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摘要：在国际教育发展背景下，国家把创新教育、创新人才的培养作为实施科教兴国的战略，同时作为教育发展和改革的主攻方向。而在本科教育中，弹性力学课程在工程力学、土木工程与水利工程等众多工科专业的课程设置中具有极端重要性，其知识体系具有理论性强、抽象性强等特点。大量的理论推导以及数学计算增加了学生的学习难度。结合新工科发展的需求，将五色创新思维融入到高校弹性力学课程的教学中，以全面培养大学生工程素质及创新能力为目标，从课程内容、实践教学、课程考核等几方面提出具体的改革措施和方法，提倡“启发式教育-探究性学习”新模式，在教学研究过程中为学生充分释放创造力提供充裕条件，也为培养学生全方位的工程素质与能力提供了很好的借鉴。
关键词：弹性力学;五色创新思维;教学改革;创新型人才
本文引用格式：胡安奎,等.基于五色创新思维的弹性力学课程改革研究[J].教育现代化,2019,6(09):26-29.
Research on Curriculum Reform of Mechanics of Elasticity Based on 5-colors Innovation Thoughts
HU An-kui1,2,HUANG Yao3,FU Cheng-hua1,2,LIU Xiao-hui1,2
（1.Key Laboratory of Fluid and Power Machinery(Xihua University),Ministry of Education,Chengdu China;2.School of Energy and Power Engineering,Xihua University,Chengdu China;3.School of Xihua,Xihua University,Chengdu China)
Abstract:Under the background of rapid development of international education,innovative education and the cultivation of innovative talents are regarded as strategy of invigorating the country through science,technology and education,which are the main direction of education development and reform as well.In the course of undergraduate students,mechanics of elasticity is of extreme importance in engineering mechanics,civil engineering,hydraulic engineering,etc.,and its knowledge system has the characteristics of strong theory and abstraction.A great deal of theoretical derivation and mathematical calculation increase the students’learning difficulty.According to the needs of the development of new engineering course,5-color innovative thoughts were integrated into the teaching of mechanics of elasticity to cultivate the engineering quality and innovation ability of students in an all-round way,and series of reform measures and methods have been put forward from the aspects of curriculum content,practical teaching,curriculum assessment and so on.Then the new model of heuristic Education-Inquiry Learning was advocated,providing sufficient conditions for students to fully release their creativity in the course of teaching and research,which is also provides good guidance for the cultivation of students’all-round engineering quality and ability.
Key words:Mechanics of elasticity;5-colors innovation thoughts;Curriculum reform;Innovative talents
一 引言
自2016年以来，基于新工科视角的工程教育讨论逐渐热烈起来。当前工程教育依然深受科学范式与技术范式的影响，应当回到以实践、设计及综合为核心的轨道上来，从而体现工程教育的工程主体性[1,2]。因此，新工科倡议是我国工程教育对“互联网+”、“一带一路”等国家重大战略的积极响应，主要解决国家和产业的重大需求与科技的重大需求问题[3]。
创新性本科人才作为一种特殊类型的应用性人才，职业性、专业性和基础性贯穿于人才培养的始终，三者之间互相联系、相互依存和交叉影响，缺一不可。因此，在创新型人才供不应求的情况下，创新性教育已经成为我国教育发展之必然趋势，课程的创新性教学改革也成为我国教育的当下首要任务。而弹性力学课程作为工程力学、土木工程、水利工程、机械工程和材料科学与工程等众多工科专业的一门专业基础课，掌握好弹性力学的理论知识、拥有丰富的实践经验是成为优秀工程师的基石，也是更好发展结构行业的必然之举。在新的时代背景下有必要对该课程的现行教学模式进行改革研究，以深化课程内容与实践教学改革，加强学生工程意识，培养学生创新能力，并探究创新教学方式，提高学生科学素养等方面进行的有益探索和实践。
二弹性力学教学现状分析
弹性力学是固体力学的重要分支[4,5]，主要研究弹性物体在外力、边界约束或温度改变等作用下发生的应力、形变和位移等，从而解决工程中提出的强度、刚度和稳定性问题。课程主要特点为[6-8]：理论性强、逻辑性强、抽象性强以及对数学基础要求高。这使得多数学生在学习弹性力学课程时觉得困难，在用弹性力学解决问题时感到无从着手[9,10]。
在西华大学水利水电工程专业，“弹性力学”被设置为选修课，历年选修该门课程的学生人数都偏少且大部分学生成绩不理想。经过调研与分析，总结出造成这种现象的几个主要原因：
（1）“教师教学热情高-学生学习热情低”的矛盾。虽然教师往往会花较大的精力备课和准备，在课堂上详细和清楚地讲述每一个知识点，并不厌其烦地重点强调课程知识点的重要性，力图使学生最高效率地准确掌握相关知识。而弹性力学的强理论性、强逻辑性和对数学知识的高要求等特点，往往导致学生认为该门课程理论冗杂、推论繁琐，以至于对此门课程产生排斥甚至厌恶情绪。
（2）“弹性力学知识的理论性和对抽象思维的高要求-学生感性思维和直观性要求”之间的矛盾。弹性力学课程理论性极强，对其解题模型的理解需要极强的抽象思维和严密的逻辑思考，而这些又正是当代大学生的弱点。当代大学生对接受知识的要求一般为：知识需紧密结合当下潮流、理论推导要具有趣味性、教学实例要与时俱进、任课教师要潇洒幽默等。这就造成了弹性力学课程本身特点和学生要求之间的矛盾，这一矛盾影响了课程的教学效果和学生的学习效率。
（3）“理论学时数-教学大纲内容量不匹配”的矛盾。西华大学为了响应“宽口径，厚基础”的策略，不断深化课程改革。其中，弹性力学的理论课时由原来的40个课时减少为32个学时，又进一步减少至24个学时。但相应的教学大纲及教学内容却变化不大，这就造成了教师为了完成教学任务授课速度快、学生学习效率低、吸收程度低的“快餐”现象。
三 基于五色思维与的创新改革措施
（一）五色思维理论与“四位一体”思想
五色思维是创新思维的根本，是开拓认识新领域、开创认识新成果的思维活动，由五个基本思维组成：绿色的生命思维、红色的批判思维、紫色的逻辑思维、金色的经济思维和蓝色的美学思维[11,12]。生命思维是创新突破存在的根本。只有学生意识到自己是个独立的自由个体，才能够从根本上解放创造力。批判思维是学生发展创新的基石，能使人“辨真伪”、“识对错”。探究的好奇心会使得学生在学习过程中运用理性纠正固有认识的错误、吸收更有价值的知识，进而强化学生的科学发现能力和知识学习能力，优化现有的知识体系。逻辑思维是实现改革创新的路径，是理解创新新事物所必备的思维，也是在接触到的思维中与突破创新关系最密切的。经济思维是判断创新改革方式可取性的标准，根据学生自身的需求，在资源最（时间、思想、物力等）节省的情况下完成达到目的。而这种实现方式往往也是大部分学生最愿意接受的，尤其是能够最大限度的节约“思想”能量。美学思维是一种感性的思维，它的意义在于学生获得的主观感受。利用美感共鸣吸引学生的注意力，学生改被动接受为主动学习。创新的各大要素之间相互作用、共同促进创新教育[11]。
“四位一体”是创新授课的高效率实践方式。“四位”即“教、帮、让、向”，“一体”即以学生为主体。“教”：教师教学生学，教师在教室授课，学生在书本中阅读。“帮”：教师帮学生学，教师制定案例实验，学生在校研究践。“让”：教师让学生学，教师引导学习方向，学生自己探究协作。“向”：教师向学生学，教师主动忘记已知，学生主动开辟新知。正所谓众人皆我师，我向众人学。在教师和学生之间营造一个开放、平等、分享、协同的学习平台，使每位同学都成为一个数据集、信息源和知识源。
（二）基于五色思维理论与“四位一体”思想的创新式教学改革探究
1.绿色的生命思维与“教”
当代学生学习内容广泛，接收到的都是比较浅显的书本知识，没有时间去更深层次的探索。授人以鱼不如授人以渔，教师应该“教”学习方法，而不是单纯地给学生灌输知识，引导学生多方向地提出问题、思考问题、论证问题，让他们慢慢领会到推理论证的乐趣，由被动学习转变为主动学习。普遍存在于传统教育中的“填鸭式”、“满堂灌”、“一言堂”的教学方式，只是把知识及思想强行灌输给了学生，极大地扼杀了学生的创造力。为了迎合时代发展的步伐与需求，在教学中必须遵循“教是主导，学是主体”的原则和规律，推进理论主导型教学模式向理论与能力并重型教学模式转变。开展“教学做合一”实践教学，实现教师在实践活动中教，学生在实践活动中学，教师边讲边做，学生边学边干，着重培养学生分析问题和解决问题的能力。
2.红色的批判思维与“帮”
斯蒂芬·D．布鲁克菲尔德[13]根据多年的教学经验完成了《批判性思维教与学》。在对数千名学生进行调查的基础上，给出了教师引导式得批判性思考、阅读和学习是最成功的教学方法，不仅助于提高学生的创造能力和实践水平，还有利于促进社会文明的发展。所以，要改变教师讲学生听的被动式学习方式，形成“教师导学+学生自主学习+师生合作研讨”的学习方式。根据教学内容的不同可采用探究教学、案例教学、模拟教学、项目教学、现场教学、专题讲座、讨论辩论和自主学习等多样化的教学方法，以此来“帮”学生学习，拓宽学生的知识面。使得学生从教学实践中领会到如何将批判性思维引入不同学科，如何在学习中引入批判性思维的讨论。
3.紫色的逻辑思维与“让”
创新活动离不开逻辑思维基本规律的规范与制约[14]。每门学科的研究方向都不计其数，相比教师来说，学生了解到的研究方向或研究课题都具有局限性。此时需要教师“让”学生学，建立弹性力学教学网站和试题库，在帮助学生更清楚直观的理解知识点的同时，开阔学生的视野，对本课程的未来应用有一个更加直观的认识。结合弹性力学中安排的8个学时的上机实践课程，也逐步过渡到开放性实践教学模式，如图1所示，学生最后自主决定课题通过一个优秀的逻辑思维进行研究分析。一个优秀的逻辑，需要学生跳出已有的知识进行思考，并在已知信息中迅速检索到有效信息。对逻辑思维的反复训练，可以使学生们的反应力加快，计算能力得到训练，解题具有多向性，也可增添他们对探索研究问题的兴趣。
4.金色的经济思维与“向”
双“向”学习，学生向教师学习的同时，教师也“向”学生学习。每位教师和同学都是一个独立的数据集、信息源和知识源，不同知识、创意之间的交流学习，往往可以得到最经济合理的问题解决方式，这种方式也是最受学生欢迎的。如针对平面应力问题和平面应变问题，三个应力分量σx、σy及σz的理论解是可以通用的。在模型试验时，可以用平面应力问题的模型代替平面应变问题的模型，使模型的制作和加载大为简化[15,16]。在对问题进行解答时，可选择最简便的力学方法进行作答。总而言之，经济思维是人在社会中必备的思维。
5.蓝色的美学思维与“一体”
随着科技的发展，多媒体教学、网络教学等现代化现代教学方式相继出现，改变了“一张嘴、一支粉笔、一块黑板”的单调。多媒体教学是现代高校普遍采用的教学方法，辅助一些重点内容的动画或者视频，分享一些国内外比较经典的工程实例，尽可能清楚的向学生展示不同研究方向的富含价值的、难度适合的课题，使原本抽象、枯燥的学习内容通过图形、动画等表现形式而变得直观，对推进课堂教学的改革作用是显而易见。不仅有利于提高课堂教学效率、激发学生的学习兴趣、调动学生的学习积极性、实现教育资源的共享以及拓展师生交流的空间，还能有效实施以“教师为主导、学生为主体”的教学模式。
五种思维相互依存、各有所长。五色思维之间的碰撞与摩擦能使学生以一种新思维或新姿态去学习所需要掌握的知识，使他们对原本觉得及其枯燥乏味的理论、公式推导等产生探索兴趣。
四 教学改革执行结果
本次改革立基于五色创新思维教育理念，严格按照改革方案实施，现如今我校弹性力学课程教学改革实现了以下四个目标：
（1）通过一系列的课程改革措施，学生学习弹性力学课程的兴趣得到很大提高。2013级、2014级水利水电工程专业学生弹性力学课程考核不及格率由原来的32％分别降低至16％、12％，学习氛围得到极大地改善，学生对弹性力学课程由原来的被动学习转变为主动探索，整体学习积极性提高。
（2）教师的授课速度与学生的学习效率逐渐统一。多元化的教学过程打破了过去枯燥固定化的学习模式，以及现代化教学工具的辅助应用，教师根据教学内容侧重点合理安排课时，学生充分应用五色思维进行学习，提高了学习效率，突破了弹性力学教学中公式推导的难理解性、抽象性[16]。
（3）建立了与教学过程中师生互动、考试成绩、自主学习、第二课堂四个方面评价指标的对应关系，如图2所示。水利水电专业弹性力学课程已形成自己的教学特色，培养了学生获取知识的能力（自学）、运用知识能力（解决问题）、共享知识的能力（团队合作）、发现知识的能力（创新）、传播知识的能力（交流沟通）。
（4）组建了大学生科研团队。将弹性力学具有研究价值的课题融入科研创新训练和学科竞赛，做到真正激发了学生的创新意识和欲望，训练学生的创新思维，锻炼了学生独立获取知识的能力。
五 结语
基于弹性力学课程的理论性与应用性较强，本文将教师为中心的教学模式转变为以学生为中心、教师为主导的教学模式，融合五色思维理论与“四位一体”思想对弹性力学课程进行一系列的教学改革研究，充分利用信息化教学手段，注重理论与工程实例相结合，力求深化课程内容改革，加强学生工程意识；深化实验教学改革，培养学生创新能力；创新教学方式，提高学生科学素养等方面进行的有益探索和实践。实践表明：基于五色创新思维的弹性力学课程教学已形成自己的特色，在教学研究中为培养学生全方位的工程素质与能力提供了很好的借鉴。
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