卓越計(jì)劃下土建類專業(yè)材料力學(xué)教改研究

曲艷東　賈艷東　孔祥清　翟　誠(chéng)（遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧錦州121001）

卓越計(jì)劃下土建類專業(yè)材料力學(xué)教改研究

曲艷東賈艷東孔祥清翟誠(chéng)
（遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧錦州121001）

材料力學(xué)知識(shí)的了解和掌握透徹與否，直接影響普通高校土建類專業(yè)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，由于材料力學(xué)課程自身理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，公式繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。力學(xué)教師從教學(xué)大綱修訂、現(xiàn)代化教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和考試方法調(diào)整等方面對(duì)力學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革，在一定程度上提高了教學(xué)質(zhì)量。但是，仍然存在互動(dòng)性不足、知識(shí)面狹窄和缺乏新穎性[2]等問(wèn)題。此外，力學(xué)教師對(duì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)重視程度不高，這使得土建類專業(yè)材料力學(xué)與后續(xù)課程知識(shí)銜接性差，嚴(yán)重影響學(xué)生工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)?！白吭接?jì)劃”在全國(guó)的大多數(shù)工科院校部分專業(yè)（如土建類）的陸續(xù)開展落實(shí)，迫切需要力學(xué)教師盡快適應(yīng)高等教育形勢(shì)的發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)科交叉意識(shí)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從傳統(tǒng)的知識(shí)傳授為主的教學(xué)方式向注重學(xué)生工程素質(zhì)能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從單純向?qū)W生傳授知識(shí)技能向重視培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力的主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

基于此，結(jié)合材料力學(xué)的課程特點(diǎn)和土建類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，本文將探討在土建類專業(yè)材料力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中如何提高學(xué)生的工程素質(zhì)，培養(yǎng)他們的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力，以期為“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)模式下土建類專業(yè)材料力學(xué)的教育教學(xué)工作提供建議和參考。

一、培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)

材料力學(xué)源自日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐。在理論教學(xué)中，力學(xué)教師可以在課堂教學(xué)中通過(guò)恰當(dāng)?shù)匾肴粘Ｉa(chǎn)、生活中的力學(xué)現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到其中所蘊(yùn)含的力學(xué)思想，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。例如，在講授緒論時(shí)，把材料力學(xué)發(fā)展史、科學(xué)家傳記和科技新成就等介紹給學(xué)生，讓他們對(duì)材料力學(xué)產(chǎn)生興趣。為了增添課程的學(xué)習(xí)魅力，在對(duì)部分章節(jié)進(jìn)行講授時(shí)，可以穿插典型工程和生活實(shí)例。例如，在講解扭轉(zhuǎn)部分時(shí)，可列舉一些工程實(shí)例，如機(jī)器傳動(dòng)軸，鉆桿，水電站機(jī)組中機(jī)動(dòng)軸，船舶螺旋槳軸。通過(guò)這些具體的工程圖片可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課后，學(xué)生通過(guò)自建扭轉(zhuǎn)模型，施加扭矩，并繪出T圖、計(jì)算最大剪應(yīng)力τmax和扭轉(zhuǎn)角Ф。在講授彎曲部分時(shí)，可以引入生活中的實(shí)例。例如，自然界中樹木需要承受不同方向的風(fēng)力，形成合理的截面——圓形以適應(yīng)懸臂梁的彎矩。通過(guò)引入教室屋頂上的矩形鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)，為何選擇矩形截面且不是扁放而是立放，為何不選擇圓截面和正方型截面等，加深學(xué)生對(duì)梁的合理設(shè)計(jì)內(nèi)容的理解。在講授連接件的實(shí)用計(jì)算時(shí)，力學(xué)教材往往只給出計(jì)算簡(jiǎn)圖，因此，我們可以給出實(shí)際工程和日常生活中各種連接件的具體工程實(shí)例圖，并指出各種連接件是用來(lái)連接何種結(jié)構(gòu)方式，以此增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？傊?，在材料力學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中，力學(xué)教師通過(guò)引入恰當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)例和生活實(shí)例，使學(xué)生帶著好奇心進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)所學(xué)的力學(xué)知識(shí)具有較強(qiáng)的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生對(duì)力學(xué)知識(shí)的理解程度，在被動(dòng)接受和主動(dòng)思考的過(guò)程中培養(yǎng)了他們的工程意識(shí)，起到了事半功倍的效果。

二、培養(yǎng)學(xué)生的工程計(jì)算能力

培養(yǎng)學(xué)生材料力學(xué)的工程計(jì)算能力主要涉及建立力學(xué)模型、合理選擇計(jì)算方法，計(jì)算程序開發(fā)和商業(yè)數(shù)值計(jì)算軟件使用三個(gè)方面?？v觀材料力學(xué)教材，雖然品種繁多，但是均立足于手工計(jì)算，解題依賴技巧，只能瞬時(shí)分析而沒(méi)有過(guò)程分析。而對(duì)力學(xué)系統(tǒng)的瞬時(shí)分析不能滿足后續(xù)課程的需要——課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。隨著商業(yè)計(jì)算軟件的不斷完善和應(yīng)用，材料力學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)不應(yīng)過(guò)度強(qiáng)調(diào)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程和計(jì)算方法，而是應(yīng)著眼于如何培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的工程實(shí)際問(wèn)題的力學(xué)建模能力[3]。因此，應(yīng)該研究和完善地方高校土建類專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，并結(jié)合后續(xù)課程(如《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《土木工程材料》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》和《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)原理》)的教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)引入仿真模擬軟件如ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA和SAP等數(shù)值計(jì)算商業(yè)軟件，并對(duì)幾種典型的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值分析，以提高學(xué)生的計(jì)算工程能力。

三、培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

工程實(shí)踐能力是指要具備在科學(xué)研究、工程運(yùn)行、生產(chǎn)勞動(dòng)、經(jīng)營(yíng)管理、文化生活等方面的實(shí)際工作中，將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際工作相結(jié)合的動(dòng)手、動(dòng)腦能力[4]。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，可將實(shí)驗(yàn)室和教師科研項(xiàng)目面向本科生開放，充分利用第二課堂將實(shí)踐教學(xué)延伸。以科研項(xiàng)目和科技競(jìng)賽活動(dòng)等工程活動(dòng)為載體，通過(guò)系統(tǒng)性、綜合性的科研實(shí)踐，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法。此外，我校還嘗試將大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)納入到正常的實(shí)踐教學(xué)之中，結(jié)合國(guó)家和遼寧省“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽，全國(guó)大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽，遼寧省高校本科大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，校大學(xué)生力學(xué)應(yīng)用能力競(jìng)賽等科技創(chuàng)新活動(dòng)，建立課外實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將創(chuàng)新活動(dòng)賽事，教師科研活動(dòng)等問(wèn)題作為創(chuàng)新活動(dòng)內(nèi)容，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)的能力。

四、培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

（一）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

除配合理論教學(xué)以外，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。如材料力學(xué)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬有關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生能利用課外時(shí)間熟悉各種儀器設(shè)備及相關(guān)實(shí)驗(yàn)程序，再進(jìn)行上機(jī)操作。還可以利用材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。如材料力學(xué)中有關(guān)金屬材料力系性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，首先利用商業(yè)有限元軟件模擬具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并開放實(shí)驗(yàn)室，先讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)程序，再上機(jī)操作。學(xué)生可分成若干小組，相互配合和協(xié)作，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，使所學(xué)的力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。除常規(guī)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，圍繞著如何提高學(xué)生的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，力學(xué)教師還可靈活使用各種教學(xué)方法，充分利用校內(nèi)外資源開展各種工程實(shí)踐活動(dòng)。此外，可以讓學(xué)生參與一些與工程實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如各種大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、開發(fā)實(shí)用軟件、軟件設(shè)計(jì)競(jìng)賽、參與科研課題等。這樣不僅可以培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，還可提高他們分析和解決問(wèn)題的能力。借助計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)、虛擬儀器開發(fā)技術(shù)和多媒體技術(shù)，設(shè)計(jì)材料力學(xué)課程仿真試驗(yàn)系統(tǒng)等來(lái)提高材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)層次和教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)他們的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

（二）學(xué)研結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

研究性教學(xué)具有明顯的開放性，學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)途徑各具特色，在這種開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神尤為重要。為了提高材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)，教師可以嘗試采用研究性教學(xué)方法，通過(guò)組建研究性小組，開展科研訓(xùn)練，小型研討課，指導(dǎo)性設(shè)計(jì)等方式，使學(xué)生從理解和接受式的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿餍院脱芯渴降淖灾鲗W(xué)習(xí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)他們的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研能力。幾乎所有材料力學(xué)教材都以金屬材料，尤其是低碳鋼和鑄鐵為研究對(duì)象，研究“拉、壓、彎、剪、扭”及組合變形等材料力學(xué)性能，對(duì)其它材料涉及得不多。而學(xué)生對(duì)日常生活中的材料的力學(xué)性能比較感興趣，因此，可以組織學(xué)生開展其它金屬材料、紙質(zhì)材料，玻璃材料和混凝土材料的力學(xué)性能研究。通過(guò)引導(dǎo)性教學(xué)，啟發(fā)他們自己思考、研究，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的研究性。結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性及優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、開展創(chuàng)新研究。將所取得的研究成果推廣應(yīng)用于其它工科專業(yè)材料力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，使教學(xué)水平進(jìn)一步提高。

綜上，現(xiàn)行普通地方高校土建類專業(yè)的材料力學(xué)課程嚴(yán)重影響力學(xué)教師教學(xué)的積極性和學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。為了盡快適應(yīng)我國(guó)高等教育形勢(shì)的發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)科交叉意識(shí)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，本文探討在土建類專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)中，如何強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)，提高學(xué)生的工程素質(zhì)。近三年的教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生的基本素質(zhì)、基本知識(shí)、基本能力和基本技能，培養(yǎng)了他們分析、解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

[1]曲艷東，郭鵬飛，賈艷東，等.工程類專業(yè)力學(xué)教育與工程師培養(yǎng)[J].中國(guó)電力教育,2011(8):36.

[2]朱云輝，張茂雨，李博.基于工程化思想的土建類專業(yè)材料力學(xué)課程改革研究[J].高等建筑教育,2014 (23):50.

[3]徐鵬，謝占魁，王復(fù)興，等.材料力學(xué)教學(xué)中加強(qiáng)力學(xué)建模能力的探索與實(shí)踐[J].力學(xué)與實(shí)踐,2014(36):226.

[4]郝永梅，葛秀坤，邵輝，等.地方高校工科學(xué)生工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2011(2):113.

（責(zé)任編輯鄭艷鳳）

G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1672-8254（2016）04-0149-02

2015-10-17

遼寧省大學(xué)生實(shí)踐教育基地（工程實(shí)踐教育中心）建設(shè)項(xiàng)目“遼寧工業(yè)大學(xué)—錦州市市政工程總公司工程實(shí)踐教育中心”(項(xiàng)目編號(hào)：11，批準(zhǔn)號(hào)：遼教發(fā)[2013]126號(hào)）的研究成果

曲艷東（1978—），男，博士，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院副教授，從事爆炸力學(xué)、爆炸加工和爆炸安全方面的教學(xué)與研究；賈艷東（1969—），男，碩士，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院教授，從事混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)方面的教學(xué)與研究；孔祥清（1982—），女，博士，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院副教授，從事應(yīng)用實(shí)驗(yàn)力學(xué)方面的教學(xué)與研究；翟誠(chéng)（1981—），男，博士研究生，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院講師，從事巖土力學(xué)方面的教學(xué)與研究。