材料力学课程教学优化与探索.pdf
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1、2023年第17期总第593期No.17,2023Sum No.593Journal of Science and Education材料力学是土木工程、机械制造等专业的必修基础课程,其教学效果既影响学生形成工程思维,也影响研究者能否顺利进行工科类科研工作。现如今材料力学在社会建设、科技进步中依然扮演着不可替代的角色。我们要锚定2035年跻身创新型国家前列、建成人才强国的目标,全方位培养、引进、用好人才,大力建设战略人才力量,加快建设世界重要人才中心和创新高地,厚植人才资源竞争优势。随着国家进入新的发展时期,当代学生对于自身理想的追求已经不同于过去的大学生,他们面临的竞争环境更加严峻1,因此为
2、顺应时代发展的需求,材料力学的教学形式亟待优化。本文将从材料力学教学的多个方面进行探讨和优化,包括上好第一堂课、模拟授课、教学实践、师生互馈和非标准答案考核。1 课程知识点引入凡事开头难,但良好的开端是成功的一半。作为一门重要的基础学科,材料力学的第一堂课对学生至关重要。刚开始接触材料力学的学生会感到迷茫,因此,第一节课的关键在于让学生了解学科的实质内容和知识框架;了解材料力学在社会建设和国家发展中的作用;展示学科的吸引力,激发学生的学习兴趣和动力;了解有效的学习方法;建立良好的师生关系,加深师生之间的互信,因为“亲其师信其道”。为了引起学生对材料力学学习的兴趣和重视,在课程之初,教师可以通过
3、多个图片和实例从不同角度来展现材料力学的应用2。例如:在日常生活中,解释锯齿状边缘的零食袋以及公共汽车上锋利的锤头中包含的力学知识;在工程领域方面,通过展示美国华盛顿州塔科马悬索桥垮塌事故的图片,引出非圆截面的扭转和杆件轴向拉等知识点,并以此失败案例引起学生对材料力学的重视3;在国家发展方面,介绍中国天眼FAST建设中自主研究与制造拉索的故事,激发学生对材料力学的重视和学材料力学课程教学优化与探索刘 闯 刘 贤(南京工业大学土木工程学院 江苏 南京 211800)摘要:传统的材料力学教学方式已经不能适应当代大学生的知识和技能需求,亟待改进。该文从学生和教师的角度分析了材料力学课程教学中存在的问
4、题和不足,并通过对教学全过程中各个阶段的分析,提出了一系列教学优化方法:从第一节课开始激起学生学习材料力学的兴趣和动力,通过翻转课堂和课程实践来提高学生的自主学习能力和对知识的运用水平,建立师生相互反馈机制,促进师生交流,提高教学效率,优化考核方式,提升教学质量。关键词:主动学习;教学实践;师生交流;多形式考核中图分类号:G642.0 文献标识码:A DOI:10.16871/ki.kjwh.2023.17.022基金项目:南京工业大学教育教学改革研究项目“理论力学课程国际化教学研究”(125)。作者简介:刘闯(1992),男,博士,副教授,研究方向为计算力学和力学超材料;刘贤(1998),男
5、,硕士研究生在读,研究方向为力学超材料。82教改教法习动力。其间结合思维导图概述材料力学的课程内容,因为思维导图将形象思维和抽象思维结合在一起,可以帮助学生理解和记忆4,并能使学生从宏观角度了解课程的主要内容。第一堂课是引导学生进行学科思考和发现问题的好时机,因为学生对新的课程充满好奇与期待。为此,在课堂中引入一些互动的力学实验是一种很好的方式。力学实验可以通过竹条拼接成各种截面形式和长度的杆件进行稳定性试验、压弯试验等多种实验,这种竹制的杆件方便制作与实验。例如用手对多个等长度、不同截面形式的杆件进行竖向挤压或横向压弯,展示并比较它们的力学性能。力学实验由教师和学生共同完成,可以激发学生的学
6、习兴趣,并拉近师生距离。对于实验现象,教师可以选择性地进行解释,其他现象和问题留给学生在后续的学习中自行解决,从而增加学生对后续学习的期待感,引导学生主动学习。2 模拟授课在传统教学模式中,学生被动接受知识,缺乏主动学习。但在以创新为发展动力的时代下,新青年的创新能力是不可或缺的,创新往往产生于发现和解决问题的过程中,而这两个过程都需要主动学习。为此利用翻转课堂的教学模式让学生进行模拟授课,这个可以引导学生主动学习、主动发现问题、主动解决问题。在高度个性化的翻转课堂中,学生自行设计授课方式和内容,以符合当代学生学习和发展的需求。这样有助于学生消化和运用知识5,提高学生的自主学习能力。为了满足学
7、生个性化的需求,模拟授课以小组为单位,通过学生演示PPT来进行授课。每个小组由34人组成,并且取一个队名以增强团队凝聚力。模拟授课的课程类型分为文献类、实验课题类、竞赛类和案例解析类。小组成员轮流担任队长,队长要上台演示授课,其他成员协助队长完成模拟授课的稿件。每次模拟授课都要接受其他小组和教师的点评和评分,并编制模拟授课评分表进行评分,其平均分将作为期末考评成绩的重要依据。以小组形式进行模拟授课,既能增强集体意识和团队荣誉感,又能营造相互监督与学习的良好学风,可有效提高学生的自主学习能力、语言组织能力和创新能力。同时,能让学生从教师的视角理解教师备课和授课的用心和不易,珍惜每一堂课。学生的授
8、课内容还可以为教师提供教学思路和案例。3 课程实践课程实践将案例分析、数值模拟和模型及构件实验相结合。案例分析有助于培养学生的工程思维能力和直觉。数值模拟辅助教学有助于学生更好地理解理论,提高数值模拟能力,为后续深造和就业提供帮助6。模型及构件实验借鉴大学生结构设计竞赛中的模型制作和实验加载方法,自设加载场景进行实验,这种实验形式既灵活又方便。课程实践的具体形式如下:对于重难点,教师在课前选择典型案例,从中提取能够展现知识点的构建,并进行模型制作和数值建模。在授课中,教师通过案例来引出知识点,接着进行模型的实验加载,模拟力学效应。然后通过有限元分析软件进行数值运算,得到结构及构件的变形数据、内
9、力数据等。最后,通过将数值模拟得到的力学结果、模型实验得到的力学效应和案例中的力学现象进行比较和分析。由此更加清晰地解释知识点,提升学生对知识的理解和运用能力,也可以提高学生在参加课题研究和学科竞赛时的效率和成果。4 师生互馈学科教学中,良好的师生交流有助于提升教学效果,营造良好的课堂环境并推动教学进展。然而,在实际的教学中,师生之间的交流往往只限于上课时间,课后交流少且往往是由教师主导,很少有学生主动与教师交流,是因为学生不仅对教师持有敬畏之心而缺乏主动交流的勇气,还缺乏与教师交流的话题。为了有效交流,教师需要构建能让学生主动参与反馈的话题和交流方式。为此建立师生互馈机制,并通过“师生互馈表
10、”汇总话题和接收反馈。具体形式如下:每次课程结束,教师根据授课情况编制“师生互馈表”,其中不仅包括学生方面的话题,教师方面的话题也不可或缺。因为在教学活动中,教师与学生之间互为关怀者,彼此都需要被关怀。相互了解和关怀有助于构建融洽的、相互理解的师生关系7。因此,在教师了解学生的同时也让学生了解教师。课程结束当天,通过线下纸质表或线上电子问卷等方式发放“师生互馈表”,学生完成反馈表的填写后,教师及时给予反馈。选择在线上进行反馈的主要原因是互联网社交平台具有沟通便捷83的优势,学生乐于接受线上互动的方式8。学生和教师通过相互反馈教学与学习中的问题和看法,可以有效增加师生之间的话题,促进师生交流,提
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