基于卓越工程師教育培養計劃的材料力學課程改革方案

摘要：材料力學課程作為多個工科專業的重要專業基礎課，對學生能力培養及后續專業課的學習具有深遠的影響。以東北電力大學“卓越工程師教育培養計劃”試點專業開設的材料力學課程為背景，開展了教學改革的內容和具體措施的論證與實踐，就教育理念、教學方法、考核方式以及新的教學手段等方面進行了分析與總結，取得了較好的階段性成果，為培養更多高素質的卓越工程師后備人才提供了課程改革的有益經驗。

關鍵詞：卓越工程師；材料力學；改革方案

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0102-02

據報道，截至2013年底我國開設工科專業的本科高校1047所，占本科高?？倲档?1.5%；高等工程教育的本科在校生達到452.3萬人，占高校本科在校生規模的32%。當前我國高等工程教育的目標是培養社會需要的高級工程技術人才，但是現階段的教育模式并不能滿足社會發展所急需要的專業技術人才，隨著城鎮化建設進程的加速，在今后很長時期內，工程建設領域對創新型高素質工程技術人才的需求將日益迫切。[1]教育部2010年6月正式啟動的“卓越工程師教育培養計劃”旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量的各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。然而在實踐過程中，高校除了面臨著更新教學理念、提高教師能力、增加教育投入、加強學風考風建設等諸多問題之外，課程建設同樣面臨著配套改革的艱巨任務。

由于材料力學課程作為土木工程、輸電工程、給排水、工程管理、熱能動力、建筑環境、機械等相關專業的重要專業基礎課，因此其課程體系、教學內容與教學方法能否適應卓越工程師教育培養計劃要求對于后續專業課的開展具有深遠影響。本文以東北電力大學“卓越工程師教育培養計劃”試點專業開設的材料力學課程為背景，就教學改革的內容和具體措施開展研討，旨在探索材料力學課程在卓越工程師教育培養過程中的改革途徑，提高教學質量。

一、課程特點及改革的必要性

材料力學課程是一門與工程實際緊密聯系的內容體系成熟的經典課程，具有較強的理論性、邏輯性和系統性。課程以桿件的變形破壞分析為主，要求學生掌握桿件的內力、應力和變形的分析研究方法，能對桿件進行合理的強度、剛度和穩定性設計。同時材料力學也是一門與工程實際緊密聯系的課程，有助于培養學生科學的思維方式和分析解決工程實際問題的能力。要求學生具備良好的高等數學基礎、大學物理基礎和理論力學基礎，還要求學生具有良好的科學素質和動手能力。在系統地理解基本概念和基本理論的基礎上，需要足夠的復習時間并完成一定量的作業題，同時結合課程內容設計相應的實踐環節。

傳統的課程模式注重的是講授知識，教學偏向學術化、對授課效果和學生掌握程度的考量主要以卷面成績為主要手段，而對學生工程實踐環節學習效果的評價多以考查方式進行。同時教師多是畢業后直接進入高校工作，工程背景不足且缺少深入施工現場的機會和時間，使得教師的課堂教學難以結合工程實例進行。因此造成多數教師和學生對實踐環節缺乏足夠的重視，經常流于形式。

“卓越工程師教育培養計劃”的重要內容之一是強化學生的工程能力與創新能力，因此，傳統的課程模式嚴重影響了卓越工程師教育培養計劃的實施效果。為了適應卓越工程師教育培養計劃的實施需要，材料力學課程必須從理念、內容、方法等各方面進行相應的改革，必須借助計算機等新技術手段及成果，強化學生的實踐能力、設計能力和創新能力培養，探索新的教學改革途徑。

二、課程改革途徑探索

1.確立“以學生為本”的現代教育理念

鑒于材料力學課程理論性較強，采用傳統以教師為中心的教學方法容易產生“枯燥、難懂、不生動”的不良效果。學生長期處于被動接受的狀態就會直接或間接扼制創新能力的發展。要在教學過程中充分發揮學生的主動性，必須樹立“以學生為本”、“以學生為中心”的理念。教學應以培養學生、發展學生為目的。教師以最專業化、最佳的服務促進學生最大限度的發展，才能體現教師勞動的最大社會價值。應以充分發揮教師的主導作用，突出學生主體地位，體現因材施教、個性培養和鼓勵創新的教學思想來指導教學改革。

2.設定合理的課程結構

按照卓越工程師教育培養計劃的目標要求，我?！白吭桨唷钡牟牧狭W課程最多安排84學時，其中理論學時72學時，實驗12學時；制訂了針對不同專業卓越工程師教育培養計劃的教學大綱；開設討論課和綜合課，培養學生全局思路和解決方法，引入教學樓、電廠廠房設計等工程實例，引導學生的工程思維。實驗教學中增設了綜合性、設計性、創新性內容，對培養學生的動手能力、科學研究能力、觀察能力、創新能力起到重要作用。安排如桁架設計等小型綜合性作業，運用載荷計算、應力分析、截面尺寸設計、變形及穩定性分析等材料力學知識提高學生的綜合能力。

3.整合及精簡教學內容

根據工程需求整合教學內容及結構。將課程中一些繁瑣的理論推導進行部分刪減，如慣性積的轉軸公式、畸變能公式。內容順序進行適當調整，如將軸向拉壓變形、扭轉變形及彎曲變形的超靜定問題歸納到一起講解，優化課程結構。在縮減課時的同時突出了重點。

根據具體授課對象選擇教材及授課內容。結合本校實際，調查各開課專業對材料力學內容的職業需求，以及后繼課程的需要，進一步精選傳統內容，拓寬基礎內容，為引入當代前沿技術開設窗口與接口，并進一步強化基本知識、基本理論與基本方法對于卓越工程師人才培養的重要性。

根據最新科技發展對材料力學課程的要求及卓越工程師教育培養計劃需要，及時充實新的教學內容。組合出單元式的課程內容模塊，形成按需選用的開放式課程體系。

4.強化工程能力的培養

（1）強化工程應用能力的實踐訓練。以基礎性、綜合性、設計性實驗為主體，將實驗內容進行模塊化整合。開展“創新性”實驗教學活動，提高學生的綜合能力和素質。綜合性實驗培養學生具有良好的團隊精神；設計性的實驗鍛煉學生自主設計方案解決工程實際問題的能力；創新性實驗則由學生提出課題，在教師指導下進行，旨在提高學生的動手能力、分析問題及解決問題的能力。

（2）強化工程創新能力的實戰訓練。圍繞“能力”與“創新”，要求學生積極參加大學生創新活動計劃項目及國家或省市技能競賽，接受創新意識和工程能力的訓練。讓學生學會找出問題、分析問題和解決問題的方法。[2]與材料力學課程直接相關的競賽（如結構設計競賽、機械設計競賽、大學生力學競賽等各種大學生科技競賽）可以作為實施卓越工程師教育培養計劃的重要實踐平臺。以2013年吉林省高校聯合舉辦的結構設計競賽中，學生根據所學的力學知識查閱桁架結構的設計資料，從結構構件的受力特點出發對構件的結構形式、截面選擇及節點的受力分析做了大量的工作，設計出了多種高蹺方案，并取得了良好的競賽成績，讓所學知識能夠學以致用，通過實戰培養了學生的工程創新能力。

（3）強化綜合應用能力的先導性訓練。材料力學課程是多專業共享的一門重要專業基礎課。在許多相關專業中，結合工程實際問題的畢業設計選題都會涉及到材料力學知識的綜合運用，如對火力發電廠主廠房建筑物的結構選型、對結構中的梁、柱的結構計算均要用到材料力學知識。因此，在課程教學期間提前組織先導性訓練，結合畢業設計題目需求進行適當內容的鋪墊能夠激發學生的學習興趣，同時還能促進學生理論與實際的結合，使學生學以致用。

5.改革考試、考核方法

科學的考試制度有助于良好教風、學風的形成，有利于教學質量的穩步提升。“卓越班”的考核既要考查學生掌握知識的情況，更重要的要考查學生運用知識解決實際問題的能力和認知創造能力。以考核來引導學生不拘泥于書本，不迷信權威、獨立思考、大膽探索的精神。

實踐中，采取分解考核項目，加大平時考核力度，筆試和面試相結合的形式，增加學生課堂上的參與意識，注重學生綜合能力的培養。加大平時成績在總成績中所占的比例，將實驗成績記入到學生的考試總成績中。安排有興趣的同學參與教學課件制作及課堂教學評價來提高學生的學習積極性。對于參加與相關的競賽取得好成績的學生，按照一定的比例計入學生的平時成績或替代實踐成績，取得了滿意的考核效果。

6.積極運用現代化教學手段，探索新的教育模式

由麻省理工學院和哈佛大學發起的慕課（MOOCs）是新近涌現出來的一種在線課程開發模式，具有時間空間靈活、使用客觀、自動化的線上學習評價系統，運用大型開放式網絡處理學生的互動和回應，學生自我管理學習進度、自動批改、相互批改、小組合作等，保證教學互動、全天候開放等優勢，為學生提供了更大的選擇權。但“慕課”的出現對授課教師也帶來了更為嚴峻的挑戰，教師需要更快地提高自己的教育技能。總體來看，“慕課”的出現為卓越工程師教育培養計劃的實施提供了更廣闊的空間，“慕課”良好的教育資源與培養工程技術人才所需要的實踐環節有機結合，必將為材料力學課程改革注入新的生機與活力。

三、結束語

卓越工程師教育培養計劃的主要目標是培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。本文提出的基于卓越工程師教育培養計劃的材料力學課程改革方案，經近兩年的實踐，在更新教育觀念、改進教學方法、探索新的考試、考核方式以及采用新的教學手段方面進行了廣泛探索，對課程進行了大膽改革和實踐。東北電力大學材料力學課程2005年榮獲吉林省優秀課程稱號，2007年被評為吉林省省級精品課程。但新的課程體系還需要經過更多的實踐和驗證，今后還將繼續更新和完善，以培養更多高素質的卓越工程師后備人才。

參考文獻：

[1]牛軍宜，郭聲波，徐福衛.“卓越工程師計劃”下土木工程專業教學改革的探索[J].科教文匯，2014，（1）.

[2]馬劍，潘志宏，王飛.基于結構設計競賽的土木工程卓越工程師素質培養研究[J].時代教育，2013，（13）.

（責任編輯：王祝萍）