面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的材料力學(xué)課程教學(xué)改革

張昆鵬 王收軍 郝淑英 馮晶晶

摘要：工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的材料力學(xué)教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力，適應(yīng)工程師就業(yè)國際化的需要。材料力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對現(xiàn)有教學(xué)體系中存在的不足，可以從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等四個方面進行改革，使該課程的教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生成為國際化工程師人才，具有自主學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新的優(yōu)秀素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;材料力學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0095-02

一、工程教育專業(yè)認(rèn)證概述

2013年6月，我國正式成為全球范圍內(nèi)規(guī)模最大、影響力最廣的國際工程教育互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》的預(yù)備會員國。過去，與發(fā)達國家相比，雖然我國工程教育培養(yǎng)的畢業(yè)生總量遠超過其他國家，但實踐能力卻處于明顯落后的水平。據(jù)《世界經(jīng)濟論壇》統(tǒng)計，美國81%的工程專業(yè)的本科生畢業(yè)后即能勝任相關(guān)工程實踐工作，而中國僅有10%。由此看來，我國高等院校的工程教育仍存在重理論、輕實踐、與工業(yè)需求脫節(jié)等問題?！度A盛頓協(xié)議》是世界上最具影響力的國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議，其宗旨是通過雙邊或多邊認(rèn)可工程教育資格及工程師執(zhí)業(yè)資格，促進工程師跨國執(zhí)業(yè)。因此，加入該協(xié)議對我國的工程專業(yè)教育標(biāo)準(zhǔn)和工程師職業(yè)能力提出了具體且權(quán)威的要求，為我國如何建設(shè)創(chuàng)新型國家和培養(yǎng)大量的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供了方向，同時也將對我國工科畢業(yè)生就業(yè)國際化起到重要的推進作用。天津理工大學(xué)機械工程學(xué)院正在申請機械工程及自動化專業(yè)的工程教育認(rèn)證，筆者在此背景下對機械類專業(yè)本科生的《材料力學(xué)》課程的教學(xué)改革提出了相關(guān)的闡述。

材料力學(xué)是工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過對材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握基本的理論與方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)，并能應(yīng)用材料力學(xué)理論知識解決工程實際問題。例如對發(fā)生基本變形及組合變形的構(gòu)件進行強度、剛度校核及截面尺寸設(shè)計，強度理論的學(xué)習(xí)還可為將來工程中應(yīng)力應(yīng)變的測量提供必備的理論基礎(chǔ)，壓桿穩(wěn)定問題分析可防止工程中的構(gòu)件發(fā)生失穩(wěn)，等等。結(jié)合工程教育背景，為使我們的工程教育與國際接軌，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，《材料力學(xué)》課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面都需要進行相應(yīng)地改革。

二、材料力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

我校機械類專業(yè)本科生的材料力學(xué)課程為64學(xué)時，授課教師按照教學(xué)大綱的要求，將材料力學(xué)的課程體系進行濃縮提煉。依據(jù)專業(yè)特點，材料力學(xué)教學(xué)主要有構(gòu)件的拉伸壓縮、剪切擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形和組合變形，其中涉及的理論包括強度、剛度的計算及校核，對于壓桿的穩(wěn)定性計算也受到了一定程度的重視。教學(xué)方法采用PPT和板書相結(jié)合的方式，重視課堂訓(xùn)練，師生互動?？己朔绞揭云綍r成績和期末考試綜合評定?？偟膩碚f，由于各種各樣的原因，存在課時不夠、教師授課內(nèi)容基本上局限于書本上的內(nèi)容和課本上抽象的力學(xué)模型等問題;學(xué)生則以考試為重，考前突擊復(fù)習(xí)，結(jié)果使學(xué)生理論與實踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)的積極性不高，材料力學(xué)基本的理論知識掌握不牢，缺乏應(yīng)用所學(xué)的材料力學(xué)知識解決實際工程問題的能力。

三、面向工程認(rèn)證的材料力學(xué)教學(xué)改革

（一）教學(xué)理念的改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心，通過評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，使學(xué)生具有專業(yè)基本知識、解決工程實際問題的能力、工程職業(yè)道德、創(chuàng)新意識和社會責(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)》教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)有所轉(zhuǎn)變。教師教學(xué)過程中，不僅要傳授學(xué)生材料力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，更應(yīng)注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。通過對基本知識的掌握，從實際工程問題中抽象、簡化力學(xué)模型，采用材料力學(xué)理論和方法能夠解決實際工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題。以此為目的，積極培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、敢于探索和創(chuàng)造性的能力。這也對教師的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、知識結(jié)構(gòu)和實踐能力提出了新的要求。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革

材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容過去一直按照教材結(jié)構(gòu)，講授拉伸壓縮、剪切擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、組合變形、應(yīng)力強度理論和壓桿穩(wěn)定理論等內(nèi)容。在實際授課過程中，往往由于課時、學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等原因，造成基礎(chǔ)知識講解詳細，而與工程實際相關(guān)的組合變形、強度理論等內(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)與工程實踐、工業(yè)發(fā)展相結(jié)合，針對目前許多工業(yè)領(lǐng)域復(fù)合材料、智能材料的廣泛應(yīng)用，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)適當(dāng)增加相關(guān)的基本知識，使學(xué)生能夠了解材料力學(xué)的知識體系，不同的假設(shè)和不同的理論，在解決實際工程問題時能夠加以探索，通過自主學(xué)習(xí)掌握解決不同材料的力學(xué)性能分析;建立教師之間的交流平臺，分享教師所作的工程項目并將其作為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)知識用于解決工程實際問題的案例，并對問題的處理過程進行分析講解，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。

（三）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)以及解決相關(guān)工程實際問題打下良好的基礎(chǔ)，加強基礎(chǔ)理論知識與實際問題的結(jié)合是課程教學(xué)改革的關(guān)鍵。特別地，工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的材料力學(xué)教學(xué)應(yīng)適應(yīng)培養(yǎng)國際工程師人才的需要，更應(yīng)對材料力學(xué)教學(xué)方法做出改革。

1.多媒體教學(xué)、板書、計算機仿真相結(jié)合。多媒體授課是當(dāng)前主要的教學(xué)手段，使學(xué)生能夠更加形象生動地掌握材料力學(xué)知識是多媒體教學(xué)是否成功的關(guān)鍵，這就要求在課件制作上要兼顧文字、圖像及動畫的契合。為了提高教學(xué)效果，應(yīng)花費相當(dāng)?shù)木χ谱鞑⒉粩嗤晟?。公式推?dǎo)、習(xí)題講解和關(guān)鍵詞等應(yīng)結(jié)合板書，以便增加學(xué)生的理解，跟進教學(xué)思路，從而提高教學(xué)質(zhì)量。計算機仿真是目前解決工程實際問題的重要方法，引入計算機仿真的圖形結(jié)果，例如應(yīng)力分布云圖等，可以給學(xué)生直觀的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生解決實際問題的興趣;同時可將現(xiàn)在成熟的仿真軟件用于材料力學(xué)中構(gòu)件的應(yīng)力和變形分析，讓學(xué)生自主開發(fā)相應(yīng)的程序，對構(gòu)件進行應(yīng)力和變形分析，使學(xué)生畢業(yè)后能盡快地適應(yīng)工作。

2.啟發(fā)性教學(xué)與互動性教學(xué)相結(jié)合。通過引入生活中常見的力學(xué)現(xiàn)象，或通過參觀實驗室的相關(guān)結(jié)構(gòu)，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高了感性認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神。課堂教學(xué)中，除了知識的講授外，活躍課堂氣氛，增加師生間的交流，能夠有效的集中學(xué)生的注意力，營造一個嚴(yán)肅且活潑的課堂學(xué)習(xí)氛圍。將啟發(fā)性教學(xué)與互動性教學(xué)有機地結(jié)合起來，對于提高學(xué)生的工程師素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)、探索、創(chuàng)新的能力有著至關(guān)重要的作用。

（四）考核方式的改革

目前材料力學(xué)課程的考核方式多采用平時成績、實驗成績和期末考試相結(jié)合的方式，其中平時成績多參照課堂出勤和課后作業(yè)的完成情況。這樣的考核方式在某種程度上促進了部分學(xué)生上課、學(xué)習(xí)的積極性，但仍有學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)時表現(xiàn)松懈。特別是在期末考試前借助于考前突擊，對某些基本公式生搬硬套，通過對重點知識的死記硬背來應(yīng)對考試，造成學(xué)生對材料力學(xué)課程的知識體系、基礎(chǔ)概念和基本理論掌握不足，更無法應(yīng)用材料力學(xué)知識解決工程實際問題。面向工程教育專業(yè)認(rèn)證下的材料力學(xué)課程需要對考核方式進行改革，考核重點應(yīng)強調(diào)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決工程實際問題的能力。對于平時成績的考核而言，課后作業(yè)可以在部分練習(xí)題的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加具有工程背景的實際問題，從學(xué)生解決問題的思路、實際問題的抽象、力學(xué)模型的建立及基礎(chǔ)知識的運用來考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。每個學(xué)期可以設(shè)計兩次左右的大作業(yè)，將學(xué)生分組后考察作業(yè)完成情況。實驗環(huán)節(jié)更加注重學(xué)生實驗設(shè)計、實驗原理和實驗結(jié)果的對比等，除去基本的拉伸壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形實驗，可以考慮結(jié)合任課教師的專業(yè)背景與科研項目，增加學(xué)生在實際工程中通過實驗解決部分問題的能力。在期末考試環(huán)節(jié)中，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的實際要求，試題更應(yīng)側(cè)重于對學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本理論的考核，需增加一些利用材料力學(xué)理論和方法解決實際問題的綜合性試題。

四、結(jié)語

材料力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。新形勢下，面向工程教育專業(yè)背景的材料力學(xué)教學(xué)改革更應(yīng)與時俱進。為提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，解決工程實際問題的能力，在材料力學(xué)教學(xué)中做出適當(dāng)改革。筆者在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進行了相關(guān)的闡述。通過材料力學(xué)課程的教學(xué)改革，不但有利于提高教學(xué)質(zhì)量，強化教學(xué)效果，最終的目的是培養(yǎng)學(xué)生成為國際化的工程師人才，使學(xué)生具備自主學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新的優(yōu)秀素質(zhì)。

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