core course of engineering education certification for many mechanical majors inagricultural and forestry universitiesDue to tedious contents and tight class hours，traditional teaching mode is unsuitable for talenttraining in the new eraGuided by engineering education certification concept，teaching reform of curriculum was explored from aspectsof integration of ideological and political，new teaching mode based on internet and diversified teaching evaluation，in order to improvestudents political accomplishment，stimulate students innovative thinking，expand students vision，so as to achieve curriculum object-ives and improve teaching effectKeywords：engineering education certification，materials mechanics，teaching reform，teaching mode，teaching evaluation 0引言工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是我国高等教育的重要组成部分，优化了我国工程人才培养模式，实现了与国际工程教育的接轨1。工程教育专业认证理念融入了先进教育理念，为工程教育专业建设指明了发展方向，强调专业以学生为中心，评估体系基于产出成果的质量，不仅顺应我国目前人才培养的社会需求，更强调了持续改进机制下培养模式的可持续发展性2。工程教育专业认证的核心是确保毕业生达到行业认可的质量标准，是一种以培养目标和毕业要求为导向的合格性评价。安徽农业大学积极投入了专业认证工作，深入分析了新时代对人才培养的需求，对专业的培养方案进行了改革和完善，并细化了具体的毕业要求和对学生的培养目标，更加注重对学生主体能力的培养。材料力学是农林院校机械类专业重要的必修课，为后续专业课程的开展奠定基础，在各专业学生的培养方案中有不可或缺的地位3。它主要涉及固体力学和材料科学两个学科，研究杆、轴、梁等研究对象的宏观力学行为。在专业认证背景下，随着专业人才培养计划的调整，材料力学课程的学时不断被压缩，课程理论逻辑性和应用性很强，概念抽象、内容复杂、公式晦涩难懂，学生理解起来比较困难，因此缺乏对 收稿日期：2022-09-07修回日期：2022-11-29基金项目：安徽省线上线下混合式课程项目（2021xsxxkc082）；安徽省教学研究项目（2020jyxm0514）；安徽农业大学质量工程项目（2020aujyxm13、2020aujyxm11）作者简介：侯文慧，博士，讲师，主要从事图像识别与计算机视觉研究E-mail：葛俊，通信作者，博士，讲师，主要从事车辆地面力学研究E-mail：第 13 卷 第 8 期农业工程Vol.13No.82023 年 8 月AGRICULTURAL ENGINEERINGAug.2023学科的兴趣。目前课堂多以教师为主体进行 PPT 讲解，学生被动接受知识，参与课堂的程度较低4。传统的“教师为主体，以教为中心”教学模式已不满足信息化时代下对新工科人才的培养需求5。随着教育信息化技术的普及，学生主体意识的提高，工程教育“以学生为中心，产出导向、持续改进”理念的深入，材料力学的教学改革势在必行。本研究探索新型的教学模式，多元化的评价方法，实现在有限时间内将抽象的知识讲解清楚，并充分调动学生学习的主动性，提高课程参与度，锻炼学生应用知识的能力，满足工程教育专业认证提出的人才培养需求。1深入挖掘思政元素和德育功能课程思政指将思想政治教育寓于课程教学实践中，使学生在提升专业技能的同时，提高思想政治素质，以实现全课程育人6。作为新时代的教师应时刻秉持以德树人的教育理念，坚持理论学习，不断促进自身思政水平的提升，做到集学术素养和道德素养于一身，加强思政教育与教学相融相通，力求为国育人，为党育才。立足课程思政的现代课程观，对材料力学课程重新认识、重新定位和重新塑造了教学目标，使学生在具备课程知识和分析问题能力的基础上，将激发爱国热情、培养创新思维、锻炼实践能力、坚定建设科技强国信念的课程思政目标融入其中，贯穿于课程教学大纲的各个单元，实现课程思政建设与教学目标的契合，与教学内容的融合，与教学素材的整合，与教学过程的结合。在材料力学课程的绪论课中，介绍本门课程的研究对象，以中国在建筑、土木等方面取得的成就为切入点，融入我国从远古先民至现代社会在材料学上的智慧与贡献，如隋代的赵州桥及辽代的应县佛宫寺释迦塔等历经数次的地震不倒，其中包含了对材料的深度分析与人文艺术的结合。以桥梁为例讲述强度的术语概念时，通过“十三五”巡礼视频展示我国在桥梁建设上取得的成就，向同学们树立锐意进取、充满新鲜活力的大国形象，增强学生的专业自信，激发学生学习本门课程的动力。在讲述第二章泊松比的概念时，介绍教材中钱伟长院士（中国近代“力学之父”，“应用数学之父”）弃文从物的故事，弘扬爱国精神，鼓励勇于探索、敢于创新的科研精神。讲解第七章梁的应力计算与强度设计时，鼓励学生思考影响正应力的因素，引导学生讨论提高梁强度的措施，并通过现实中出现的桥梁坍塌事故，培养学生的责任意识、严谨的作风和精益求精的工匠精神。讲解第十三章稳定性的概念时，稳定性指受到干扰，保持平衡形式不发生突然转变的能力。引申学生们在大学生活中极易受到各种诱惑，引导学生坚定初心，抵挡诱惑，砥砺前行。2开展基于“互联网+”的新型教学模式随着以“互联网+”为代表的新一轮信息技术革命飞速发展，传统的教育教学理论与实践正经历技术性转化和模式化变革。当前背景下，智能手机与笔记本电脑已成为学生的必备，教师应顺应时代潮流，利用好信息化技术，引导学生利用网络学习资源进行自主学习，发挥学生学习主动性7-8。根据材料力学课程的特点及学校的课时安排，结合自身对教学内容的感悟、体验、灵感和经验，钻研教材，详细划分知识点，并设置不同层次的主题，建立主题之间的联系，将知识进行重构。充分利用网络资源，结合线上线下的优势，采用智慧型教学工具，形成良好的教学模式。2.1线上线下混合式教学模式当前社会背景下，线上教学已然成为线下教学的有力补充，达成了教学活动在时间和空间上的有效延伸9。线上线下混合式教学模式可以将课程教学分解为课前、课中和课后 3 个阶段。课前，通过线上教学平台完成导入，明确该部分的教学目标，使学生对该部分知识点有一个初步认识，提出问题引导学生进行自主探索，从而调动学生的积极性；课中，设计多样的课堂活动（讨论），增进学生对知识的掌握，指导学生应用知识解决复杂工程问题；课后，通过督促学生完成习题训练，拓展探究实现知识点的巩固，加深对知识的理解，促进知识的运用。线上线下混合式教学应以课程章节为主线，经过深度分析与重构，对每一章节的知识点进行细分，合理设置线上与线下的教学比例和内容。线上课程应设置为对各专业具有普适性的内容，如材料力学的研究任务、基本假设和应力应变等术语，典型材料的力学性能、剪应力互等定理及平面图形的几何性质等。线下课程讲解习题、工程案例，课堂活动应考虑授课对象的专业，有一定的倾向性。如针对土木工程专业的学生，讲解第六章内力计算时可以以钢架为例分析计算内力，讲解稳定性时可以以桁架为例进行安全分析；针对机械工程专业的学生，弯扭组合计算以齿轮轴为例，讲解轴同时受到弯曲与扭转时的应力。课后通过线上测试和拓展训练，巩固课堂知识，锻炼学生应用知识分析问题的能力。以弯曲应力分析与强度计算为例，展示混合式教学的思路，如图 1 所示。2.2基于雨课堂的互动式教学模式雨课堂是面向全社会开放的智慧型混合式教学工具，利用雨课堂可以方便地开展互动式的教学，较大程度上提高学生在课堂上的参与度，真正做到以学生 126 农业工程科研与教学 为中心，加强学生的主动性与参与度，促使学生自主学习、广泛讨论与深入思考10。教师可以在课前推送课件、视频等资料，学生可以预习本次课的内容，课上学生可以通过扫码进入课堂（签名），教师可以发布习题训练，实时指导学生。如发布选择题和填空题可以检验学生的预习和听课效果；发布观点题可以培养学生的发散思维，促进互动讨论，使学生对知识的理解更加深刻；随机点名可以抽取学生回答问题，从而增加与学生的互动。另外，利用雨课堂可以与学生进行弹幕互动，及时了解学生的疑惑与心理状态，为教师调整教学提供了依据。课后可以发送拓展型的思考，推送学习资料，拓宽学生的知识面。2.3基于翻转课堂的案例式教学模式工程教育专业认证强调以目标为导向的育人模式，因此材料力学课程设计翻转课堂教学模式11。翻转课堂的课前预习视频是以学生线上自主学习为主，布置主题，如工程案例的分析，并对学生进行分组，鼓励学生进行文献调研，自主探索案例相关知识，并开展课前小组讨论；课上由学生汇报对主题的调研与讨论情况，教师给予点评与指导，引导学生结合学科对工程案例进行分析，培养学生的工程思维，锻炼学生应用理论知识解决工程问题的能力；课后利用思考题、习题、仿真训练和科研训练进行知识拓展，了解本领域最新的研究进展、最新的成果，形成教学促科研的形式，培养学生的科学思维。3开展多元化评价方式在工程教育专业认证背景下，建立科学、客观及公正的评价方法及体系对于高质量人才的培养具有极其重要的导向作用12。因此，基于多智慧平台开展多元化的考核方式，对于科学评价学生的综合表现十分重要。学生的日常成绩来源于多个渠道：线上线下学习记录，课堂互动和课后的拓展测试情况等。如通过雨课堂生成的课程报告统计学生的成绩，可以细化到每道题的成绩分布，从而了解所有学生对每个知识点的掌握程度。线上教学的报告可以统计学生线上学习的时长，参与讨论的次数，完成测试的情况等，为客观评价学生的学习效果提供量化的依据。线下开展教学活动的同时，开展主观评价和学生的自我评价，不断完善考核机制。如期末时可以批量导出每次课的雨课堂成绩统计，如图 2 所示为第二、三章的综合测评成绩统计，主要考察了学生对轴向载荷产生应力和变形情况，轴向拉伸时各种材料表现的性能。散点图横坐标代表每个学生的代码序号，通过观察图中每个个体的达成度可以发现哪些学生还没能掌握这些知识点，应予以重点关注；雨课堂统计还可以针对每道题进行 图 1线上线下混合式教学思路Fig.1 Online-offline mixed teaching ideas 侯文慧等：工程教育认证背景下农林院校材料力学课程教学改革 127 成绩统计，使教师更详细地了解学生对知识点的掌握程度；通过对每次课数据的横向分析，了解学生对知识掌握的脆弱部分。如有些学生对术语概念上掌握的较好，但涉及知识的深层理解及应用就有所欠缺。对于这类知识点，讲解时应着重进行分析，使学生能深刻理解知识点，并结合实际案例提高学生对知识的应用能力。如讲解材料的性能时，不仅要注重材料的外在表现，更应探究其内在原因，并在讲解应力状态时予以结合。图 2全体学生对某章节知识点的达成度分析Fig.2 Achievement analysis for knowledge points of a certainchapter to all students 4课程改革成效基于“互联网+”的新型教学模式真正做到了以学生为中心，给予学生自主思考的空间，培养了学生自主探索知识的兴趣。混合式教学通过简短的线上视频细分了知识点，提高了教学效率，减轻了学生的学习负担；线下通过组织丰富的课堂活动，如案例分析、主题讨论和翻转课堂将知识点深化，在传授知识的同时，提高学生应用知识解决实际问题的能力；利用雨课堂大大提高了学生参与课堂的程度，活跃了课堂气氛，增强了学生的自主学习意识，增加了师生间的互动，提升了学生的学习效果。2019 和 2020 级车辆工程专业的课程目标达成度对比如图 3 所示，采用新型教学模式使 2020 级学生的期末成绩得到显著的提升。本门课程共有 3 个课程目标，课程目标 1 要求学生熟悉工程材料的机械性能，掌握工程设计计算的基本原理与方法，通过对比图及试卷的详细分析，看出学生对于概念术语的理解不再停留在表层，涉及深层知识应用的题目得分率得到了提升。课程目标 3 强调总体方案设计与综合评价，通过新型教学模式的开展，学生的综合分析能力得到了提高。另外，指导学生参加力学竞赛，多名同学获得较高奖项；积极开展线上线下知识拓展，通过课程设计等大作业的实践锻炼，提高了学生解决实际工程问题的能力。5结束语在工程教育专业认证背景下，秉持“以学生为中心，产出导向”的教育理念，持续探索和改进材料力学的教学模式。通过融入课程思政元素，弘扬爱国精神，培养学生求真务实的态度，严谨的作风，勇于担当的责任意识，实现价值引领；打破传统的教学模式，以学生为中心开展整个教学活动，发挥专业教师课程育人的主体作用，基于智慧平台开展“互联网+”的多元化教学模式，将知识传授转变为能力素质的培养；开展多元化的评估，以提高学生的自主学习意识，提高教学效率。最终借助信息技术实现具有创新性的教学设计、新颖的教学模式、多元化的考核方式，融合素质教育和能力培养，教学成效显著的课堂。参考文献 陶永建，田国华，许迈进，等共同体理论视野下的工程教育教学新探J高等工程教育研究，2020，68（5）：57-63TAO Yongjian，TIAN Guohua，XU Maijin，et alNew explorationinto engineering education and teaching from the perspective of com-munity of practiceJ Research in Higher Education of Engineering，2020，68（5）：57-631 熊勇林，高游工程教育专业认证背景下土木工程专业课程教学改革探索：以宁波大学为例J林区教学，2022（11）：75-79XIONG Yonglin，GAO YouExploration on curriculum reform of civilengineering specialty under background of engineering education profes-sional certification：taking Ningbo University for an exampleJTeaching of Forestry Region，2022（11）：75-792 张娅，于洪杰，魏征，等工程教育专业认证背景下提高材料力学教学质量的思考与实践J山东化工，2021，50（21）：200-201，203ZHANG Ya，YU Hongjie，WEI Zheng，et alDiscussion and prac-tice on the method of improving the teaching quality in mechanics of ma-terials based on emerging engineering educationJShandong Chemic-al Industry，2021，50（21）：200-201，2033 康颖安，卿上乐，夏平基于“卓越工程师”培养的理论力学教学改革的思考J湖南工程学院学报（社科版），2011（1）：102-1044 图 3两届同专业学生的课程目标达成度Fig.3 Course-objectives-attainment of the graduated student with thesame major in serial two years 128 农业工程科研与教学 KANG Yingan，QING Shangle，XIA PingPonders on teaching re-form of theoretical mechanics for cultivation of remarkable engineerJJournal of Hunan University of Engineering（Social Sciences Edi-tion），2011（1）：102-104 刘红光材料力学基本变形自主式教学模式探索J实验科学与技术，2019（6）：117-119LIU HongguangExploration on autonomous teaching mode of the ba-sic deformations of material mechanicsJ Experimental Science andTechnology，2019（6）：117-1195 侯湖平，张绍良，公云龙，等课程思政理念下不动产估价课程教学改革探索J高教学刊，2022，8（21）：148-1516 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Edition），2022，22（2）：100-10511 郭兵，张海玲，张大富，等工程教育专业认证背景下学生综合素质的多元化评价体系构建J产业与科技论坛，2022，21（9）：54-5512 侯文慧等：工程教育认证背景下农林院校材料力学课程教学改革 129