工程教育專業(yè)認(rèn)證下材料力學(xué)教學(xué)模式探討

齊寶欣 任德斌 孫威 谷凡

摘要：本文探討了基于工程教育認(rèn)證體制的材料力學(xué)課程體系創(chuàng)新的研究與實(shí)踐，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，在現(xiàn)有課程體系基礎(chǔ)上，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生興趣，豐富教學(xué)手段和加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)行業(yè)需要的優(yōu)秀工程人才。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證; 材料力學(xué);教學(xué)模式;國際化;培養(yǎng)目標(biāo)

1.引言

土木工程專業(yè)根據(jù)上述人才培養(yǎng)目標(biāo)，長期以來，形成了“數(shù)學(xué)-力學(xué)-結(jié)構(gòu)”這樣一條教學(xué)主線，將這一系列的課程作為構(gòu)成學(xué)生主體知識(shí)結(jié)構(gòu)最重要的主干課程。其中的“力學(xué)”是包括理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等在內(nèi)的課程組。材料力學(xué)是承上啟下的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是培養(yǎng)學(xué)生材料的力學(xué)性能分析、強(qiáng)度理論應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的主要課程之一，在土木工程專業(yè)教學(xué)中占有十分重要的地位。材料力學(xué)課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握小變形彈性范圍內(nèi)材料的力學(xué)特性的計(jì)算原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)分析能力，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

我校近年來建立并實(shí)施的材料力學(xué)課程“兩模塊”教學(xué)體系，建立了多媒體教學(xué)結(jié)合CAI教學(xué)手段的創(chuàng)新教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)因材施教。這個(gè)教學(xué)體系更加注重學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，充分注重學(xué)生個(gè)性的發(fā)展和需求，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，因材施教。

2.材料力學(xué)教學(xué)存在的問題

以沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)為例，現(xiàn)有的材料力學(xué)教學(xué)模式主要以理論教學(xué)為主，以材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為輔;在學(xué)生培養(yǎng)方面重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的理論學(xué)習(xí);教師隊(duì)伍建設(shè)方面在教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富具有教授職稱的教師帶領(lǐng)下，以中青年教師為主的教師隊(duì)伍培養(yǎng)模式，注重教學(xué)創(chuàng)新，適應(yīng)當(dāng)前人應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

基于“工程教育認(rèn)證”體制的材料力學(xué)課程體系優(yōu)化研究，將在現(xiàn)有課程體系建設(shè)成果基礎(chǔ)上以“工程教育認(rèn)證”體制為標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)加強(qiáng)課程建設(shè)中的能力培養(yǎng)，突出與生產(chǎn)實(shí)踐的緊密融合。

但現(xiàn)有的材料力學(xué)課程教學(xué)模式存在一些問題有待改革：

（1）教學(xué)理念的改革。工程教育專業(yè)的核心是以學(xué)生為中心，通過評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，使學(xué)生具有專業(yè)基本知識(shí)，解決工程實(shí)際問題的能力，工程職業(yè)道德，創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感等基本能力和素質(zhì)。因此，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的《材料力學(xué)》課程教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)有所轉(zhuǎn)變。

（2）教學(xué)內(nèi)容的改革。材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容一直按照教材結(jié)構(gòu)，講授拉伸與壓縮，剪切與擠壓，扭轉(zhuǎn)，彎曲，組合變形，應(yīng)力強(qiáng)度理論和壓桿穩(wěn)定等在實(shí)際授課過程中，往往由于課時(shí)，學(xué)生的興趣等原因，造成基礎(chǔ)知識(shí)講解詳細(xì)，而工程實(shí)際相關(guān)的組合變形，強(qiáng)度理論等內(nèi)容過于簡單。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)充分體現(xiàn)與工程實(shí)踐、工業(yè)發(fā)展相結(jié)合。將工程背景融入材料力學(xué)的課堂教學(xué)，作為將材料力學(xué)知識(shí)用于解決工程實(shí)際問題的案例，并對(duì)問題的處理過程進(jìn)行分析講解，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。

（3）教學(xué)方法的改革。學(xué)習(xí)材料力學(xué)的目的是為學(xué)生的專業(yè)課學(xué)習(xí)和解決相關(guān)工程實(shí)際問題打下良好的基礎(chǔ)，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)際問題的結(jié)合是課程教學(xué)改革的關(guān)鍵。

（4）教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)單一。教師不注意采取先進(jìn)的教學(xué)手段來充實(shí)自己的教學(xué)活動(dòng)，忽視工程背景滲透教學(xué)、問題教學(xué)等方式的運(yùn)用，導(dǎo)致教學(xué)信息量太小，無法傳授更多的知識(shí)。

（5）啟發(fā)性教學(xué)與互動(dòng)性教學(xué)相結(jié)合。通過引入中常見的力學(xué)現(xiàn)象，或通過參觀實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)結(jié)構(gòu)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高感知認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。

3.工程認(rèn)證下材料力學(xué)教學(xué)改革措施

3.1完善教學(xué)大綱

緊密結(jié)合“工程教育專業(yè)認(rèn)證”體制對(duì)課程提出的基本要求，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)土木工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)狀況以及課程課時(shí)等條件要求，完善、優(yōu)化教學(xué)大綱。從“能力”培養(yǎng)出發(fā)，合理安排理論教學(xué)內(nèi)容。

3.2強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)

現(xiàn)行材料力學(xué)課程包括“兩模塊”教學(xué)體系，分別為材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)和材料力學(xué)理論課學(xué)習(xí)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是對(duì)材料力學(xué)教學(xué)的補(bǔ)充與實(shí)踐。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主旨是通過學(xué)生自主完成材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)動(dòng)手能力。通過直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象深刻理解材料力學(xué)理論。傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要以教師講解為主，在教師講解并做完演示以后，學(xué)生們開展分組實(shí)驗(yàn)，使得每個(gè)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)較少，不能充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。因此，提出學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作后，在老師的指導(dǎo)下建立桿件拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切與擠壓、彎曲變形、組合變形和壓桿穩(wěn)定的模型試件，且豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，有利于進(jìn)行開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.3滲透工程背景，強(qiáng)化概念分析

材料力學(xué)的分析對(duì)象是桿件結(jié)構(gòu)，其源于工程實(shí)際，最終也將回歸工程實(shí)際。課堂教學(xué)中適當(dāng)滲透工程背景，使學(xué)生了解理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)專業(yè)課與工程實(shí)際的銜接和過渡。概念分析則是理論知識(shí)的抽象和提高，對(duì)應(yīng)用材料力學(xué)解決實(shí)際問題有更直接的現(xiàn)實(shí)意義。強(qiáng)化基于基本概念的直觀判斷，突出解題思路、解題方法，使學(xué)生明確“問題的實(shí)質(zhì)是什么？”“解決的方法是什么？”“其它途徑有什么？”。

3.4優(yōu)選教學(xué)方法，革新教學(xué)手段

材料力學(xué)知識(shí)理論性較強(qiáng)，內(nèi)容枯燥，如果教師一味地在課堂講，片面地注重知識(shí)的單向傳授，就會(huì)抑制學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，使學(xué)生很容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，在教學(xué)過程中教師要注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和教學(xué)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考。

采用討論式教學(xué)法。在教師組織和引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過課前預(yù)習(xí)思考，在課堂上就某一問題發(fā)表見解，從而使學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)探尋知識(shí)的一種教學(xué)方法。學(xué)生會(huì)從自己的角度提出對(duì)概念和規(guī)律的理解，就這些不同觀點(diǎn)和看法展開討論，就會(huì)引起學(xué)生的高度興趣和注意，從而產(chǎn)生自主性、探索性和協(xié)同性的學(xué)習(xí)。討論式教學(xué)法是“學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，”這一教學(xué)思想的最好體現(xiàn)。

3.5探索與工程教育認(rèn)證體制相適應(yīng)的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方案

工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中特別指出要注重培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)和在工程實(shí)踐中學(xué)習(xí)的能力。對(duì)于應(yīng)用型與研究型相結(jié)合的本科院校土木工程專業(yè)，材料力學(xué)課程所承擔(dān)的責(zé)任是培養(yǎng)學(xué)生正確理解材料的力學(xué)性能，選定合理結(jié)構(gòu)形式，掌握先進(jìn)計(jì)算工具以及鉆研能力。為此，教師在傳授知識(shí)時(shí)要著重培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力，提倡學(xué)生自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。組織教研小組，推薦學(xué)生查看學(xué)術(shù)期刊上的相關(guān)論文開展研討，鼓勵(lì)學(xué)生寫論文，引導(dǎo)學(xué)生搞發(fā)明。在考核方面加強(qiáng)平時(shí)考核力度，對(duì)部分工程實(shí)用性較強(qiáng)的內(nèi)容，采取布置項(xiàng)目作業(yè)或完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行考核。

以考試改革為突破口，采用“試題分等級(jí)”、“作業(yè)與測(cè)驗(yàn)相結(jié)合”、“工程實(shí)際問題分析”等多種方式進(jìn)行考核，并對(duì)在材料力學(xué)試驗(yàn)中取得優(yōu)異成績學(xué)生的平時(shí)成績予以適當(dāng)加分，這些改革措施可以充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在前期工作的基礎(chǔ)上，尚應(yīng)探索與“工程教育認(rèn)證”體制相適應(yīng)的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方案。

結(jié)論

（1）材料力學(xué)是土木工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在工程教育認(rèn)證體制下，采用創(chuàng)新的教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程奠定理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

（2）材料力學(xué)教學(xué)創(chuàng)新過程中提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)際工程問題解決工程實(shí)際問題的能力。在材料力學(xué)教學(xué)改革中，不僅要注重傳授給學(xué)生基本知識(shí)，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的能力，使學(xué)生有可持續(xù)發(fā)展的后勁。

（3）新形勢(shì)下材料力學(xué)課程的學(xué)生評(píng)價(jià)方案。結(jié)合理論學(xué)習(xí)和解決工程實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生能夠獨(dú)立分析和解決簡單的工程實(shí)際問題。建立解決實(shí)際工程問題相關(guān)的學(xué)生評(píng)價(jià)體系。

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作者簡介：

齊寶欣（1982—），男，吉林雙遼人，博士，副教授，材料力學(xué)教學(xué)方法。

基金項(xiàng)目：

2019年度中國建設(shè)教育協(xié)會(huì)教育教學(xué)科研課題（2019164）;沈陽建筑大學(xué)第十批教育科學(xué)研究二級(jí)立項(xiàng)課題（沈建教字（2018）185號(hào)2-9。