新工科與工程教育專業(yè)認證背景下材料力學課程教學改革思考

1、新工科與工程教育專業(yè)認證背景下材料力學課程教學改革思考摘 要：材料力學課程是工科專業(yè)的核心課之一，在培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力等方面作用顯著。近年來，國家 適時推進的新工科建設與高校工程教育專業(yè)認證工作給傳統(tǒng)的材料力學課程教學帶來了極大的挑戰(zhàn)，教學改革勢在必行。針對材料力學在課程教學中存在的工程實踐案例分析少、填鴨式的教學效果差、考核與評價方式單一等問題，圍繞材料力 學課程教學內(nèi)容，探討了教學改革的基本思路，并提出了相關(guān)的建設內(nèi)容，通過教學實踐獲得了驗證。關(guān)鍵詞：新工科；工程教育專業(yè)認證；材料力學；課程改革近年來，我國出現(xiàn)了經(jīng)濟增長緩慢、傳統(tǒng)制造業(yè) 國際競爭力削弱等問題，為了推動創(chuàng)新發(fā)展

2、，國家實 施了 “中國制造2025人工智能”等重大戰(zhàn)略工程， 因此也迫切需要大量具有工程實踐能力與創(chuàng)新能力、能 適應未來國際化發(fā)展的高素質(zhì)復合型人才為應對 新時代對工科人才培養(yǎng)提出的高要求，國家適時提出 了新工科建設，并在高校開展了工程教育專業(yè)認證工 作，作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程，材料力學在課程教學 中也需要緊跟時代節(jié)奏，更新與改革迫切。材料力學是眾多工科專業(yè)開設的專業(yè)核心課之一， 以重慶工商大學機械工程學院為例，授課專業(yè)包括機械 制造及其自動化、機械電子工程等。材料力學課程包括 實驗共計48-80學時，其講授的知識包括梁的拉伸與壓 縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲，應力狀態(tài)和強度理論等，對工程實踐 如珠港澳大橋

3、等的建設具有重大的指導意義，廣泛應用 于道路、橋梁、建筑等領(lǐng)域。然而隨著新時代、新技術(shù) 的發(fā)展，傳統(tǒng)教學方式已然不能滿足人才培養(yǎng)要求叫因此，在國家新工科建設的引領(lǐng)下，結(jié)合重慶工 商大學正在開展的機械制造及其自動化專業(yè)的工程教育 專業(yè)認證申報工作，有必要對材料力學教學進行改革探 討，以提高高校的工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。1材料力學課程教學存在的問題材料力學與前期的高等數(shù)學、理論力學有著緊密 的聯(lián)系，因此課程內(nèi)容也存在著諸如數(shù)學公式多、內(nèi) 容繁雜與抽象、難以理解或理解偏差大等特點。經(jīng)過 不同層次的高校不斷的教學與實踐，教學改革在多方 面積累了豐富的經(jīng)驗，并取得了顯著的成果460由于 辦學層次與辦學目標的差

4、異，新工科與工程教育專業(yè) 認證對材料力學的新要求，課程改革仍存在一部分問 題，下面以重慶工商大學機械工程學院在材料力學課 程教學中存在的問題為例，進行分析。1.1課程教學內(nèi)容與工程實踐聯(lián)系不緊密材料力學課程是工科專業(yè)的基礎課之一，開設時 間長，教材版本眾多，內(nèi)容相似，重慶工商大學選用 的是劉鴻文主編的簡明材料力學一書作為教材。 課程在教授的過程中主要研究對象以桿件為主，各個 知識點相對獨立，如桿件的拉伸與壓縮、桿件的彎曲 變形等，如果課程教學中缺少合適的工程案例來將各 個知識點串聯(lián)起來，學生理解起來非常抽象。部分力 學模型簡化，過于突兀，對于第一次學習材料力學的 大二學生來說也無法將現(xiàn)實工程問

5、題轉(zhuǎn)化為簡單力學 問題。所培養(yǎng)的學生解決實際工程問題能力稍顯不 足，創(chuàng)新性不足，不能滿足新工科和工程教育專業(yè)認 證的要求。1.2填鴨式的教學教學內(nèi)容多材料力學內(nèi)容比較雜，涉及的知識點比較多，因 學時限制，部分教師在課程教學中常采用填鴨式，以 “PowerPoint+板書”為主，教授內(nèi)容案例分析較多， 試圖讓學生在短時間內(nèi)解決大量不同類型的題目。授 課互動性差，學生學習主動性不夠，容易造成“教師 累死、學生困死”的現(xiàn)象。課后布置的作業(yè)以書本練 習題為主，作業(yè)抄襲現(xiàn)象突出，由于作業(yè)未結(jié)合生產(chǎn) 實際過程中遇到的材料工程問題，嚴重阻礙了學生創(chuàng) 新能力的培養(yǎng)。1.3強調(diào)知識本身考核與評價方式單一材料力學

6、課程注重培養(yǎng)學生實踐能力，但考核 方式仍以閉卷考試為主，內(nèi)容集中在書本練習題，考 試過多強調(diào)知識本身，缺少對知識的運用，更無法評 定出學生是否有將工程問題轉(zhuǎn)化為材料力學問題的能 力，不利于培養(yǎng)學生解決工程問題的能力。2材料力學教學改革的思路與內(nèi)容2.1教學改革的思路我國推行的新工科建設，特別強調(diào)培養(yǎng)學生工程 實踐能力、創(chuàng)新能力。近幾年開展的工程教育專業(yè) 認證工作也強調(diào)人才培養(yǎng)目標與課程教學內(nèi)容的達 成度問題。因此材料力學課程的教學改革基本思路 （如圖1所示）為：面向國家的人才培養(yǎng)要求，以提升 學生的綜合創(chuàng)新為目標導向，從設計課程教學與內(nèi) 容出發(fā)，增加項目實踐，進行考評方式改革，最終 達成本課程

7、的本科人才培養(yǎng)目標，提高學生實踐能 力與創(chuàng)新能力。圖1材料力學課程教學改革基本思路2.2教學改革的內(nèi)容2.2.1教學知識點設計與人才培養(yǎng)目標的對接工程教育專業(yè)認證的核心理念是以學生為中心， 通過分析評價學生的學習成果，判斷是否達到了國際 上既定的質(zhì)量標準要求，是一種合格性評價。在材料力學課程教學中，必須根據(jù)國家對大學 生的培養(yǎng)目標，實時修訂課程的教學大綱，積極調(diào)整 授課內(nèi)容與課時分配比例，進一步理清材料力學先導 課程與后續(xù)課程的邏輯關(guān)系。材料力學課程內(nèi)容主要 包括靜力學、力系的簡化與平衡、拉伸壓縮變形和剪 切、擠壓的實用計算、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形、應力狀 態(tài)和強度理論、組合變形及壓桿穩(wěn)定性等理論

8、，要特 別注重設計材料力學的教學知識點與人才培養(yǎng)目標的 匹配關(guān)系，精選教學內(nèi)容，尤其是注意理論知識點如 何與工程實踐能力的培養(yǎng)相結(jié)合。2.2.2 PowerPoint+板書+微視頻+翻轉(zhuǎn)課堂設計材料力學教學過程中，針對不同章節(jié)內(nèi)容，采取 相適應的教學手段，設計課堂過程，促進學生對各個 知識點的理解，增強教學效果，做到有的放矢。PowerPoint能夠?qū)⑽淖?、圖片、動畫、視頻等集 中在一起，是教師的教學利器”，在教學課堂中， 要注意控制多媒體教學節(jié)奏，尤其特別重視學生的注 意力是否跟上PowerPoint的節(jié)奏。要善于運用黑板和板書，黑板能夠?qū)⒅攸c知識保 留在學生可見的范圍內(nèi)，尤其是在進行材料力

9、學原理 推導、例題分析時，優(yōu)勢突出。材料力學原理公式多、內(nèi)容繁雜、抽象性強，在 教學過程中也可增加部分微視頻輔助教學。微視頻能 夠?qū)⒘W原理、抽象的公式轉(zhuǎn)化為簡明生動的動畫， 有助于學生對難點知識的理解，實現(xiàn)教學“由難入 易，變抽象為形象”。材料力學課程學習中，學生存在“一聽就懂，一 做就懵”的現(xiàn)象，聽的多、做的少，不利于知識點的掌 握。翻轉(zhuǎn)課堂能夠?qū)W習的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學生， 因此在教學過程中，適當加入翻轉(zhuǎn)課堂，讓學生參與設 計課堂教學，促進教學效果的提升。2.2.3工程實踐強化知識運用材料力學是一門與工程實踐結(jié)合度非常高的課 程，特別注重學生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此 有必要加強培

10、養(yǎng)學生的實踐能力。材料力學課程有多個課后實驗供大家學習，如低 碳鋼與鑄鐵的拉伸與壓縮性能實驗、材料的泊松比測 試等，均能提高學生對理論知識的理解。但是這些實 驗項目僅僅是課本知識的簡單“遷徙”，缺少現(xiàn)實工 程問題的復雜性。在課程教學中需要教師深度挖掘工 程問題供大家學習，強化知識的運用。重慶工商大學機械工程學院杜彥斌團隊正在開展 水泵葉輪的激光熔覆再制造項目，其中葉輪的激光熔 覆涉及材料的拉伸與壓縮、剛度、應力與應變、彈性 模量、扭轉(zhuǎn)等材料力學課程的多個知識點，通過引導 學生參與項目的實踐，獲得較好的教學效果。2.2.4考核方式多樣化材料力學是從工程中走出來的一門實用性很強 的課程，傳統(tǒng)的考卷

11、評分方式考核不能全面評價學生 的能力。以重慶工商大學為例，現(xiàn)階段考試分數(shù)分 為兩部分，“總成績100%=平時成績30%+試卷成績 70%”，其中平時成績由上課出勤、作業(yè)完成情況、 課堂互動等內(nèi)容構(gòu)成，缺少多樣化的考核機制。后期的材料力學課程教學中，需要注重考核方式 的多樣化，可嘗試增加與材料力學相關(guān)的工程實踐能 力的考核，將考核改革成“考卷分數(shù)50%+平時成績 15%+工程實踐35%”，試卷分數(shù)和平時成績考查學生 對基本知識的掌握情況，工程實踐考查學生將基本知 識轉(zhuǎn)化為工程實踐能力。工程實踐可分為項目論文型 和實踐操作型，以機械工程學院正在承擔的水泵葉輪 激光熔覆再制造項目為例，首先建立由23位教師組 成的考核小組，布置一系列與項目相關(guān)的材料力學工 程問題，學生獨立尋求解決方案，根據(jù)論文完成情況 或者材料力學實驗完成情況由評分小組評定分數(shù)。3結(jié)語為應對新時代對工科人才培養(yǎng)提出的高要求， 國家適時提出了新工科建設，并在高校開展了工程教 育專業(yè)認證工作。作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)的材料力學課 程，需要緊跟時代發(fā)展，融入新理論、新方法，更新 內(nèi)容，并進行教學改革。在此背景下，本文針對材料力學在課程教學中 存在的工程實踐案例分析少、填鴨式的教學效果差、 考核與評價方式單一等問題，圍繞材料力學課程教學 改革，以學生為中心，緊扣教學培養(yǎng)目標，提出