創新創業能力培養背景下材料力學教學改革

金華蘭+賴勇來+郭洪民+章愛生

摘要：材料力學是高校工科專業開設的一門基礎課程，本文結合創新創業能力培養要求，指出針對沒有專業區分的統一教材內容進行必要的調整和修改的重要性，從而凸顯和相應專業課之間的橋梁聯系；同時為學生設置提供培養創新創業能力的平臺，激發創新意識。改革反饋表明較好地激發了學生學習的主體性，理順了知識脈絡，提高了學習深度，達到了全方位改善課堂質量的目的。

關鍵詞：創新創業；材料力學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）42-0103-02

材料力學是高等工科院校必修的專業基礎課，是學好后續課程如《結構力學》、《彈性力學》、《材料性能學》、《金屬材料成形原理與工藝》及其他專業設計課程的重要基礎，同時又可以直接應用于解決工程結構或機械中的實際問題，培養學生工程實踐能力。但是，隨著社會科技的進步，材料力學的書本內容已遠遠不能涵蓋工程構件中需求的力學問題。盡管如此，學生依然感覺材料力學內容繁雜、覆蓋面廣，枯燥概念和難以理解的公式多，計算復雜較難建立模型等。而且由于專業越分越細，學生要上的課越來越多。目前，各高校材料力學課程已經壓縮到50學時左右或更少，進一步加大了學生學習的難度。學生普遍反映缺乏工程背景知識，上課時思路很難跟上?；诖?，本文提出創新創業能力培養背景下材料力學教學改革。學生創新創業能力的培養是指教學過程中既強調開發和提高學生的基本素質、創新精神、創造性思維，同時注重創新創業綜合素質和實踐能力的提高，尤其是自我創業意識的加強以及創新操作能力的拓展，使其能夠獨立自主地去發現問題、解決問題，并提出自己的新觀點。本課程教學改革旨在充分喚起學生求知欲，有效激發學生學習興趣，發揮其學習潛能和主觀能動性，啟發學生的創造性思維，培養工程及協作意識。

一、課程改革的關鍵措施

1.教學知識體系的改革。成功的教學改革必須依附于合理的知識體系，傳統材料力學知識體系的編排理論覆蓋面大，內容較為全面，但也較為分散。創新創業能力的培養必須先從教師自身做起，讓學生在學習材料力學的過程中感受到“創新”的魅力。各學院材料力學教師應根據本學院學生專業特點及開設的后續專業課，重新編排材料力學的知識體系，使之凸顯材料力學和后續專業課程的聯系，從而起到與專業課程之間的橋梁作用。筆者是材料科學與工程學院教師，本課程改革在立足于《材料力學》原有基本知識框架的基礎上，深化和《材料性能學》、《金屬材料成形原理與工藝》等相關課程的聯系，幫助學生做好知識體系框架的宏觀構建，以便相關學科知識的交叉理解貫穿整個課程教學，使復雜抽象的《材料力學》知識點變得容易理解和掌握，促進學生對知識的深化，從而提高教學質量。比如：《材料性能學》中的“材料單向靜拉伸的力學性能”章節和《材料力學》的“拉伸變形”知識點聯系密切，兩者之間可以相互促進理解，同時，讓學生明白《材料力學》是一門必不可少的專業基礎課程，從而增強學習動力。

2.課程教學環境的改革。實踐是創新之源，工程實踐是創新的基礎。作為一門重要的專業基礎課，具有一定程度相關的工程背景將大大有助于對材料力學理論知識的理解，要求學生憑空想象材料力學知識相關案例，對學生來說難度較大，勉強設想出來的案例也往往趨于理想化而不夠真實。事實上，材料力學應該定位到作為一項解決工程實際問題的應用工具和方法，而不僅僅是當作一門知識，滿足于教會學生解題能力；這就需要授課老師自己解決或向學院申請解決，尋找到讓學生能接觸到真實的工程實踐環境的途徑。筆者通過近年教學試驗和實踐，總結三條可行的途徑：（1）利用各高校正大力開展的創新創業教育模式，如創新學分項目、創新創業訓練項目等，開展與材料力學課程相關的研究課題。如為了讓學生順利理解在外部載荷作用條件下結構或者材料的各種應力、應變、反力、位移、能量的數值和變化過程，筆者開展過“基于有限元方法的材料力學應力-應變關系”的研究課題。有限元計算是應用于材料力學問題的一種新型的計算方法和手段，在本課題中，一方面指導學生用圖形化的手段，直觀地展示這些生澀的概念，給學生以視覺沖擊，改變傳統力學課程在學生心中的枯燥無味的印象；另一方面，學生在能熟練運用基于有限元方法幫助加深理解應力-應變關系的基礎上進一步理解反力、位移、能量等相應概念的數值變化過程，并且鼓勵學生在項目的進行過程中加入一些自己的新想法、新手段。（2）針對課程中的重點難點概念和理論，建立與之相關的工程實例模型，以課題實驗的形式開展，提高學生利用工程實例深化學習材料力學知識難點的能力，同時反過來又利用所學理論知識解決實際工程問題的能力。事實上理解了材料力學有限的幾個重難點后，知識點間就能串聯起來，掌握起來就容易多了。（3）嘗試引入具有研發能力的企業深度參與課程教學環節，這也是我們開展得非常好的一個教學改革經驗。優秀老師的一個重要作用就是為學生開啟一扇又一扇窗，讓學生本人特別是思維進入到一個又一個切身又廣闊的空間去。比如，我們和江鈴福特汽車有限責任公司溝通后，作為當地頂尖優秀企業，正所謂能力越大，社會責任越大，他們覺得應該為高校教育盡一份力，允許我們學院學生分批到他們的研發中心和車間參與他們的相應項目和活動，合作的模式是間隔性持續的，這樣學生就可以帶著上一次的收獲和問題進入下一次和工廠團隊的活動中去，學生的進步是全方位和階梯式遞增的，不像常規的一次性結束的工程實習。一段時間后，部分學生在該公司已經能起到一個助理工程師的作用，幫忙畫相應的圖紙，提出很好的方案參考等，為本學院學生和該企業的長期合作開創了很好的前景。在我們為學生精心設計的教學環節里面，學生的積極性、主觀能動性完全被激發出來了，材料力學這門課的學習氣氛煥然一新，既讓學生品嘗了創新帶來的甘甜，顯然又對他們自身的創新創業意識的培養有很好的助推作用。

3.傳統教師角色的改革。以上兩個以創新創業能力培養為主線的材料力學教學改革措施顯然根本性地改變了傳統觀念上的教師角色定位。對授課教師提出了較大的挑戰，在傳授知識之前，要根據現有教材建立適合學院專業及適合自己教學特色的知識體系，同時開創性地設置先進合理的教學環境。實踐證明，工科教學應當注重培養學生動手能力、思維能力，激發其創新、競爭意識。而學生的這些能力并不能由老師直接給予，必然是適當的教學方法和教學環境下自主發展的結果，教師應該積極地為學生提供科學新穎的知識鏈條和能激發熱情充滿活力的工程環境，讓學生在課題實驗或工廠中運用創新思維去觀察、分析和解決問題，促進學生創新創業能力的不斷提高。

二、教學改革的反饋與總結

經過近年來的以上教學改革實踐，各個專業課老師和畢業設計的老師反映，學生能夠很容易運用材料力學的知識分析專業課中出現的問題，在專業課學習中能很好地過渡，學生接受專業知識的能力較往年沒有進行本課程教學改革時有了明顯提高，大大提高了專業課學習的效率。同時，將工程實際構件抽象為力學模型的能力大幅加強，學生畢業設計的質量大幅度提升，學生普遍能創造性地提出問題并利用多種手段和方法加以解決。

總之，創新創業能力培養背景下材料力學教學改革是對傳統教學模式的一次革命，著眼于本專業的實際情況，科學合理地構建各專業課和材料力學交叉知識點的橋梁對應關系，更具針對性的知識體系使教學過程充滿延展性和張力。同時，全新的教學環境的添加引導學生參與構建問題、發現問題、解決問題，從而獲得知識、發展能力、形成個性，促進創新創業能力的形成，學生獲取知識的途徑有了根本性的轉變。顯然，本課程改革也間接促進了教師自身綜合素質的提高。但是，材料力學的教學改革是一項漫長且綜合性很強的課題，當前包括本人在內的老師在材料力學的教學過程中還存在很多問題，只有在現有經驗和改革基礎上不斷總結，才能更好地提高材料力學的授課水平，使學生能更好地掌握這一門重要的基礎理論課。

參考文獻：

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