土木工程專業應用型本科人才培養模式下的材料力學課教改初探

一引言

材料力學是工科本科院校土木工程專業的一門主干專業基礎課，也是一門與工程實際緊密聯系的課程，對培養學生的專業素質起著至關重要的作用。[1]材料力學作為一門經典的力學課程，其體系和內容已相當完善，但是隨著高等教育體制的改革與深化，隨著新時代大學生專業素養的不斷提高，材料力學的教學學時數、教學目標等有了很大的變化，傳統材料力學的教學方法、課程體系、教學大綱和考核方法等等都表現得與現實越來越不相適應，其教學改革勢在必行。本文根據筆者所在的淮陰工學院近幾年對土木工程專業材料力學教學改革的嘗試，提出了幾點想法，旨在拋磚引玉，以期與從事土木工程專業材料力學教學的同仁共同討論，建立一種適應應用型本科人才培養模式需要的材料力學教學新思路。

二材料力學課程改革的必要性

1應用型人才培養的需要

高層次應用型人才培養的目標是培養面向地方和行業的“學以致用，全面發展”的高素質應用型人才[2]，故其教學應以對綜合實踐能力的培養為中心，應以實踐能力培養的系統性代替知識培養的系統性。那么材料力學的教學當然應圍繞這一目標，讓學生掌握對桿件的強度、剛度和穩定性的校核及單個構件的設計問題，并能夠運用材料力學的理論和方法分析、解決一些工程實際問題。材料力學課程本身具有強烈的工程背景，如何由工程實例得到力學模型，提高學生的建模能力，這是材料力學課堂教學目標的一部分。而傳統的材料力學課程教學基本上都是現成的力學模型，遇到工程實際問題就束手無策。因此，面向應用型人才培養的材料力學課程教學應該著重于培養學生面對復雜工程對象時正確建立力學模型的能力。

2材料力學課程本身教學改革的需要

隨著社會的不斷發展，隨著高等教育體制改革的不斷深化，一方面要求對學生加強基礎教育，另一方面要求拓寬學生知識面，于是不可避免地造成課時的縮減。筆者所在的學校土木工程專業的材料力學課程總學時為64(含8學時實驗)，僅相當于刪減前的2/3。但是，材料力學的教學內容并沒有相應減少，相反還要增加一些新材料的材料力學內容。這樣就有必要對其教學方法和考核方法等進行改革。

3應用型的本科大學生知識結構的需要

隨著市場經濟的不斷發展，用人單位對畢業生的要求也越來越高，不僅要求具有扎實的理論知識，還要求具有解決實際問題的能力。一定意義上講更加注重實際能力。大多數的材料力學教材都不能滿足對當今大學生實際能力的需要，傳統的教材僅在彎曲內力部分涉及到力學模型的建立問題，其余部分都是既成的力學模型。還有目前的材料力學課程體系仍側重于手工計算，沒有涉及到電算和工程數學的概念，與電算和工程數學的快速發展不相協調。

三深化材料力學課程教學改革的幾點想法

1轉變教學觀念，樹立“大土木”指導思想

基于培養學生“厚基礎，寬口徑”知識結構的培養目標，新的土木工程專業相應的培養方案和培養目標均已作了調整，但要真正實現這一目標，教師在各自的教學環節上切實貫徹“大土木”專業思想是關鍵。但由于眾多因素，一些高校在授課的過程中沒能更多考慮“大土木”的教學要求。如教齡較長的老師可能由于已經習慣固有的教學模式，在選用教材、授課內容、授課方式及對學生的要求等方面沒有做出相應的改變;經驗缺乏的年輕教師可能由于不能駕馭寬知識面的教學模式，而將教學內容局限于材料力學概念與理論的本身，不能作相應的拓展。高校教師必須明確現在培養的學生是可能從事土木工程各項工作的人才。因此，作為主講材料力學的高校老師也一定要跳出行業壁壘。

2合理分配教學學時數，加強實踐能力培養

在“大土木”的“厚基礎，寬口徑”的培養目標下，理論課時被普遍壓縮了[3]，這就要求高校在有限的課時內合理安排教學計劃，調整好教學內容，進行必要的刪減和補充。安排教學計劃時應以理論夠用和突出實用性為原則，協調好理論課、習題課和實驗課之間的關系。材料力學作為一門專業基礎課，它的有關實驗內容具有很強的實用性，如應變的測量、光彈性實驗等。作為應用型的本科畢業生，這些實踐能力應該都是必備的。但是目前應用型本科實驗教學仍存在諸多問題，主要表現在以下幾個方面:(1)囿于實驗設備、儀器及師資等方面的不足，實驗教學仍以課堂授課形式進行;(2)受傳統教學理念的束縛，墨守成規，所有材料力學實驗基本上是驗證性實驗，均為對理論的補充和驗證;(3)由于考核評價方式的原因，絕大數學生對實驗部分采取敷衍的態度，學習態度不端正;(4)教學部門不夠重視實驗教學的設計與組織管理。

針對以上現象，筆者所在的學校采取了以下方面的措施或嘗試:(1)不斷豐富實驗教學資源，除了增購實驗設備外，還增加了教學輔助資源，如實驗多媒體課件，實驗教學視頻;(2)加強教學團隊建設，鼓勵高職稱教師指導實驗課，除了開設必要的驗證性實驗外，還可開設一些設計性和綜合性的實驗;(3)構建適宜能力發展的考核評價體系，更加強調對學生動手能力的培養;(4)通過政策的傾斜，讓實驗老師自覺重視實驗設計和實驗教學的組織。

3引入Maple數學運算軟件

隨著數值計算軟件在工程計算方面的廣泛應用，作為一名本科畢業生，熟練掌握一門工程計算軟件也非常必要。Maple是Waterloo公司發行的一種數學運算軟件，是目前世界上最為通用的符號計算軟件之一，具有強大的數學運算功能和一些功能強大的程序包。[4]在材料力學課程教學中引入Maple軟件有以下一些優勢:(1)利用Maple語言建模解決實際問題，可縮短理論學習和實踐工作的距離;(2)它可用一種似乎通常筆算式的簡練程序，讓繁雜的計算由計算機去完成;(3)由于Maple的表達式簡練，可以簡化材料力學中公式的推導和概念的敘述;(4)由于Maple可迅捷的用三維圖形、圖像和動畫表達計算結果，這樣可幫助學生對力學概念的理解。

筆者認為，應該把Maple軟件作為一種貫穿大學學習全過程的語言教給學生，并在以后的各門主干課程中不斷地應用和深化。

4處理好材料力學與后續課程的關系

對于土木工程專業來說，材料力學課程與諸多后續課程(結構力學、鋼結構等)聯系緊密。結構力學與材料力學的關聯性更不用多說。如對于鋼結構課程特點來說，其計算公式，設計思路不難，只要將相關參數帶入公式驗算即可，但這些參數與材料力學基礎密切相關，如力學計算簡圖、截面幾何性質(A、S、I、W)、內力(M、Q、N)等等，鋼結構的設計計算是以這些力學參數的計算為前提的。筆者認為作為土木工程專業的力學老師一定要充分了解力學課程與后續課程的關系，在授課時，不能僅僅停留在力學概念和力學理論的本身。

四嘗試性改革的基本情況

2008-2009學年的第二學期，在土木1073、1074等兩個班級合計75名學生中進行試點。同年級的土木1071、1072等兩個班未參加教改，共67人。

基于教考分離的原則，整個土木2007級的材料力學期末考試試卷采用相同的試卷，且采用從試題庫中隨機抽取的方式。同一年級，同一份試題，同一考試時間，學生考試成績分布如表1所示。

由表1的成績分布看，參加教改的班級考試成績略好于未參加教改的班級考試成績(土木1073班的情況更好一些，其為單招班)。考試成績只是一個方面，除此之外，參加教改的學生具有另一優勢，即掌握了運用計算機軟件進行分析或求解材料力學有關問題的能力，提高了自身的建模能力，并進一步增強了理論聯系實際的能力。

五結語

通過對土木2007級的學生進行材料力學教學改革，對比分析最后學生的考核成績，可以得出結論:教學改革是成功的。誠然，本次教學改革仍存在一些問題，如仍未對材料力學課程的考試方式加以改進;學生畢業后對工程實際處理能力有多大程度的提高有待于驗證;改革后的材料力學教學對研究生入學考試成績的影響也還有待于進一步認證。

參 考 文 獻

[1]馬崇武，車京蘭.對材料力學教學改革的研究[J].高等理科教育，2004，6:76-78.

[2]杜衛.借鑒德國經驗，培養高層次應用型人才[N].浙江科技學院學報，2007-09-25(1).

[3]付朝江.應用型本科鋼結構課程教學實踐與改革探討[J].福建工程學院學報.2008，6(5):484~486.

[4]李銀山.Maple材料力學[M].北京:機械工業出版社，2008.