基于“卓越工程师”培养的材料力学课程教学改革与探讨

赵淑红 袁威 杨悦乾 王业成 张文姣 赵立军 李蓉

摘要：针对国家提出的“卓越工程师”培养计划的要求，本文对工科重要的专业基础课——材料力学进行教学改革和探讨。本文从教材、课堂教学、试验及竞赛等方面进行教学改革，以“知识和能力发展”为教育思想，以“夯实基础、引导创新”为目标，理论与实践、理论与科研等方面进行相互融合、渗透，提高学生动手能力、创新能力及解决实际问题的能力。

关键词：卓越工程师；材料力学；教学改革；探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）23-0112-02

一、引言

随着科学技术的迅速发展，人才市场需求发生极大的变化，各行各业急需具有实践经验、动手能力和创新能力的人才，因此国家提出“卓越工程师”培养计划，拟用10年时间，培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定人力资源优势。材料力学是工科重要专业基础课之一，是解决工程实际问题必不可少的一门课程，但由于多年理论与实践的脱节，导致学生空有成套的理论知识，面对工程力学问题却无从下手，束手无策。随着国家“九五”～“十二五”的建设计划，高等院校的培养计划也在逐步完善，但在“拓宽口径，培养复合型人才”的原则下，材料力学课程的学时进行大量缩减，在这种教学课时下，必须采取新的特色的教学课程体系和教学方法。因此，使学生在现有的学时下，既能把理论知识学好，又能与工程实践问题结合，符合国家提出的“卓越工程师”的培养计划，如何上好材料力学课，已经成为力学教师在教学中不断进行摸索、思考、出新、反复推敲的重要问题。因此，本文从教材、课堂教学、试验、考核及竞赛等方面进行教学改革，以“知识和能力发展”为教育思想，以“夯实基础、引导创新”为目标，理论与实践（试验）、理论与科研等方面进行相互融合、渗透，提高学生动手能力、创新能力及解决实际问题的能力。

二、进行材料力学教材改革，增加工程案列

材料力学主要研究可变形固体在基本变形、组合变形情况下，满足强度、刚度和稳定性等。现有教材根据这些方面的研究主要有两种编写形式：一种是根据变形形式进行章的编写，每节编写顺序为内力、应力-强度校核、变形-刚度校核；另一种是根据基本概念——内力、应力、变形等进行章的编写，每节根据变形形式进行编写。在编写过程中，选用的例题偏重于理论公式的应用，针对这种情况进行教材改革，增加工程案例，写明分析、解决工程问题的过程，并把工程案例分析列为每章的一节，使学生有意识、有目的的进行学习，循序渐进，提高解决工程问题能力。

三、建立“卓越工程师”课堂教学模式

三尺讲台，育人一生。课堂教学方法、手段的灵活性是优秀教师实现完美教学的模式。

1.理论与实践结合，提高解决实践问题的能力。材料力学的特点是概念多、公式多，学生感觉不容易理解、难记、枯燥无味，再加上及格胜利、会做题不用理解理论等不端正的思想，学生多对课堂上理论的学习不感兴趣。为了增加学生知识面，拓宽口径，我们对材料力学课时数进行了压缩。针对这种情况，依据教学目的及教学时数的要求，在基本理论的基础上，结合分析工程案例的内容，把理论分析思维与工程解决问题的创造思维结合起来，让理论不再是枯燥的公式、定理的推导，而是鲜活的、有生命的解决工程实践问题，培养学生解决工程问题的能力。为了提高学生的理论应用能力，根据教室现有结构进行分析。例如：分析教室横梁结构。根据现有学生人数及重量、桌椅数量及重量，把梁进行简化——简支梁，混凝土材料，梁在这些力作用下发生弯曲变形，对其进行强度校核，这种教学方式，使学生增加理论的运用能力及解决问题、分析实践的能力。

2.教学的多样性，培养学生工程责任意识。一名优秀的老师，“黑板+粉笔”的教学模式是不够的，老师能通过生动的语言把课程讲授的概念、公式、定理等教学内容完整、规范的表达出来，但她（他）无法做到将复杂的工程结构、机构以及机器展现出来，因此通过现代教学手段，从不同侧面、不同角度展示工程结构，培养工程结构设计安全意识。采用多媒体的方式，可以通过动画展现工程结构，生动形象地表现结构受力后的变形以及破坏形式，特别是那些工程师们小小结构设计的失误，导致多少家庭遭遇失去亲人的痛苦，如重庆彩虹桥倒塌、著名加拿大工程师之戒。同时通过录像看到结构破坏现象，分析工程结构破坏原因，使学生更好地建立设计安全意识。如用理论知识分析桥梁破坏、动车在铁轨上运行时脱轨的破环，使学生增强了设计安全意识，树立做一名合格的工程师的责任意识。

四、建立“卓越工程师”试验教学模式

试验不仅加强学生对所学课程关于材料力学基本理论、基本概念和研究方法的理解，同时培养学生从试验的方法去发现问题、分析问题和解决问题的能力，有效地解决许多理论尚不能解决的工程难题，为科研提供必要的理论数据。

1.夯实基础，引导创新，增加研究型、设计型试验。材料力学试验是提高学生创新能力的一个重要手段。材料力学原有试验大都是验证试验，通过试验验证理论。为了培养应用创新型人才，在原有基本实验基础上，增加研究型、设计型实验。如在原有低碳钢拉伸性能测试实验基础上，扩展为低碳钢板型试件拉伸测试弹性常数，使学生学会电测法测试弹性常数；直梁弯曲测试应力分布规律，扩展为叠梁应力分布规律等。

2.开放实验室，提高学生分析问题的能力和动手能力。为了提高学生分析问题的能力和动手能力，把工程结构与教学理论相融合，进行实验室开放。开放的内容模式有：一方面是教师给出题目，学生选择；另一方面是学生自主选择工程问题，带着问题进入实验研究，探索理论的应用。如电测法在工程中的应用。电测法是将应变转换成电信号进行测量的方法，因此，本试验让学生了解应变片的构造、原理、粘贴方法及与之配套的电阻应变仪的连接方式，掌握应变片在农业机械中的应用；夜晚城市路边的灯光璀璨，照亮回家的路，但路灯杆在风力、自重作用下发生变形，为了保证灯杆不被破环，学生对灯杆进行试验分析，首先粘贴应变片，然后通过仪器及软件进行模拟分析，获得灯杆破坏的力及位置，从而对灯杆进行设计。

3.试验与科研相融合，提高创新应用能力。科研的研究内容代表这一研究方向的前沿，因此依托学校农业机械的优势，把科研思想和方法融于试验教学，把教师的科研融入到试验中，使学生有目的的分析解决问题，不但可以把学过的理论知识融入到实践中，并且通过理论循序渐进地解决实践问题。如开沟器是播种机最重要的关键部件之一，开沟器工作的好坏影响播种机的工作质量，因此对于开沟器的设计要求其在工作时受到的阻力越小越好，因此学生在实验室模拟开沟器在田间工作状态，对开沟器进行受力分析，通过试验测出工作阻力，为开沟器的设计提供基础理论数据。

五、建立合理考核机制模式

考核学生的好坏，历来都是试卷定成败，影响学生培养工程意识的积极性。因此，改变以往的考试模式，试卷不再是简单的理论公式应用，把考核的重点放在工程问题分析上，通过工程问题，用理论知识解决。同时为了避免学生考试发挥失常，影响考试成绩，采用多种形式的考试，如平时各章节公式、概念的小测验；给出工程实例，用理论知识分析和解决问题的大作业；学生通过设计型和研究型的试验，撰写小论文以及试验报告；把作业、小论文、小测验、期末考试等按照一定比例分配，增大小论文比例，提高学生实践分析、解决问题的积极性。

六、积极组织学生参加竞赛活动

力学来源于工程实践，因此力学竞赛的题目都是解决工程问题。如全国周培源力学竞赛涵盖知识广泛，几乎涵盖了大二学过的理论力学、材料力学知识，可以锻炼学生应用理论知识解决工程问题的能力；黑龙江省结构设计大赛采用竹条或纸作为材料进行工程结构设计，竹条制作的塔吊、纸做的桥等结构设计，要求重量轻、承受载荷大。学生通过参加竞赛，增强了理论解决工程问题的能力，同时锻炼了思维意识、提高动手能力和设计、创新能力，通过近几年教师的培训，学生在竞赛中取得优异的成绩，效果较好。

七、结语

以培养“卓越工程师”为目标，利用课堂教学模式，合理安排理论课程教学内容，使学生更好地掌握理论知识，把传授理论知识为主的课堂教学，与培养工程实践能力为主的试验、科研结合起来，不仅使学生掌握了专业理论知识，而且培养了学生的动手能力，从而实现培养学生创造思维、分析问题和解决问题的能力，为材料力学课程体系的改革提供了方法。

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