卓越工程师培养模式下的工程力学教学体系创新研究

2014-12-13魏天路刘新柱

江苏科技信息 2014年6期

魏天路，刘新柱

（佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯 154007）

0 引言

教育部“卓越工程师教育培养计划”，是我国高等教育的一项重大举措，是以科技强国、人才强国为出发点，以培养一大批具有较强的工程应用能力和创新能力为目标的高等教育专项改革。佳木斯大学已经实施2 年多该计划，作为该计划实施的参与者，笔者在“卓越计划”人才培养体系、课程建设体系等方面有了一些浅薄之见，在此和各位专家同仁共同探讨。

工程力学主要包括理论力学和材料力学2 部分，是工科学生重要的专业基础课，是从基础课的理论教育向专业课的应用教育过渡的桥梁与纽带，其重要性不言而喻。但随着高等教育改革的深入，工程力学等课程的学时与以往相比，都不同程度的有所减少，因此迫切需要构建一种符合教学大纲要求、少而精、侧重工程应用能力培养的工程力学教学体系，以适应面向21 世纪培养造就一大批具有较强创新能力、符合经济建设要求的复合型人才的时代要求［1］。

1 紧密联系工程实际，完善实例教学法

卓越工程师应具备较强的现场工作能力，即在工程现场发现问题并解决问题的能力。因此在工程力学理论及实践教学中应加强学生工程应用能力的培养。工程力学课程在大学二年级开设，在此之前学生还没有接触工程实际问题。力学源于实践，力学服务于工程实际，在教学过程中，教师应以具体的工程问题为实例讲解力学的基本原理和基本知识，培养学生发现问题，建立力学模型，利用力学原理解决问题的工程应用能力。多年来，一直采用设疑——分析——解惑的教学方法，即在每节课前，都根据工程实际提出若干个和本次课程有关的问题，在授课过程中对该问题进行分析和讨论，最终形成的讨论结果就是本次课的主要知识点，同时也回答了课前所提出的问题。

例如，在讲解提高梁的弯曲强度措施时，可以设如下疑问：教室内的梁截面是什么形状的，又是如何放置的，为什么这样放置？然后针对这个问题从提高弯曲强度的角度进行讨论。如图1（a）所示，高为h 宽为b 的矩形截面梁竖放时，其抗弯截面模量；如图1（b）所示，矩形截面梁平放时，而，显然竖放时所获得的抗弯截面模量Wx要大于平放时的Wy，从而可以得出矩形截面梁竖放要比平放抗弯能力强的结论［2］。这样的实例很直观地说明了提高梁抗弯强度的一种措施。

图1 矩形截面梁放置方式

又如，在讲解提高轴类构件的抗扭强度时，可以以空心轴和实心轴为例进行说明。在相同载荷作用下，空心轴的截面面积要比实心轴小，在轴的长度相同的情况下，空心轴自然要比实心轴节省材料。这一现象既说明了提高轴类构件抗扭强度的措施，又验证了扭转切应力的分布规律，即。如图2 所示，扭转时某点切应力的大小与该点到圆心的距离成正比，在圆心处切应力为零，在圆轴表面切应力达到最大值。因此将轴线附近受力较小处的材料挪至受力较大的圆轴外表面，可以充分发挥材料的作用，实现提高轴类零件抗扭强度的目标。

图2 扭转切应力分布规律

生活和工程中有很多类似的实例，采用这种实例教学方法既令原本枯燥的理论教学变得生动，又可以将工程实例自然地引入到课堂教学中，加强了理论与实践的联系，培养了学生分析问题、解决问题的工程应用能力，取得了良好的教学效果。

2 适应人才培养要求，加强双语教学建设

卓越的工程技术人才，除了需要掌握扎实的专业知识外，还应具备较强的英语应用能力［3］。这就要求在教学过程中，不仅仅是英语课，包括工程力学在内的其它课程都应有意识地加强学生听、说、阅读英语的能力。英汉双语教学就是提高学生英语应用能力的一种有效途径。工程力学开设在大学二年级，这时学生已经具备了较好的英语基础，且工程力学课程中专业词汇的重复率较高，掌握起来相对较容易，因此工程力学课程完全具备了双语教学的条件。工程力学主要研究工程技术的一般规律，国内外教材的知识体系、教学目标基本相同，实行双语教学可以引进英文原版的教材，从而既完成了教学目标，又可以开拓学生的视野。近年来，人们一直在“卓越工程师班”实行双语教学，学生的力学成绩、英语成绩与其他班级比较都相对优秀，普遍反映良好。

3 完善实验教学，加强创新能力培养

传统的力学实验大都是验证性的实验，即在做实验之前，学生根据所掌握的理论知识，已经知道实验结果大约是什么样的［4］。可以说，这种实验教学方式在很大程度上将学生的思维引入了固定的、由教师设计好的模式，不利于其创造性思维的发展。为此，基于提高学生的工程应用能力和创新能力的目标，根据多年教学中总结的经验，改革传统实验教学方式，设计了一些综合性的实验。

例如，在实验前，将学生分成若干组，给学生布置如下思考题：教室内用钢筋混凝土制成的梁中，如何布置钢筋的位置最合理？学生可以以组为单位进行讨论、设计，然后利用实验设备制作简易模型，将模型安装在实验机上进行实验。根据理论知识分析实验现象产生的原因，根据实验结果讨论设计方案的优劣，在分析与讨论中就可以掌握弯曲正应力的分布规律和塑性材料、脆性材料的拉伸和压缩特性。

这种实验教学方式，以生活中直观的实例为实验研究对象，激发了学生的学习兴趣；以小组为单位动手制作实验模型，提高了学生的团队合作意识，实现了令学生掌握实验仪器操作方法的目标，有效地培养了学生的实际动手能力；分组讨论实验现象及实验结论，提高了学生从生活及工程实例中建立力学模型，并对其进行分析、归纳、总结、拓展的能力。根据对毕业生的追踪及访谈，这种实验教学方式可以很大程度提高学生的工程应用能力，学生普遍反映教学效果良好。

4 改革考核方式，注重应用能力培养

考试成绩是衡量学生对一门课程掌握好坏的主要标准，因此考核方式直接决定了学生的学习方式和学习目标［5］。传统的工程力学考核方式以期末笔试成绩为主，以平时作业、实验、出勤为辅。这种考核方式在很大程度上限制了学生的创新思维，并不能完全反映出学生对工程力学知识是否理解透彻、是否能够独立运用工程力学知识解决工程实际问题。因此，对工程力学的考核方式做出较大的改革，将期末笔试成绩降到总成绩的60%，平时成绩上升到40%，并作如下分配：10%为平时出勤及学习态度考核；10%为实验技能考核；其余的20%为平时大作业的考核。

在新的考核标准中，平时作业所占比重有了显著的增加，同时对作业的内容也做了较大的改革。每学期在不同的授课阶段，根据课程的重点内容，给学生布置综合性的大作业。和以往传统形式的作业有所不同，这些大作业均以工程实例为原型，并不单纯侧重某一知识点的训练与考核，而是将学生在该阶段所掌握的力学知识与其它学科知识相互综合、相互交叉。通过这种方式的作业训练，学生既巩固了该阶段所学的力学知识，又明确了力学知识在其它学科中的具体应用，同时还提高了解决工程实际问题的能力。

改革后的考核方式通过几年来的教学实践检验已经逐步完善，这种考核方式可以引导学生树立正确的学习目标，对提高学生的创新能力和工程应用能力具有积极意义，学生普遍反映良好。这种考核方式人们将陆续向其它课程推广、普及。