新工科背景下材料力学实验课程思政教学改革研究

1、新工科背景下材料力学实验课程思政教学改革研究摘 要：分析了以低碳钢扭转实验为代表的材料力学实验课程教学中的不足,针对教学观念、内容 与方法、考核制度等方面，对材料力学实验课程思政教学进行了改革探索研究，提出了土木工程类本科 专业材料力学实验课程的教学改革措施，并对材料力学实验教学改革经验进行了总结。教学实践结果 表明:通过材料力学低碳钢扭转实验课程思政教学改革，提高了学生的创新能力、综合素质及土木工程 专业材料力学实验课程教学质量，为实现材料力学实验课程全面教学改革奠定了基础。关 键 词：材料力学;实验教学;低碳钢扭转实验;教学改革;课程思政新工科建设是国家为了调整工科人才培养在 新时期的要求

2、，推进我国的高等工程教育改革向 前发展，并根据立德树人新要求提出的。新工科 建设的本质是按照立德树人的引领作用，培养出 创新型、多元化的卓越工程人才，已成为我国在新 时期指导高等工程教育发展的行动性纲领。在新 工科建设中，课程教学改革是一个关键的 环节材料力学课程是许多工科专业的一门基础 课,材料力学知识的学习，对学生工程素质及创新 能力地培养有重要的意义。材料力学课程一般由 理论课和实验课组成。实验教学内容繁杂，学生 做实验的积极性不高，实验教学达不到理想的效 果算。积极推进材料力学课程实验教学改革, 对提高学生分析问题和解决工程问题的能力有 帮助。材料力学实验课中的低碳钢扭转实验是比较 常

3、规的实验,学生通过实验观察低碳钢扭转时的 现象，测量和计算低碳钢的力学指标。低碳钢扭 转实验课程存在一些问题,课堂教学和教材对低 碳钢扭转实验做了详细的介绍，实验过程中的现 象及性能也在课堂上进行了讲解,实验大致是验 证教材上的内容，需要学生思考的问题少,实验操 作过程只是实验指导老师介绍实验目的、原理及 实验机的操作。2019年3月，习近平总书记在学校思想政治 理论课教师座谈会上指出，“要坚持显性教育和 隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴 含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育 人。”这为课程思政的建设指明了方向，同时强调 了课堂教学在贯彻课程思政理念过程中的重要作 用。在新工科

4、背景下，对工程技术人才的高要求 促使高校积极探索材料力学实验课程新的教学模 式，并紧密结合课程思政,提升教学效果问。以低碳钢扭转实验为代表，对湖南文理学院 土木工程专业本科生的材料力学实验课程思政教 学进行了改革探索研究，并对材料力学实验课程 思政教学改革经验进行了总结。从转变教学观念 入手,引入模块式教学方法,采取自主参与式与拓 展式教学，提高材料力学实验过程中的学习深度, 并提倡理论与数值分析相结合的方法，鼓励学生 在学习过程中增强实践性,不断创新教学考核制 度,将材料力学知识与课程思政教育相结合。通 过教学改革,实现了学生对材料力学实验课由被 动学习转变为主动学习，锻炼了学生的动手能力，

5、 提高了学生的综合素质，为实现材料力学实验课 程的全面教学改革、提高教学质量奠定了基础。1低碳钢扭转实验课程思政教学 改革1.1转变教学观念材料力学实验教学需要将传统的教学观念进 行转变，以培养学生的能力为目标，充分激发学生 积极参与实验教学。教师在授课过程中要改变 “填鸭式”的教学方法，注重学生的素质和能力培 养，采用“启发式”的教学法，不断引导学生从被 动学习向主动学习转变。低碳钢扭转实验教学的主要内容可以采用板 书，实验演示可以采用多媒体展示,重要理论计算 公式的推导过程，可以在黑板上与学生一起推导$ 每节课采用板书与多媒体结合，可激发学生的学 习兴趣，同时使学生对知识点的掌握更加牢固，

6、提 升教学效果1.2模块式的教学方法材料力学实验课程中传统的低碳钢扭转实验 教学内容以基本变形为主线，然后采用数学物理 方法对理论公式进行推导。这种教学方法缺乏新 意，难以激发学生的学习兴趣，学习效果不佳。作 者对低碳钢扭转实验教学提出了模块式的教学方 法，主要教学流程如图1所示。图1模块式教学法流程如图1所示，对低碳钢扭转的变形采用模块 式教学方法，从内力、应力和应变三个模块进行讲 授。在内力分析模块中，以截面法为核心,应用到 扭转基本问题中求解内力。模块式的教学方法有 助于激发学生自主探索材料力学课程中低碳钢扭 转实验的兴趣，还可以加深学生对材料力学课程 实际应用的认识。1.3拓展式与自主

7、参式教学在材料力学实验教学过程中，学生大多以观 察实验为主,很少动手进行操作。这样的教学模 式，不能将理论学习与实践能力培养较好的结合。 作者在材料力学低碳钢扭转实验教学中提出了自 主参与式教学方法。教师讲授完材料力学低碳钢 扭转实验的基本知识点及注意事项后，对学生进 行分组，组员之间协调配合，从试样参数测量、记 录，到实验仪器操作、实验现象观察、记录，学生们 均自主参与,实验结束后再与同学及老师一起完 成数据分析。这种自主参与式教学方法可以更好 地培养学生对材料力学实验课程的学习兴趣。图2-7是湖南文理学院土木工程专业2018 级学生进行材料力学低碳钢扭转实验时的照片， 图2为WDJ500型

8、电子扭转实验机，图3为学生 在测量低碳钢扭转试样的几何参数，图4为学生 在进行低碳钢的扭转实验，图5为低碳钢扭断时 的照片，图6为部分扭断后的低碳钢试样，图7为 低碳钢的扭转实验曲线。图2 WDJ500型电子扭转实验机图3测量低碳钢扭转试样几何参数图4低碳钢扭转实验图5扭断后的低碳钢试样图6部分扭断后的低碳钢试样1.4理论分析与数值计算相结合图4低碳钢扭转实验图5扭断后的低碳钢试样图6部分扭断后的低碳钢试样材料力学的分析计算方法是建立在实验基础 上的,基础概念比较抽象，理论性强，学生较难在 学习过程中获得深刻理解。有限元数值分析软 件，如ANSYS和ABAQUS等，采用数值模拟方法 对实验模型

9、进行计算分析,能够帮助学生加深对 力学分析的理解。有限元计算方法能形象地展示材料在外部荷载 作用下的应力、应变、位移及能量。在有限元软件里 面建立模型、参数赋值、计算方法选择等，可将实际 工程问题转化为力学模型。在材料力学实验教学中 可以方便地采用有限元方法，将教学中抽象的概念 生动地展示给学生，提高学生的学习兴趣通。1.5创新教学考核制度材料力学实验教学要注重考核的多样性。考 核过程中，对传统的平时成绩加实验课程成绩加 权计算总成绩的思路进行创新改进。将科研课题 研究、实验报告及论文撰写、答辩成绩一起考核， 调动学生的积极性。对学生的材料力学实验课程 学习评价，既强调学生对基础知识的掌握，同

10、时也 注重学生实际能力的提高。坚持对学生的学习情 况进行全面考察,激励学生的学习热情，实现学生 全面发展。改革后的考核方法可以帮助学生减轻 考核的压力,有利于学生把时间和精力较多地专 注于知识理解与应用上，使考核成为深化课程学 习的教学环节。1.6材料力学知识与课程思政教育相结合强度是指材料抵抗外力变形的能力，是材料力 学中的重要指标。材料力学的主要任务是分析构 件的强度问题，这是工程师在设计构件承载力时的 首要指标。构件的强度不够,可能危及人民的生命 财产安全。有不少工程安全问题的案例，选择典型 案例介绍,加强学生的社会责任感教育，使学生将 “人民至上、生命至上&的理念根植于心。2结束语在新工科背景下，以低碳钢扭转实验为代表的材料力学实验课程思政教学改革与实践中，进 行了大量的改革和创新探索,转变教学观念、引入 模块式教学方法，采取自主参与式与拓展式教学