“结构可靠性”课程混合式教学模式探索

苏毅 任淑红 方鹏亚 王瑶瑶

摘 要：本研究基于郑州航空工业管理学院面向飞行器质量可靠性专业开设的一门重要的核心课程——结构可靠性课程，对课程现状、课程思政、考核方式等方面进行分析研究，提出了以慕课和雨课堂建立学习平台，优化教学内容，注重过程考核，引入课程思政等方面为导向的教学研究，以拓展学生的知识面和提高学生参与度为目标，对课程进行深入有效的探索研究，为培养学生成为复合型应用人才服务。

关键词：结构可靠性;课程思政;学习平台;过程考核

结构可靠性课程是郑州航空工业管理学院飞行器质量与可靠性专业对大三学生开设的一门力学类核心课程，它和学生之前学的理论力学、材料力学和结构力学这类传统的力学课程有明显不同，传统的力学课程大都是基于确定性理论的，解决的都是工程实际中的平均行为，但是往往工程实际都具有随机性的特点，结构可靠性课程是对传统力学课程的补充和拓展。通过这门课程的学习让学生熟悉工程可靠性的知识，运用专业的知识对工程结构的破坏进行评价和分析。

结构可靠性课程公式繁杂，内容抽象，原理较复杂。很多学校都是为研究生学生开设的，而可靠性专业因专业需要为本科生开设。学生需要熟练掌握高等数学、概率论、材料力学等课程。这就对学生的数学基础有较高的要求，导致学生认为课程难度较大，逃避学习的情况比较严重。针对目前课程中存在的问题，郑州航空工业管理学院在该课程上采用线上线下的混合式教学模式[1]，积极采取多种教学方法和手段[2]，完善改进课程考核方式，恰当地引入思政教育，从而提高教学质量，进而拓展学生的专业知识维度，促进学生应用能力和思辨能力的培养。因此，为更好地服务于学生，通过教学改革和创新，适当地引入多种教学方法和思政教学等多种教学手段[34]，是非常有必要的。

一、课程现状分析

（一）授课对象学习基础的差异化

从近三年的授课情况来看，学生的学习基础差异化很大，基本上形成了两极分化的情况。特别是学习基础差的学生，由于之前先修课程学得不扎实，知识储备不够，在学习结构可靠性课程时候，接受新知识的能力差，老师在讲授新课的时候，为了能够更好地照顾这部分学生，不断地重复复习欠缺的知识。对于基础较好的学生，觉得这样上课学习效率不高，课堂的参与度不高，使得课堂氛围比较沉闷。

（二）教学方法和考核方式单一

在近幾年的授课方式上，往往采用教师授课，学生接受的方式。虽然在讲授的过程中，极力地和学生互动，辅以习题课的方式，希望学生能参与到课堂学习互动氛围中，但学生的整体参与度不高，很少积极主动回答问题，互动往往只能带动少部分的学生，而学生的情绪会影响到老师的情绪，老师临场发挥亮点减少，思维的火花很难碰撞，影响上课的效果。在考核方式上，虽然采用开卷考试，但是题型不够丰富，过程考核重视的不够。因此，该课程的授课方法还有很大的提升空间。

（三）缺乏思政内容

在传统教授的过程中，往往认为结构可靠性课程是工科的课程，而工科的内容和思政教育关系不大，这是对思政教育的狭隘认知。因此，针对课程思政教育的匮乏，深刻的思索结构可靠性课程与思政教育的内在联系是亟须的。

二、改革措施

为了进一步提高教学的质量，实现教学改革，达到课程为人才服务的目标。本文主要从教学模式、教学内容、考核方法和课程思政这四个方面进行探索改进，主要改革的内容如下：

（一）混合式教学模式

随着互联网信息技术的发展，可以利用的网络资源也非常多。“结构可靠性”课程团队以超星学习通为平台，采用线上自主学习，线下课堂讲解结合的混合式教学模式。将各个章节的知识点录制成小视频，每个视频用小问题为断点分成两三个小部分，避免学生为了应付学习，不完整看完视频。教师同时可以围绕每个视频进行文字讲解、单元测试、典型习题集做成课程资源，最终一并上传到网络教学平台上。慕课上有很多的教学资源，授课教师可以根据课程内容下载相关资源，并通过二次剪辑，配合教师自身的理解和解读做成视频为课程所用，这样可以吸取其他老师的经验同时节省大量时间，让学生取各家之长。结构可靠性课程所涉及相关的基础理论如材料力学应力应变的概念、概率论中威布尔分布、正态分布的概念等做成小视频上传，这样学生可以多次重复地学习，节省更多查找资料的时间，课堂效率也可以随之提高。整个教学的过程包括课前的预习，这个阶段需要学生花费一定的时间和精力，部分学生会有畏难、懒惰的情绪，那么在做视频和课件的过程中尽可能地做到兼具知识性和趣味性，让学生有自觉学习的兴趣。在课堂学习的过程中，以学生为主导，教师做到穿针引线的作用，同时将多种教学方法融合在一起，让课堂变成一个讨论的课堂，当然这很难做到，需要教师对课堂有超强的掌控力，对学生掌握知识程度的差异性、性格心理有一定的了解。所谓台上一分钟，台下十年功，要想上好一节课，真正做到以学生为主体，教师一定要认真地备课。由于授课教师经验不足，良好的课堂氛围的出现不是教师短期的努力就可以做到，知识点之间的逻辑关系如同树干与树枝之间关系一样慢慢种植在学生心里。一门优秀课程的建设是需要不间断改进、创新的。雨课堂是老师上课的好助手，在PPT里引入雨课堂，能很好地辅助教师掌控课堂，如实现学生点名、在线互动和答题等数据化支持，使教师对每位学生的课堂表现更加清晰。最后，课后巩固这一环节也必不可少，教师通过布置一定数量的典型习题，帮助学生重新梳理知识点。根据学生的反馈情况，了解学生课堂掌握的情况，那么下一次的授课中，教师有计划将重点问题、难点问题还有易错易混淆的概念重新讲解，依靠思维导图让学生对知识点的地位、意义和用法有清晰的认知，最后鼓励学生讨论为什么在习题的时候会犯错误。从而在每章的学习中，形成有效的闭环。教师不应放弃每位学生，师生共同努力将结构可靠性的新知识学好的同时更要复习巩固容易遗忘和不熟练的先修课程的基础知识，也为部分学生考研做支撑。

（二）优化教学内容

授课学生都是航空专业的学生，因此在授课内容上需要偏重于航空结构的可靠性问题。在课程内容和章节的安排上，可以将概率论和疲劳断裂的基础知识引入。

第一章：绪论，含可靠性的基本概念，结构可靠性定义，失效的概念，结构可靠性的分类与计算，结构可靠性的发展历史。

第二章：结构可靠性的数学基础，含线性代数和概率论与数理统计的基础知识，正态分布、对数正态分布、威布尔分布、指数分布等常用的概率密度函数的典型分布，区间估计和假设检验，实对称矩阵的特征值和特征向量的求解等基本方法。

第三章：结构可靠性的基本公式和概念，含结构功能函数，结构可靠性的普遍表达式，应力和强度均为正态分布或对数正态分布的可靠度计算。

第四章：结构可靠度的近似计算，含干涉面积法、中心点法、改进一次二阶矩法、JC法、相关变量的独立变换法、蒙特卡洛法等。

第五章：结构可靠性的试验估计，含结构可靠性的点估计，正态分布强度参数未知情况下结构可靠度的区间估计，应力和强度服从正态分布参数均未知的条件下结构可靠度的区间估计等。

第六章：疲劳可靠性的基本公式，含交变应力，SN曲线，疲劳应力强度干涉模型和疲劳可靠性设计分析等。因为没有合适的教材，课题组自编了教材，通过超星学习通给学生发送了电子版的讲义，供学生学习和参考。随着授课经验的积累，课题组正尝试编写适合航空专业学生的结构可靠性教材。

（三）过程考核融入教学过程中更加自然

考核不是目的，考核是为了更好地督促学生学习，获取新的知识。授课教师应灵活地运用考核这种方式，更不能因考核把学生和教师孤立起来。考核应该强调公平，但需要兼备人性化，可以更加强调过程考核在考核中占据的比重。在预习阶段，在考核的时候也需要考虑这部分成绩，如果学生提出了有价值的问题，可以给予一定的奖励，同时可以根据预习的时长、看视频的次数、做习题的质量等作为预习阶段的成绩，这部分成绩占总成绩的15%。课堂讲授部分，在课堂活动环节，可以由一个学生主答，如果回答不全时可以寻求别的同学的帮助，那么根据回答问题的比重给相应的奖励分数，这部分考核需要营造一个友好互助、通力协作的氛围等，那么仅仅靠机械考核做不到，而需要更加灵活的方式。教师和学生共同努力把课程做扎实。授课教师是导演，而学生是演员，过程好了，学生自然就可以轻松获取到知识，这需要有共同的信念。在授课过程中，单纯地靠引导，很难达到想要的效果，需要学生预习好，心中对老师提出的问题有一定的解答基础，这样授课老师的引导才能有的放矢，课堂氛围才能不会因为老师的一个提问，学生不会解答而气氛尴尬。就像一场相声表演一样，需要捧哏和逗哏的共同表现，这需要有默契和互相了解作为基础。授课教师可以根据学生的课堂表现、参与课堂活动的次数，主动回答问题的次数等来确定课堂讲授部分分数，这部分比例占20%。课后鞏固部分，可以根据学生习题完成情况来给分数，这部分比例占15%。过程考核中还有一部分分数作为老师对每个学生的综合印象分数，这部分分数是根据学生在整个课程中的表现，成绩提高是否明显，是否积极主动参与，是否积极帮助同学等，这部分打分很主观，需要教师更加注意发现每位学生的闪光点，这部分成绩占总成绩的10%。最后一部分是期终考试成绩占40%，本门课程的考试采用开卷考试。这是因为课程的公式较多，课程的目的是考核学生灵活运用学到的知识解决工程问题的能力。开卷考试可以选择的题型更多，如分析题、设计题、论述题、计算题这些主观题组成，这主要考查学生通过课程的学习是否具有查找资料、分析问题和解决实际问题的能力。

（四）拓展课程思政素材

针对课程思政问题，可以从以下三个方面来探索结构可靠性课程和课程思政的关系。

（1）从结构可靠性发展的历史中提炼思政素材[5]，从结构可靠性发展各个阶段的经典案例结合结构可靠性的近似算法里的干涉面积法、中心点法、JC法这些主流方法产生的历史背景进行讲述，让学生认识到这门课程在工业制造中的重要性，激发学生的求知欲。

（2）从结构可靠性领域内的知名专家和学者中汲取能量。结构可靠性近百年的发展进程中出现的著名的科学家和工程师，如我国的载人航天奠基人、火箭之王钱学森教授，飞机寿命与结构可靠性专家高镇同，结构工程专家赵国藩等，他们对航空航天事业，土木工程事业的巨大的推动作用和影响，他们的奉献精神和爱国情怀都非常值得我们学习。

（3）从重大结构可靠性事故中进行反思，比如与同学探讨推动飞机设计思想发展的几次重大的飞机结构疲劳断裂事故。同样航空发动机的发展历史也有近半个世纪了，国内外对它的设计维护和使用也有丰富的经验，但是不管是成熟的发动机还是新研制的，都不可避免地出现影响结构可靠性的故障。经验告诉我们结构可靠性问题不能马虎，每位质量可靠性人员都肩负着重担。另外结构可靠性与产品的六性如可靠性、安全性、维修性、测试性、保障性、环境适应性等以及工业4.0建设甚至国家综合国力都息息相关，与思政教育具有较多可以相互融合的地方。在授课的时候通过合理的引导，将思政教育恰当地融入日常的教学活动中，潜移默化地提升学生的人文素养，更容易培养他们的爱国情怀。

结语

基于结构可靠性课程公式繁杂，授课对象差异性大以及考核方式单一等问题，为了更好解决学生学习结构可靠性课程困难现状，不断提高课程的教学质量，切实提升学生参与的积极性，本文从优化课程内容、考核方法融入教学、采用多种教学手段、引入思政教育等方面内容进行研究，旨在改善课堂效果，提高授课效率，为培养应用型、创新型人才服务。

参考文献：

[1]王国新，韩龙.“模拟电子技术”课程混合式教学模式探索[J].黑龙江教育（理论与实践），2021（9）：6869.

[2]秦宣云，李军英，郑建梅，任叶庆，郑洲顺，李俊平.融入启发式、探究式、讨论式、参与式教学方法的高等数学课程课堂教学改革的研究与实践[J].大学教育，2015（5）：9596.

[3]刘战合，田秋丽，王菁.面向实践能力提升的科研反哺教学方法初探[J].河南教育（高教），2019（12）：103105.

[4]苗楠，王晓璐，刘战合.飞行力学在线课堂建设与项目式课堂教学改革研究[J].河南教育（高教），2020（12）：8890.

[5]赵学孔.基于翻转课堂的教育技术公共课混合式教学模式[J].大学教育，2020（3）：3941.

课题项目：2021年度河南省科技攻关项目“基于增强现实的盾构维修辅助系统研究”（212102310004）

作者简介：苏毅（1983— ），女，汉族，湖北襄阳人，工学博士，讲师，研究方向：有限元法、疲劳可靠性;任淑红（1978— ），女，汉族，山东德州人，工学博士，讲师，研究方向：航空发动机可靠性与维修性;方鹏亚（1986— ），男，汉族，河南郑州人，工学博士，副教授，研究方向：失效物理与可靠性方向;王瑶瑶（1992— ），女，汉族，河南焦作人，硕士，助教，研究方向：机械装备维修性与可靠性设计。