基于“卓越工程師”培養(yǎng)的材料力學(xué)課程教學(xué)改革與探討

趙淑紅 袁威 楊悅乾 王業(yè)成 張文姣 趙立軍 李蓉

摘要：針對國家提出的“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的要求，本文對工科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課——材料力學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革和探討。本文從教材、課堂教學(xué)、試驗及競賽等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以“知識和能力發(fā)展”為教育思想，以“夯實基礎(chǔ)、引導(dǎo)創(chuàng)新”為目標(biāo)，理論與實踐、理論與科研等方面進(jìn)行相互融合、滲透，提高學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力及解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；材料力學(xué)；教學(xué)改革；探索

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）23-0112-02

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人才市場需求發(fā)生極大的變化，各行各業(yè)急需具有實踐經(jīng)驗、動手能力和創(chuàng)新能力的人才，因此國家提出“卓越工程師”培養(yǎng)計劃，擬用10年時間，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定人力資源優(yōu)勢。材料力學(xué)是工科重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是解決工程實際問題必不可少的一門課程，但由于多年理論與實踐的脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生空有成套的理論知識，面對工程力學(xué)問題卻無從下手，束手無策。隨著國家“九五”～“十二五”的建設(shè)計劃，高等院校的培養(yǎng)計劃也在逐步完善，但在“拓寬口徑，培養(yǎng)復(fù)合型人才”的原則下，材料力學(xué)課程的學(xué)時進(jìn)行大量縮減，在這種教學(xué)課時下，必須采取新的特色的教學(xué)課程體系和教學(xué)方法。因此，使學(xué)生在現(xiàn)有的學(xué)時下，既能把理論知識學(xué)好，又能與工程實踐問題結(jié)合，符合國家提出的“卓越工程師”的培養(yǎng)計劃，如何上好材料力學(xué)課，已經(jīng)成為力學(xué)教師在教學(xué)中不斷進(jìn)行摸索、思考、出新、反復(fù)推敲的重要問題。因此，本文從教材、課堂教學(xué)、試驗、考核及競賽等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以“知識和能力發(fā)展”為教育思想，以“夯實基礎(chǔ)、引導(dǎo)創(chuàng)新”為目標(biāo)，理論與實踐（試驗）、理論與科研等方面進(jìn)行相互融合、滲透，提高學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力及解決實際問題的能力。

二、進(jìn)行材料力學(xué)教材改革，增加工程案列

材料力學(xué)主要研究可變形固體在基本變形、組合變形情況下，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等。現(xiàn)有教材根據(jù)這些方面的研究主要有兩種編寫形式：一種是根據(jù)變形形式進(jìn)行章的編寫，每節(jié)編寫順序為內(nèi)力、應(yīng)力-強(qiáng)度校核、變形-剛度校核；另一種是根據(jù)基本概念——內(nèi)力、應(yīng)力、變形等進(jìn)行章的編寫，每節(jié)根據(jù)變形形式進(jìn)行編寫。在編寫過程中，選用的例題偏重于理論公式的應(yīng)用，針對這種情況進(jìn)行教材改革，增加工程案例，寫明分析、解決工程問題的過程，并把工程案例分析列為每章的一節(jié)，使學(xué)生有意識、有目的的進(jìn)行學(xué)習(xí)，循序漸進(jìn)，提高解決工程問題能力。

三、建立“卓越工程師”課堂教學(xué)模式

三尺講臺，育人一生。課堂教學(xué)方法、手段的靈活性是優(yōu)秀教師實現(xiàn)完美教學(xué)的模式。

1.理論與實踐結(jié)合，提高解決實踐問題的能力。材料力學(xué)的特點是概念多、公式多，學(xué)生感覺不容易理解、難記、枯燥無味，再加上及格勝利、會做題不用理解理論等不端正的思想，學(xué)生多對課堂上理論的學(xué)習(xí)不感興趣。為了增加學(xué)生知識面，拓寬口徑，我們對材料力學(xué)課時數(shù)進(jìn)行了壓縮。針對這種情況，依據(jù)教學(xué)目的及教學(xué)時數(shù)的要求，在基本理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合分析工程案例的內(nèi)容，把理論分析思維與工程解決問題的創(chuàng)造思維結(jié)合起來，讓理論不再是枯燥的公式、定理的推導(dǎo)，而是鮮活的、有生命的解決工程實踐問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。為了提高學(xué)生的理論應(yīng)用能力，根據(jù)教室現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。例如：分析教室橫梁結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)有學(xué)生人數(shù)及重量、桌椅數(shù)量及重量，把梁進(jìn)行簡化——簡支梁，混凝土材料，梁在這些力作用下發(fā)生彎曲變形，對其進(jìn)行強(qiáng)度校核，這種教學(xué)方式，使學(xué)生增加理論的運用能力及解決問題、分析實踐的能力。

2.教學(xué)的多樣性，培養(yǎng)學(xué)生工程責(zé)任意識。一名優(yōu)秀的老師，“黑板+粉筆”的教學(xué)模式是不夠的，老師能通過生動的語言把課程講授的概念、公式、定理等教學(xué)內(nèi)容完整、規(guī)范的表達(dá)出來，但她（他）無法做到將復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)以及機(jī)器展現(xiàn)出來，因此通過現(xiàn)代教學(xué)手段，從不同側(cè)面、不同角度展示工程結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計安全意識。采用多媒體的方式，可以通過動畫展現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)，生動形象地表現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力后的變形以及破壞形式，特別是那些工程師們小小結(jié)構(gòu)設(shè)計的失誤，導(dǎo)致多少家庭遭遇失去親人的痛苦，如重慶彩虹橋倒塌、著名加拿大工程師之戒。同時通過錄像看到結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，分析工程結(jié)構(gòu)破壞原因，使學(xué)生更好地建立設(shè)計安全意識。如用理論知識分析橋梁破壞、動車在鐵軌上運行時脫軌的破環(huán)，使學(xué)生增強(qiáng)了設(shè)計安全意識，樹立做一名合格的工程師的責(zé)任意識。

四、建立“卓越工程師”試驗教學(xué)模式

試驗不僅加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)課程關(guān)于材料力學(xué)基本理論、基本概念和研究方法的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生從試驗的方法去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，有效地解決許多理論尚不能解決的工程難題，為科研提供必要的理論數(shù)據(jù)。

1.夯實基礎(chǔ)，引導(dǎo)創(chuàng)新，增加研究型、設(shè)計型試驗。材料力學(xué)試驗是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的一個重要手段。材料力學(xué)原有試驗大都是驗證試驗，通過試驗驗證理論。為了培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才，在原有基本實驗基礎(chǔ)上，增加研究型、設(shè)計型實驗。如在原有低碳鋼拉伸性能測試實驗基礎(chǔ)上，擴(kuò)展為低碳鋼板型試件拉伸測試彈性常數(shù)，使學(xué)生學(xué)會電測法測試彈性常數(shù)；直梁彎曲測試應(yīng)力分布規(guī)律，擴(kuò)展為疊梁應(yīng)力分布規(guī)律等。

2.開放實驗室，提高學(xué)生分析問題的能力和動手能力。為了提高學(xué)生分析問題的能力和動手能力，把工程結(jié)構(gòu)與教學(xué)理論相融合，進(jìn)行實驗室開放。開放的內(nèi)容模式有：一方面是教師給出題目，學(xué)生選擇；另一方面是學(xué)生自主選擇工程問題，帶著問題進(jìn)入實驗研究，探索理論的應(yīng)用。如電測法在工程中的應(yīng)用。電測法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行測量的方法，因此，本試驗讓學(xué)生了解應(yīng)變片的構(gòu)造、原理、粘貼方法及與之配套的電阻應(yīng)變儀的連接方式，掌握應(yīng)變片在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用；夜晚城市路邊的燈光璀璨，照亮回家的路，但路燈桿在風(fēng)力、自重作用下發(fā)生變形，為了保證燈桿不被破環(huán)，學(xué)生對燈桿進(jìn)行試驗分析，首先粘貼應(yīng)變片，然后通過儀器及軟件進(jìn)行模擬分析，獲得燈桿破壞的力及位置，從而對燈桿進(jìn)行設(shè)計。

3.試驗與科研相融合，提高創(chuàng)新應(yīng)用能力。科研的研究內(nèi)容代表這一研究方向的前沿，因此依托學(xué)校農(nóng)業(yè)機(jī)械的優(yōu)勢，把科研思想和方法融于試驗教學(xué)，把教師的科研融入到試驗中，使學(xué)生有目的的分析解決問題，不但可以把學(xué)過的理論知識融入到實踐中，并且通過理論循序漸進(jìn)地解決實踐問題。如開溝器是播種機(jī)最重要的關(guān)鍵部件之一，開溝器工作的好壞影響播種機(jī)的工作質(zhì)量，因此對于開溝器的設(shè)計要求其在工作時受到的阻力越小越好，因此學(xué)生在實驗室模擬開溝器在田間工作狀態(tài)，對開溝器進(jìn)行受力分析，通過試驗測出工作阻力，為開溝器的設(shè)計提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。

五、建立合理考核機(jī)制模式

考核學(xué)生的好壞，歷來都是試卷定成敗，影響學(xué)生培養(yǎng)工程意識的積極性。因此，改變以往的考試模式，試卷不再是簡單的理論公式應(yīng)用，把考核的重點放在工程問題分析上，通過工程問題，用理論知識解決。同時為了避免學(xué)生考試發(fā)揮失常，影響考試成績，采用多種形式的考試，如平時各章節(jié)公式、概念的小測驗；給出工程實例，用理論知識分析和解決問題的大作業(yè)；學(xué)生通過設(shè)計型和研究型的試驗，撰寫小論文以及試驗報告；把作業(yè)、小論文、小測驗、期末考試等按照一定比例分配，增大小論文比例，提高學(xué)生實踐分析、解決問題的積極性。

六、積極組織學(xué)生參加競賽活動

力學(xué)來源于工程實踐，因此力學(xué)競賽的題目都是解決工程問題。如全國周培源力學(xué)競賽涵蓋知識廣泛，幾乎涵蓋了大二學(xué)過的理論力學(xué)、材料力學(xué)知識，可以鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識解決工程問題的能力；黑龍江省結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽采用竹條或紙作為材料進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，竹條制作的塔吊、紙做的橋等結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求重量輕、承受載荷大。學(xué)生通過參加競賽，增強(qiáng)了理論解決工程問題的能力，同時鍛煉了思維意識、提高動手能力和設(shè)計、創(chuàng)新能力，通過近幾年教師的培訓(xùn)，學(xué)生在競賽中取得優(yōu)異的成績，效果較好。

七、結(jié)語

以培養(yǎng)“卓越工程師”為目標(biāo)，利用課堂教學(xué)模式，合理安排理論課程教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更好地掌握理論知識，把傳授理論知識為主的課堂教學(xué)，與培養(yǎng)工程實踐能力為主的試驗、科研結(jié)合起來，不僅使學(xué)生掌握了專業(yè)理論知識，而且培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，從而實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維、分析問題和解決問題的能力，為材料力學(xué)課程體系的改革提供了方法。

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