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?lèi)偳? 王業(yè)成 張文姣 趙立軍 李蓉

摘要：針對(duì)國(guó)家提出的“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃的要求，本文對(duì)工科重要的專(zhuān)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(yàn)及競(jìng)賽等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以“知識(shí)和能力發(fā)展”為教育思想，以“夯實(shí)基礎(chǔ)、引導(dǎo)創(chuàng)新”為目標(biāo)，理論與實(shí)踐、理論與科研等方面進(jìn)行相互融合、滲透，提高學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及解決實(shí)際問(wèn)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(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)需求發(fā)生極大的變化，各行各業(yè)急需具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的人才，因此國(guó)家提出“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃，擬用10年時(shí)間，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定人力資源優(yōu)勢(shì)。材料力學(xué)是工科重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一，是解決工程實(shí)際問(wèn)題必不可少的一門(mén)課程，但由于多年理論與實(shí)踐的脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生空有成套的理論知識(shí)，面對(duì)工程力學(xué)問(wèn)題卻無(wú)從下手，束手無(wú)策。隨著國(guó)家“九五”～“十二五”的建設(shè)計(jì)劃，高等院校的培養(yǎng)計(jì)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(shí)進(jìn)行大量縮減，在這種教學(xué)課時(shí)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(shí)下，既能把理論知識(shí)學(xué)好，又能與工程實(shí)踐問(wèn)題結(jié)合，符合國(guó)家提出的“卓越工程師”的培養(yǎng)計(jì)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(wèn)題。因此，本文從教材、課堂教學(xué)、試驗(yàn)、考核及競(jìng)賽等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以“知識(shí)和能力發(fā)展”為教育思想，以“夯實(shí)基礎(chǔ)、引導(dǎo)創(chuàng)新”為目標(biāo)，理論與實(shí)踐（試驗(yàn)）、理論與科研等方面進(jìn)行相互融合、滲透，提高學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及解決實(shí)際問(wèn)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(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等?，F(xiàn)有教材根據(jù)這些方面的研究主要有兩種編寫(xiě)形式：一種是根據(jù)變形形式進(jìn)行章的編寫(xiě)，每節(jié)編寫(xiě)順序?yàn)閮?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(xiě)，每節(jié)根據(jù)變形形式進(jìn)行編寫(xiě)。在編寫(xiě)過(guò)程中，選用的例題偏重于理論公式的應(yīng)用，針對(duì)這種情況進(jìn)行教材改革，增加工程案例，寫(xiě)明分析、解決工程問(wèn)題的過(guò)程，并把工程案例分析列為每章的一節(jié)，使學(xué)生有意識(shí)、有目的的進(jìn)行學(xué)習(xí)，循序漸進(jìn)，提高解決工程問(wèn)題能力。

三、建立“卓越工程師”課堂教學(xué)模式

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

1.理論與實(shí)踐結(jié)合，提高解決實(shí)踐問(wèn)題的能力。材料力學(xué)的特點(diǎn)是概念多、公式多，學(xué)生感覺(jué)不容易理解、難記、枯燥無(wú)味，再加上及格勝利、會(huì)做題不用理解理論等不端正的思想，學(xué)生多對(duì)課堂上理論的學(xué)習(xí)不感興趣。為了增加學(xué)生知識(shí)面，拓寬口徑，我們對(duì)材料力學(xué)課時(shí)數(shù)進(jìn)行了壓縮。針對(duì)這種情況，依據(jù)教學(xué)目的及教學(xué)時(shí)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(wèn)題的創(chuàng)造思維結(jié)合起來(lái)，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(shí)踐問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)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(jiǎn)化——簡(jiǎn)支梁，混凝土材料，梁在這些力作用下發(fā)生彎曲變形，對(duì)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(yùn)用能力及解決問(wèn)題、分析實(shí)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(shí)。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(guò)生動(dòng)的語(yǔ)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(lái)，但她（他）無(wú)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(lái)，因此通過(guò)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(jì)安全意識(shí)。采用多媒體的方式，可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)展現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)，生動(dòng)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(jì)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(shí)通過(guò)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(jì)安全意識(shí)。如用理論知識(shí)分析橋梁破壞、動(dòng)車(chē)在鐵軌上運(yùn)行時(shí)脫軌的破環(huán)，使學(xué)生增強(qiáng)了設(shè)計(jì)安全意識(shí)，樹(shù)立做一名合格的工程師的責(zé)任意識(shí)。

四、建立“卓越工程師”試驗(yàn)教學(xué)模式

試驗(yàn)不僅加強(qiáng)學(xué)生對(duì)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(shí)培養(yǎng)學(xué)生從試驗(yàn)的方法去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(shí)基礎(chǔ)，引導(dǎo)創(chuàng)新，增加研究型、設(shè)計(jì)型試驗(yàn)。材料力學(xué)試驗(yàn)是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的一個(gè)重要手段。材料力學(xué)原有試驗(yàn)大都是驗(yàn)證試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證理論。為了培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才，在原有基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加研究型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。如在原有低碳鋼拉伸性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，擴(kuò)展為低碳鋼板型試件拉伸測(cè)試彈性常數(shù)，使學(xué)生學(xué)會(huì)電測(cè)法測(cè)試彈性常數(shù)；直梁彎曲測(cè)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(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力。為了提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力，把工程結(jié)構(gòu)與教學(xué)理論相融合，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放。開(kāi)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(wèn)題，帶著問(wèn)題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)研究，探索理論的應(yīng)用。如電測(cè)法在工程中的應(yīng)用。電測(cè)法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的方法，因此，本試驗(yàn)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(duì)燈桿進(jìn)行試驗(yàn)分析，首先粘貼應(yīng)變片，然后通過(guò)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(duì)燈桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.試驗(yàn)與科研相融合，提高創(chuàng)新應(yīng)用能力。科研的研究?jī)?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(shì)，把科研思想和方法融于試驗(yàn)教學(xué)，把教師的科研融入到試驗(yàn)中，使學(xué)生有目的的分析解決問(wèn)題，不但可以把學(xué)過(guò)的理論知識(shí)融入到實(shí)踐中，并且通過(guò)理論循序漸進(jìn)地解決實(shí)踐問(wèn)題。如開(kāi)溝器是播種機(jī)最重要的關(guān)鍵部件之一，開(kāi)溝器工作的好壞影響播種機(jī)的工作質(zhì)量，因此對(duì)于開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)要求其在工作時(shí)受到的阻力越小越好，因此學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室模擬開(kāi)溝器在田間工作狀態(tài)，對(duì)開(kāi)溝器進(jìn)行受力分析，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出工作阻力，為開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)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(lái)都是試卷定成敗，影響學(xué)生培養(yǎng)工程意識(shí)的積極性。因此，改變以往的考試模式，試卷不再是簡(jiǎn)單的理論公式應(yīng)用，把考核的重點(diǎn)放在工程問(wèn)題分析上，通過(guò)工程問(wèn)題，用理論知識(shí)解決。同時(shí)為了避免學(xué)生考試發(fā)揮失常，影響考試成績(jī)，采用多種形式的考試，如平時(shí)各章節(jié)公式、概念的小測(cè)驗(yàn)；給出工程實(shí)例，用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的大作業(yè)；學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)型和研究型的試驗(yàn)，撰寫(xiě)小論文以及試驗(yàn)報(bào)告；把作業(yè)、小論文、小測(cè)驗(yàn)、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(shí)踐分析、解決問(wèn)題的積極性。

六、積極組織學(xué)生參加競(jìng)賽活動(dòng)

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

七、結(jié)語(yǔ)

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(shí)，把傳授理論知識(shí)為主的課堂教學(xué)，與培養(yǎng)工程實(shí)踐能力為主的試驗(yàn)、科研結(jié)合起來(lái)，不僅使學(xué)生掌握了專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，而且培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維、分析問(wèn)題和解決問(wèn)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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