摘要
新工科背景下，工科专业的培养目标和方式不断发生变革，高校肩负着培养高素质复合型新工科人才的使命，课程成为教学改革的重要落脚点。材料力学作为工科专业的基础课程，在培养创新型工程技术人才方面具有重要意义，其课程教学改革势在必行。教学团队分析了材料力学课程的教学现状，针对课程强理论性、逻辑性、工程实践性等特征，课程教学中存在的教学内容枯燥、推导过程抽象、评价体系生硬等问题，以OBE（Outcome Based Education）理念为基础，充分利用信息化资源优势，在课程教学内容、讲授方式、考核方式等方面进行了创新探索，提出了“Interest+Understand+Application”的创新教学体系（简称为“IUA”创新教学体系），旨在提升学生学习兴趣、深化学生内容理解、强化学生知识应用。东南大学土木交通大类专业对该教学体系进行了实践，包括引入工程案例、利用校内及在线资源丰富课堂形式、改进课程评价方式等。通过评估学生课堂满意度调查、学生知识掌握能力、学生课外实践成果等，证明了该教学体系改革成效显著。
我国正处于从制造大国向制造强国转型的关键阶段，以主动适应新一轮科技革命和产业变革的要求，支撑服务创新驱动发展。自2017年2月以来，教育部积极推进新工科建
作为一门工科专业必修的学科基础课，材料力学课程为结构的合理设计提供强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。该课程具有很强的理论性和逻辑
传统的教学过程围绕教材中的理论公式和例题展开，这种固定的教学内容和单一的讲授方式易导致学生对课程缺乏兴趣，特别是材料力学课程定理和公式内容众多，理论抽象和计算公式繁杂使枯燥的教学更加索然无味。同时，材料力学课程知识点之间衔接紧密，上个知识点的掌握程度可能决定下个知识点的理解难度，很多学生在学习过程中存在“一鼓作气，再而衰，三而竭”的现象，缺乏继续学习的兴趣与动力，往往只想依靠老师总结知识点、作业照猫画虎，缺乏学习主动性。因此，在教学过程中要采用多元化的教学形式，提高学生的学习兴趣和学习主动性。
作为一门基础力学课程，材料力学包含大量抽象的理论推导内容，一定程度上考验学生的计算能力和逻辑能力，并且教材中内容较多，按照课本循规蹈矩式的教学方式往往无法有效串联各个知识点。面对知识点较多的章节时，学生呈现出难以把握内容重点，学了新内容忘记旧内容的现象。传统的材料力学教学大多遵循教材结构安排，围绕“拉扭弯剪”四种基本变形展开。这种方式虽然便于教学内容的组织，但是无形中割裂了学生的认知。碎片化的认知不利于学生整体知识结构体系的构建。因此，在教学过程中既要重视教材内容，又要注意知识结构和框架的及时梳理。以基本理论、概念和计算方法的掌握为血肉，以杆件的强度、刚度、稳定性的知识框架导图为骨骼，帮助学生全面掌握材料力学内容、深化理解材料力学的内涵。
材料力学作为一门与实际工程联系紧密的学科，学生如何将理论知识转化为能力应用于工程实践是十分关键的。目前，以考试为主的评价方式导致学生过分注重概念、公式和解题技巧等，而忽略对问题的深入探索和实践动手能力培养。学生在日常学习中缺乏积极性，往往仅通过期末考试前的死记硬背来获得高分，对课程的深层学习意义和广泛应用领域知之甚少。实际上，工程问题千差万别，现有的理论体系只是对工程问题的一种简化。虽然单一的课程考核方式能够短期内提高学生的理论掌握和公式计算能力，但是在深化学生对理论知识的理解和应用，培养学生创新实践能力等方面效果有限。因此，在学习过程中必须将理论知识与工程案例有机结合，以实践引领理论学习是提升教学效果的关键。
新工科建设是近年来我国高等教育人才培养面向未来、主动求变、影响最大、范围最广的改革之一，是构建具有中国特色、世界水平的工程教育体系的有力推
新工科背景下，如何创新教学体系、提高学生的学习兴趣和主动性、培养学生的实践创新能力和工程力学素养已成为材料力学课程改革亟待解决的问题。兴起于20世纪90年代的OBE教学理念（Outcome Based Education，成果导向教育或目标导向教育）为此提供了解决方案。该理念教学提倡成果的实用性，强调成果不仅是学生所知、所了解的内容，而且包括能应用于实际的能力，要求学生从解决固有答案问题的能力拓展到解决开放问题的能
东南大学教学团队以OBE理念为基
图1 “IUA”创新教学体系
“哪里没有兴趣，哪里就没有记忆。”要想帮助学生更好更快地掌握知识，兴趣无疑是最好的老师。因此，该体系采用“抛锚式”课程设计，旨在通过构建完整而真实的问题情境，激发学生的学习兴趣和需求，凭借自己的主动学习、生成学习，亲身体验识别目标、提出目标、达到目标的全过
“学而不思则罔，思而不学则殆。”单纯机械地学习而不去钻研巩固理论、公式、方法的真正含义，就不能合理有效地利用知识，甚至会陷入迷茫。一味地空想，仅激发学生的学习思考兴趣，不进行实实在在的钻研，则易一无所得。因此，课程设计不能只停留在激发学生兴趣层面，还需要引导学生理解知识。本体系采用“先启发+再讲授+后练习”的教学方法：首先，抛出问题引导学生思考解决；其次，充分利用有限元软件动态直观地展示杆件的受拉、受弯、受扭、受剪等变形过程，并引导学生发现变形过程中的力学规律，深化学生对理论知识的理解；最后，进行课堂互动练习，采取分组讨论、学生讲解、思维导图、头脑风暴等方式帮助学生搭建系统的知识体系，培养分析和解决问题的能力。同时，借鉴“翻转课堂”思路，在教学过程中充分依托超星学习通、中国大学MOOC等软件平台，采用“线上+线下”混合的教学组织形式，提升学生学习效率与效果。以此解决学生理解困难的教学难题。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”仅仅通过教材学习和试卷测验，学生往往难以深入掌握理论知识。为适应新工科人才的培养需求，提高学生将知识转化为实践的能力，还需“躬行”，深入理解知识，巩固教学成果。因此，在课程评价方面，材料力学对学生的考核不仅依据考试成绩，而且采用“多维度”的评价方式，综合评价学生知识掌握程度：一是注重过程性评价，在课堂上设置与教学内容相呼应的力学问题或改变某例题的边界条件等，检验学生主动思考的能力；二是注重综合性评价，布置与课程内容相关的开放式工程问题，拓展学生思维，评价学生对知识的综合掌握能力。根据学生的阶段性评价结果因材施教，找差距、明方向、补短板；三是注重课程反馈，通过制作调查问卷，收集学生对教学内容或资源的反馈，并在此基础上持续改进教学方法，完善教学体系。以此解决学生知识转化不足的教学难题。
国家需要能够将力学基本知识与实际工程有效结合、有较强的工程及结构创新意识、适应新工科要求的土木工程
课程教学内容要有吸引力，才能激发学生的学习兴
图2 自制大桥设计分析过程模拟动画
新工科人才的培养不仅应当注重技术和能力的提高，而且应当注重思想品德的培养。课程改革强调新工科与课程思政并举，着力打造通专融合的材料力学教学体系。在工程情境的创设中融入思政元素，落实高校立德树人根本任务，实现育人价
图3 思政元素引入示例——魁北克大桥
对于力学理论中较为抽象的概念，可采用多种方式动态展示具体知识，以增加知识的生动性。讲述圣维南原理时，以数值模拟的形式展示，当小梁两端的力系用静力等效力来代替，只改变了区域附近的内力分布，对于远处的影响较小，如
图4 动态展示理论知识
此外，可充分利用学校优势资源，灵活选择上课地点和上课方式。讨论工程实际问题和进行小组展示时，选择配备可活动的桌椅和多块展示屏的智慧教室；进行习题讲解时，鼓励互帮互助和思维发散，既节约时间又能够增强学生的学习兴趣。例如，讲解弯曲应力理论时，带领学生在虚拟实验室测定弯曲梁的正应力及分布规律。在教学课堂之外，充分利用雨课堂等互联网平台和资源，在课前或课后设置与土木交通专业相关的开放性实际问题与工程问题，激发学生探索问题的兴趣，提高学生知识转化能力。
材料力学的教学目标除了促进学生掌握基本理论和概念，还强调培养学生应用专业知识处理问题的能
图5 基于前后呼应问题设置的过程性评估
材料力学课程的创新教学已应用于8个土木交通大类班级，选课学生近400人。教学内容趣味性的增加调动了学生上课的积极性，学生线上平台的总体参与度提高了40%。同时，采用动画模拟、课堂讨论、线上练习、思维拓展等丰富多样教学方式，加深了学生对知识的理解，学生期末考试卷面平均成绩提高了12.2%。创新的教学体系改变了学生对材料力学课程的认知。根据问卷调查的反馈结果显示，课程成效明显，学生对知识掌握程度的评价多集中在“对材料力学基本概念和方法有明确认识”“能够分析计算材料强度、刚度、稳定性”“具备分析力学问题的能力”等；学生对课程整体的评价多集中在“课堂氛围活跃”“老师讲解生动”“课程与专业联系紧密”“教学方式合理”等。同时，通过加强课程的过程性评价和综合性评价，学生整体创新意识和分析处理问题能力明显提升，相关力学竞赛报名人数由52人提高至65人，提高了24%。学生多次获得省部级以上奖项，包括国际大学生工程力学竞赛团队赛一等奖、江苏省力学青年创新创业大赛一等奖等。综上所述，基于OBE理念提出的“IUA”创新教学体系在土木交通大类的教学过程中，有助于学生的快速掌握和深入理解知识，取得了“润物细无声”的育人成效，值得进一步推广应用。
材料力学是一门与实际工程联系紧密的基础学科，本文结合新工科的培养目标，探讨了材料力学教学现状，从课程教学现阶段存在的问题入手，以OBE理念为基础，利用信息时代丰富的多媒体资源对材料力学课程教学方法进行了创新探讨，提出了基于“Interest+Understand+Application”的创新教学体系。结果表明，在教学内容方面，教学内容应更紧密地结合实际工程案例，以问题导向的方式进行教学，提高学生的学习兴趣，同时在工程案例中融入思政教育，教导学生担负起工程师的责任；在课堂形式方面，要充分利用多媒体资源，如试验视频、有限元软件等动态展示知识，通过学习软件实现“线下+线上”混合教学，丰富课堂教学形式，加深学生对知识的理解；在课程评价方面，过程性考评与综合性考评并行，鼓励学生参与课堂互动、参加相关竞赛等，培养学生知识转化能力，为后续专业课程的学习和高素质复合型新工科人才的培养打下坚实基础。
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