新工科背景下基于創新創業能力培養的《材料力學》課程教學改革探索

邵瑞影 劉浩 葛偉偉 王洪軍

摘?要：“新工科”建設背景下，在材料力學課程教學過程中如何培養具有創新創業能力的“新工科”人才，本文從教學內容、教學方法、考核方式等多方面融入“新工科”人才的創新創業能力，引導學生自主學習，提高學習興趣和參與度，從而提升本課程的教學質量，培養出高素質、創新性的應用型工程人才。

關鍵詞：創新創業能力;新工科;《材料力學》;教學改革

教育部發布的《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》中指出“以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展，對工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加快工程教育改革創新[1]”。同時，在《新工科建設指南（“北京指南”）》中提出要“強化工程人才的創新創業能力培養，完善工科人才‘創意—創新—創業教育體系，以創新引領創業、創業帶動就業?！毕鄬τ趥鹘y的工科人才，“新工科”人才是指工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才[2]。在“新工科”背景下，為了培養創新創業的人才，各專業課程都要進行改革創新。材料力學作為理論力學的后續課程，它是機械設計制造及其自動化本科專業的主干課程，也是車輛工程、船舶與海洋工程本科專業的專業基礎課程[3]。材料力學課程教學不僅要教會學生專業基礎知識，而且還要培養學生創新創業能力。

一、現階段《材料力學》教學中出現的問題

現階段，多數《材料力學》的教學內容比較陳舊和教學法比較單一，不利于激發學生的創新意識。而材料力學課程的內容理論性比較強，學生學起來具有枯燥無味，從而產生抵觸情緒，進而失去學習熱情。多數老師直接從學校到學校，理論知識扎實，但缺乏工程實踐經驗。材料力學課程授課過程中，過多的考查學生對重要知識點的理解力和計算能力，在學生的創新創業能力培養上比較少?；谝陨蠁栴}迫切需要《材料力學》的教學方法和教學內容、考核形式等方面的改革，提高材料力學課程的教學質量，培養學生的創新創業能力和創新精神。

二、新工科背景下基于創新創業能力培養材料力學的改革措施

（一）改革教學內容和環節，融入創新創業能力

1.優化理論教學內容，采取模塊化教學

《材料力學》課程原來是64課時，現在調整到48課時，授課課時減少，但在新工科背景下要求課堂信息容量要求加大、培養學生的創新創業能力。為了達到這種要求，要考慮機械設計、機械原理等課程內容前后銜接關系，對材料力學的課程內容進行優化整合，簡化理論公式推導，突出創新創業能力培養和工程應用培養。由于《材料力學》研究的軸向拉壓、剪切、扭轉、彎曲等四種基本變形具有共同的特點，都是按照外力——內力——應力——強度這條主線進行學習的，比如在講解截面法求內力時，采取四個模塊分析，針對第一種拉壓模塊要精細講解，第二、三、四種讓學生課下先進行自主分析，上課時提問引導學生講述內容，然后根據學生的情況再進行講解，這樣既節省了時間又提高了學生學習積極性。強度條件的應用這部分內容，為了提高學生的創新設計能力，可以讓學生設計簡單的產品，例如在承受一定的外力作用下且滿足安全性要求設計桌子和椅子的橫截面面積或者橫截面、承受的外力大小一定下校核其是否安全。教師在授課過程中還可以與學生分享教科研過程中的心得體會和經驗，潛移默化地引導學生進行自主探究和激發學生創新思維。

2.在理論教學中引入abaqus有限元仿真軟件

將abaqus有限元仿真件引入課堂教學，提供一個交互式動態仿真平臺，把抽象的理論知識通過可視化的圖形直觀地展現出來，使學生深刻了解內容[4]。例如，在講述應力集中問題時，將開孔薄板的圓孔通過abaqus軟件做了相應的有限元實例分析，將枯燥的難理解的概念，利用該軟件進行仿真模擬，得到直觀形象的圖形，可加深學生對材料力學中比較抽象的知識點的直觀理解。在業余時間里，學生可以通過 abaqus有限元仿真軟件來驗證自己的新創意和新設計方案，迫使學生積極思考，從而提高創新能力。

3.在實驗課中融入創新創業能力

實驗教學體現以人為本、以學生為主的理念，改革原來由指導老師提前將實驗指導書發放給學生，在經過一段時間的預習，在實驗課上動手操作驗證學習內容。雖然學生能夠完成預定的實驗項目，起到鞏固所學知識的作用，只能培養學生的基本實驗技能，但是缺乏創新設計內容，不能培養學生的實踐能力。在新工科背景下，可增加一定量的探索性、研究性、設計性實驗，使學生根據自己的理解，在實驗室或者在老師的指導下提出更多的創新性實驗方案，提高學生的動手能力和創新創業能力。開闊學生的工程實踐思路，高水平的實踐環節既能培養學生應用知識的能力，更能增強學生的創新創業能力。通過實踐環節的改革使學生在走上工作崗位時，能夠承擔起科技創新和技術進步的重擔。因此，在實驗環節要增加比例，并增加探索性、研究性、設計性實驗，以激發學生的創新能力，更好地適應工程技術要求。

（二）改變教學方法，融入創新創業能力

1.開展企業化的實踐活動

在教學過程中堅持企業協同育人，開展技能競賽、素質拓展、模擬面試等企業化的校園實踐活動[5]，堅持工學結合、知行合一，把創新創業教育、專業教育與企業實踐相結合，并利用卓越工程師的有利條件為學生提供前身接觸工程實際的機會，引導學生自己結合理論知識指出工程中出現的實際力學問題，幫助學生更好的理解基本理論知識，激發學生的學習興趣，并逐漸形成工程意識。

在實踐教學中，要注重培養學生的創新能力和團隊合作能力，可采取“必修項目+限選項目+任選項目”相結合的方法，根據學生自身特點，選擇適合自己的實踐項目。然后班級內部自由結合分組確定小組長，以小組為單位承擔實踐教學項目，每小組按照教學要求制定具體計劃，完成實踐環節。在實踐教學檢查環節，可采用PPT匯報自己組的成果，為了防止有的同學應付，各組中隨機抽取匯報人員，匯報之后要回答教師和學生的提問。整個環節都需要全體同學共同參與，培養學生的團隊合作能力、創新能力。

2.運用類比法

學生一般對生活中的事情感興趣，將力學問題和生活實例一對比，學生就容易理解并記住。例如：在介紹極限應力、許用應力及安全系數這三個概念時，可以類比為：一張床最大的承載能力為300斤，超出300斤，這張床就被壓壞了，300斤就比作是極限應力σ0 ，為了使床更安全一些，規定一下它的許用承載能力250斤，250斤比作為許用應力[σ]，n為安全系數，三參數有如下的關系：σ=σ0n≤[σ];若n=1時，σ=300斤>[σ]=[250斤]，這張床不安全;若n=1.5時，σ=200斤<[σ]=[250斤]，這張床安全，且可睡一大人;若n=3時，σ=100斤<[σ]=[250斤]，這張床更安全，且可睡一小孩;依次類推n取越大這張床越安全，故取名為安全系數，也并不是n越大越好，這張床本來能睡一大人的，若n太大變成只能睡一小孩了，這樣也浪費材料，所以不僅要考慮安全方面還要考慮經濟條件。這樣一類比，學生就很容易明白了。通過類比法讓學生在進行工程結構設計時深刻理解了極限應力和許用應力及安全系數的關系，能夠將比較難理解內容變得比較簡單，引導學生積極思考，充分想象，提高學生的創新思維能力。

3.借助多媒體、網絡在線課程，加強創新創業教育

在教學手段上，充分利用多媒體在教學上的優勢，在教學組織中，僅僅是依靠“黑板+粉筆”的教學模式是遠遠不夠的，老師能夠將概念、定理、公式等內容表述清楚，但是無法將復雜的工程實際問題、各種機構展現出來，因此通過多媒體的表現方式，多展示實際的工程案例，圖文音像并茂，生動形象。可借助于材料力學網絡在線課程，學生既可以自主選擇在線學習的時間，也可以根據自身學習的學習進度，將原來的以教為主轉變成以學為主，滿足了不同層次學生的需求，拓展了學生的創新思維，培養了學生自主學習能力。

（三）改革考核形式，創新教育貫穿其中

（1）以前只采用閉卷的形式進行期末考試，未對學生的實踐環節進行考核，無法衡量學生的實踐能力好壞?，F在采用期末考試、實驗和過程性考核相結合的方式，把創新教育貫穿于整個考核過程中。通過撰寫課程小論文、小組匯報等形式，增強對學生行為操守和平時學習過程的考核，調動學生學習的積極性。

（2）鼓勵以學科競賽成績換取課程學分，培養學生創新精神和創新意識。為培養大學生創新意識，提高創新能力，助力大學生創新創業，鼓勵學生參加機電產品、新能源創新創業大賽。

三、結論

本文以培養具有創新、創業能力的“新工科”人才為目標，針對材料力學課程中目前存在問題，對《材料力學》課程的教學內容、教學方法以及考核方式等方面融入了培養創新創業能力并提出了改革的措施，將創新創業能力培養與具體的專業教學進行有機融合，培養創新人才。

參考文獻：

[1]教育部高等教育司.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[J].教高司函[2017]6 號，2017，2.

[2]教育部高等教育司.新工科建設指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017，4：20-21.

[3]孫峙華.在《材料力學》課程教學改革中貫徹CDIO理念的探索[J].科技風，2017.6.

[4]劉瑤，吳濤，等.“新工科”背景下基于創新創業能力培養的教學改革探索——以《通信原理》課程為例.教育現代化，2018，3.

[5]段軍，班宇鑫，等.基于應用型人才培養的材料力學課程改革研究與探討[J].課程教育研究，2015.24.

課題來源：1.2019年教育部產學合作協同育人項目：《基于機電類學生層級式創新創業能力提高的創新實踐基地構建》;2.青島黃海學院智能制造學院標桿學院建設中黨建課題：“課程思政”試點課程《材料力學》建設項目和“新時代下健全民辦高校學生黨員發展質量保障體系研究項目”

作者簡介：邵瑞影（1981-），女，山東菏澤人，碩士，副教授，主要研究方向為機械工程。