新工科與工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下材料力學(xué)課程教學(xué)改革思考

1、新工科與工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下材料力學(xué)課程教學(xué)改革思考摘 要：材料力學(xué)課程是工科專業(yè)的核心課之一，在培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等方面作用顯著。近年來(lái)，國(guó)家 適時(shí)推進(jìn)的新工科建設(shè)與高校工程教育專業(yè)認(rèn)證工作給傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程教學(xué)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，教學(xué)改革勢(shì)在必行。針對(duì)材料力學(xué)在課程教學(xué)中存在的工程實(shí)踐案例分析少、填鴨式的教學(xué)效果差、考核與評(píng)價(jià)方式單一等問(wèn)題，圍繞材料力 學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容，探討了教學(xué)改革的基本思路，并提出了相關(guān)的建設(shè)內(nèi)容，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐獲得了驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：新工科；工程教育專業(yè)認(rèn)證；材料力學(xué)；課程改革近年來(lái)，我國(guó)出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)緩慢、傳統(tǒng)制造業(yè) 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力削弱等問(wèn)題，為了推動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展

2、，國(guó)家實(shí) 施了 “中國(guó)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(shí)踐能力與創(chuàng)新能力、能 適應(yīng)未來(lái)國(guó)際化發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型人才為應(yīng)對(duì) 新時(shí)代對(duì)工科人才培養(yǎng)提出的高要求，國(guó)家適時(shí)提出 了新工科建設(shè)，并在高校開(kāi)展了工程教育專業(yè)認(rèn)證工 作，作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程，材料力學(xué)在課程教學(xué) 中也需要緊跟時(shí)代節(jié)奏，更新與改革迫切。材料力學(xué)是眾多工科專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)核心課之一， 以重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院為例，授課專業(yè)包括機(jī)械 制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程等。材料力學(xué)課程包括 實(shí)驗(yàn)共計(jì)48-80學(xué)時(shí)，其講授的知識(shí)包括梁的拉伸與壓 縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲，應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論等，對(duì)工程實(shí)踐 如珠港澳大橋

3、等的建設(shè)具有重大的指導(dǎo)意義，廣泛應(yīng)用 于道路、橋梁、建筑等領(lǐng)域。然而隨著新時(shí)代、新技術(shù) 的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)方式已然不能滿足人才培養(yǎng)要求叫因此，在國(guó)家新工科建設(shè)的引領(lǐng)下，結(jié)合重慶工 商大學(xué)正在開(kāi)展的機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)的工程教育 專業(yè)認(rèn)證申報(bào)工作，有必要對(duì)材料力學(xué)教學(xué)進(jìn)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(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題材料力學(xué)與前期的高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)有著緊密 的聯(lián)系，因此課程內(nèi)容也存在著諸如數(shù)學(xué)公式多、內(nèi) 容繁雜與抽象、難以理解或理解偏差大等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò) 不同層次的高校不斷的教學(xué)與實(shí)踐，教學(xué)改革在多方 面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并取得了顯著的成果460由于 辦學(xué)層次與辦學(xué)目標(biāo)的差

4、異，新工科與工程教育專業(yè) 認(rèn)證對(duì)材料力學(xué)的新要求，課程改革仍存在一部分問(wèn) 題，下面以重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院在材料力學(xué)課 程教學(xué)中存在的問(wèn)題為例，進(jìn)行分析。1.1課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐聯(lián)系不緊密材料力學(xué)課程是工科專業(yè)的基礎(chǔ)課之一，開(kāi)設(shè)時(shí) 間長(zhǎng)，教材版本眾多，內(nèi)容相似，重慶工商大學(xué)選用 的是劉鴻文主編的簡(jiǎn)明材料力學(xué)一書(shū)作為教材。 課程在教授的過(guò)程中主要研究對(duì)象以桿件為主，各個(gè) 知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，如桿件的拉伸與壓縮、桿件的彎曲 變形等，如果課程教學(xué)中缺少合適的工程案例來(lái)將各 個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，學(xué)生理解起來(lái)非常抽象。部分力 學(xué)模型簡(jiǎn)化，過(guò)于突兀，對(duì)于第一次學(xué)習(xí)材料力學(xué)的 大二學(xué)生來(lái)說(shuō)也無(wú)法將現(xiàn)實(shí)工程問(wèn)

5、題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單力學(xué) 問(wèn)題。所培養(yǎng)的學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)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(rèn) 證的要求。1.2填鴨式的教學(xué)教學(xué)內(nèi)容多材料力學(xué)內(nèi)容比較雜，涉及的知識(shí)點(diǎn)比較多，因 學(xué)時(shí)限制，部分教師在課程教學(xué)中常采用填鴨式，以 “PowerPoint+板書(shū)”為主，教授內(nèi)容案例分析較多， 試圖讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)解決大量不同類型的題目。授 課互動(dòng)性差，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠，容易造成“教師 累死、學(xué)生困死”的現(xiàn)象。課后布置的作業(yè)以書(shū)本練 習(xí)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(shí)際過(guò)程中遇到的材料工程問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生創(chuàng) 新能力的培養(yǎng)。1.3強(qiáng)調(diào)知識(shí)本身考核與評(píng)價(jià)方式單一材料力學(xué)

6、課程注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，但考核 方式仍以閉卷考試為主，內(nèi)容集中在書(shū)本練習(xí)題，考 試過(guò)多強(qiáng)調(diào)知識(shí)本身，缺少對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，更無(wú)法評(píng) 定出學(xué)生是否有將工程問(wèn)題轉(zhuǎn)化為材料力學(xué)問(wèn)題的能 力，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力。2材料力學(xué)教學(xué)改革的思路與內(nèi)容2.1教學(xué)改革的思路我國(guó)推行的新工科建設(shè)，特別強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生工程 實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。近幾年開(kāi)展的工程教育專業(yè) 認(rèn)證工作也強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)目標(biāo)與課程教學(xué)內(nèi)容的達(dá) 成度問(wèn)題。因此材料力學(xué)課程的教學(xué)改革基本思路 （如圖1所示）為：面向國(guó)家的人才培養(yǎng)要求，以提升 學(xué)生的綜合創(chuàng)新為目標(biāo)導(dǎo)向，從設(shè)計(jì)課程教學(xué)與內(nèi) 容出發(fā)，增加項(xiàng)目實(shí)踐，進(jìn)行考評(píng)方式改革，最終 達(dá)成本課程

7、的本科人才培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生實(shí)踐能 力與創(chuàng)新能力。圖1材料力學(xué)課程教學(xué)改革基本思路2.2教學(xué)改革的內(nèi)容2.2.1教學(xué)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)與人才培養(yǎng)目標(biāo)的對(duì)接工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心， 通過(guò)分析評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，判斷是否達(dá)到了國(guó)際 上既定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種合格性評(píng)價(jià)。在材料力學(xué)課程教學(xué)中，必須根據(jù)國(guó)家對(duì)大學(xué) 生的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)時(shí)修訂課程的教學(xué)大綱，積極調(diào)整 授課內(nèi)容與課時(shí)分配比例，進(jìn)一步理清材料力學(xué)先導(dǎo) 課程與后續(xù)課程的邏輯關(guān)系。材料力學(xué)課程內(nèi)容主要 包括靜力學(xué)、力系的簡(jiǎn)化與平衡、拉伸壓縮變形和剪 切、擠壓的實(shí)用計(jì)算、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形、應(yīng)力狀 態(tài)和強(qiáng)度理論、組合變形及壓桿穩(wěn)定性等理論

8、，要特 別注重設(shè)計(jì)材料力學(xué)的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與人才培養(yǎng)目標(biāo)的 匹配關(guān)系，精選教學(xué)內(nèi)容，尤其是注意理論知識(shí)點(diǎn)如 何與工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)相結(jié)合。2.2.2 PowerPoint+板書(shū)+微視頻+翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)材料力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)不同章節(jié)內(nèi)容，采取 相適應(yīng)的教學(xué)手段，設(shè)計(jì)課堂過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生對(duì)各個(gè) 知識(shí)點(diǎn)的理解，增強(qiáng)教學(xué)效果，做到有的放矢。PowerPoint能夠?qū)⑽淖?、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等集 中在一起，是教師的教學(xué)利器”，在教學(xué)課堂中， 要注意控制多媒體教學(xué)節(jié)奏，尤其特別重視學(xué)生的注 意力是否跟上PowerPoint的節(jié)奏。要善于運(yùn)用黑板和板書(shū)，黑板能夠?qū)⒅攸c(diǎn)知識(shí)保 留在學(xué)生可見(jiàn)的范圍內(nèi)，尤其是在進(jìn)行材料力

9、學(xué)原理 推導(dǎo)、例題分析時(shí)，優(yōu)勢(shì)突出。材料力學(xué)原理公式多、內(nèi)容繁雜、抽象性強(qiáng)，在 教學(xué)過(guò)程中也可增加部分微視頻輔助教學(xué)。微視頻能 夠?qū)⒘W(xué)原理、抽象的公式轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)明生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)， 有助于學(xué)生對(duì)難點(diǎn)知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)教學(xué)“由難入 易，變抽象為形象”。材料力學(xué)課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生存在“一聽(tīng)就懂，一 做就懵”的現(xiàn)象，聽(tīng)的多、做的少，不利于知識(shí)點(diǎn)的掌 握。翻轉(zhuǎn)課堂能夠?qū)W(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生， 因此在教學(xué)過(guò)程中，適當(dāng)加入翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生參與設(shè) 計(jì)課堂教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)效果的提升。2.2.3工程實(shí)踐強(qiáng)化知識(shí)運(yùn)用材料力學(xué)是一門(mén)與工程實(shí)踐結(jié)合度非常高的課 程，特別注重學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此 有必要加強(qiáng)培

10、養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。材料力學(xué)課程有多個(gè)課后實(shí)驗(yàn)供大家學(xué)習(xí)，如低 碳鋼與鑄鐵的拉伸與壓縮性能實(shí)驗(yàn)、材料的泊松比測(cè) 試等，均能提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。但是這些實(shí) 驗(yàn)項(xiàng)目?jī)H僅是課本知識(shí)的簡(jiǎn)單“遷徙”，缺少現(xiàn)實(shí)工 程問(wèn)題的復(fù)雜性。在課程教學(xué)中需要教師深度挖掘工 程問(wèn)題供大家學(xué)習(xí)，強(qiáng)化知識(shí)的運(yùn)用。重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杜彥斌團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展 水泵葉輪的激光熔覆再制造項(xiàng)目，其中葉輪的激光熔 覆涉及材料的拉伸與壓縮、剛度、應(yīng)力與應(yīng)變、彈性 模量、扭轉(zhuǎn)等材料力學(xué)課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)引導(dǎo) 學(xué)生參與項(xiàng)目的實(shí)踐，獲得較好的教學(xué)效果。2.2.4考核方式多樣化材料力學(xué)是從工程中走出來(lái)的一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng) 的課程，傳統(tǒng)的考卷

11、評(píng)分方式考核不能全面評(píng)價(jià)學(xué)生 的能力。以重慶工商大學(xué)為例，現(xiàn)階段考試分?jǐn)?shù)分 為兩部分，“總成績(jī)100%=平時(shí)成績(jī)30%+試卷成績(jī) 70%”，其中平時(shí)成績(jī)由上課出勤、作業(yè)完成情況、 課堂互動(dòng)等內(nèi)容構(gòu)成，缺少多樣化的考核機(jī)制。后期的材料力學(xué)課程教學(xué)中，需要注重考核方式 的多樣化，可嘗試增加與材料力學(xué)相關(guān)的工程實(shí)踐能 力的考核，將考核改革成“考卷分?jǐn)?shù)50%+平時(shí)成績(jī) 15%+工程實(shí)踐35%”，試卷分?jǐn)?shù)和平時(shí)成績(jī)考查學(xué)生 對(duì)基本知識(shí)的掌握情況，工程實(shí)踐考查學(xué)生將基本知 識(shí)轉(zhuǎn)化為工程實(shí)踐能力。工程實(shí)踐可分為項(xiàng)目論文型 和實(shí)踐操作型，以機(jī)械工程學(xué)院正在承擔(dān)的水泵葉輪 激光熔覆再制造項(xiàng)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(xiàng)目相關(guān)的材料力學(xué)工 程問(wèn)題，學(xué)生獨(dú)立尋求解決方案，根據(jù)論文完成情況 或者材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)完成情況由評(píng)分小組評(píng)定分?jǐn)?shù)。3結(jié)語(yǔ)為應(yīng)對(duì)新時(shí)代對(duì)工科人才培養(yǎng)提出的高要求， 國(guó)家適時(shí)提出了新工科建設(shè)，并在高校開(kāi)展了工程教 育專業(yè)認(rèn)證工作。作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)的材料力學(xué)課 程，需要緊跟時(shí)代發(fā)展，融入新理論、新方法，更新 內(nèi)容，并進(jìn)行教學(xué)改革。在此背景下，本文針對(duì)材料力學(xué)在課程教學(xué)中 存在的工程實(shí)踐案例分析少、填鴨式的教學(xué)效果差、 考核與評(píng)價(jià)方式單一等問(wèn)題，圍繞材料力學(xué)課程教學(xué) 改革，以學(xué)生為中心，緊扣教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，提出