面向工程教育专业认证的材料力学课程教学改革

张昆鹏 王收军 郝淑英 冯晶晶

摘要：工程教育专业认证背景下的材料力学教学注重培养学生解决实际工程问题的能力，适应工程师就业国际化的需要。材料力学是一门重要的专业基础课，针对现有教学体系中存在的不足，可以从教学理念、教学内容、教学方法及考核方式等四个方面进行改革，使该课程的教学能够培养学生成为国际化工程师人才，具有自主学习、探索创新的优秀素质。

关键词：工程教育专业认证;材料力学;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）36-0095-02

一、工程教育专业认证概述

2013年6月，我国正式成为全球范围内规模最大、影响力最广的国际工程教育互认协议——《华盛顿协议》的预备会员国。过去，与发达国家相比，虽然我国工程教育培养的毕业生总量远超过其他国家，但实践能力却处于明显落后的水平。据《世界经济论坛》统计，美国81%的工程专业的本科生毕业后即能胜任相关工程实践工作，而中国仅有10%。由此看来，我国高等院校的工程教育仍存在重理论、轻实践、与工业需求脱节等问题。《华盛顿协议》是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议，其宗旨是通过双边或多边认可工程教育资格及工程师执业资格，促进工程师跨国执业。因此，加入该协议对我国的工程专业教育标准和工程师职业能力提出了具体且权威的要求，为我国如何建设创新型国家和培养大量的高素质创新型人才提供了方向，同时也将对我国工科毕业生就业国际化起到重要的推进作用。天津理工大学机械工程学院正在申请机械工程及自动化专业的工程教育认证，笔者在此背景下对机械类专业本科生的《材料力学》课程的教学改革提出了相关的阐述。

材料力学是工程类专业的一门重要的专业基础课，通过对材料力学的学习，学生应掌握基本的理论与方法，为后续课程的学习打下良好基础，并能应用材料力学理论知识解决工程实际问题。例如对发生基本变形及组合变形的构件进行强度、刚度校核及截面尺寸设计，强度理论的学习还可为将来工程中应力应变的测量提供必备的理论基础，压杆稳定问题分析可防止工程中的构件发生失稳，等等。结合工程教育背景，为使我们的工程教育与国际接轨，满足工程教育专业认证的要求，《材料力学》课程的教学理念、教学内容、教学方法及考核方式等方面都需要进行相应地改革。

二、材料力学的教学现状

我校机械类专业本科生的材料力学课程为64学时，授课教师按照教学大纲的要求，将材料力学的课程体系进行浓缩提炼。依据专业特点，材料力学教学主要有构件的拉伸压缩、剪切挤压、扭转、弯曲等基本变形和组合变形，其中涉及的理论包括强度、刚度的计算及校核，对于压杆的稳定性计算也受到了一定程度的重视。教学方法采用PPT和板书相结合的方式，重视课堂训练，师生互动。考核方式以平时成绩和期末考试综合评定。总的来说，由于各种各样的原因，存在课时不够、教师授课内容基本上局限于书本上的内容和课本上抽象的力学模型等问题;学生则以考试为重，考前突击复习，结果使学生理论与实践脱节，学习兴趣及学习的积极性不高，材料力学基本的理论知识掌握不牢，缺乏应用所学的材料力学知识解决实际工程问题的能力。

三、面向工程认证的材料力学教学改革

（一）教学理念的改革

工程教育专业认证的核心理念是以学生为中心，通过评价学生的学习成果，使学生具有专业基本知识、解决工程实际问题的能力、工程职业道德、创新意识和社会责任感等基本能力和素质。因此，面向工程教育专业认证的《材料力学》教学理念应当有所转变。教师教学过程中，不仅要传授学生材料力学的基础理论知识，更应注重学生实践能力的培养。通过对基本知识的掌握，从实际工程问题中抽象、简化力学模型，采用材料力学理论和方法能够解决实际工程结构的力学问题。以此为目的，积极培养学生的自主学习、敢于探索和创造性的能力。这也对教师的教学内容、教学方法、知识结构和实践能力提出了新的要求。

（二）教学内容的改革

材料力学的教学内容过去一直按照教材结构，讲授拉伸压缩、剪切挤压、扭转、弯曲、组合变形、应力强度理论和压杆稳定理论等内容。在实际授课过程中，往往由于课时、学生的学习兴趣等原因，造成基础知识讲解详细，而与工程实际相关的组合变形、强度理论等内容过于简单。按照工程教育专业认证的要求，教学内容应充分体现与工程实践、工业发展相结合，针对目前许多工业领域复合材料、智能材料的广泛应用，在教学内容上应适当增加相关的基本知识，使学生能够了解材料力学的知识体系，不同的假设和不同的理论，在解决实际工程问题时能够加以探索，通过自主学习掌握解决不同材料的力学性能分析;建立教师之间的交流平台，分享教师所作的工程项目并将其作为工程背景融入材料力学的课堂教学，作为将材料力学知识用于解决工程实际问题的案例，并对问题的处理过程进行分析讲解，培养学生解决工程问题的能力。

（三）教学方法的改革

学习材料力学的目的是为学生的专业课学习以及解决相关工程实际问题打下良好的基础，加强基础理论知识与实际问题的结合是课程教学改革的关键。特别地，工程教育专业认证背景下的材料力学教学应适应培养国际工程师人才的需要，更应对材料力学教学方法做出改革。

1.多媒体教学、板书、计算机仿真相结合。多媒体授课是当前主要的教学手段，使学生能够更加形象生动地掌握材料力学知识是多媒体教学是否成功的关键，这就要求在课件制作上要兼顾文字、图像及动画的契合。为了提高教学效果，应花费相当的精力制作并不断完善。公式推导、习题讲解和关键词等应结合板书，以便增加学生的理解，跟进教学思路，从而提高教学质量。计算机仿真是目前解决工程实际问题的重要方法，引入计算机仿真的图形结果，例如应力分布云图等，可以给学生直观的感性认识，激发学生解决实际问题的兴趣;同时可将现在成熟的仿真软件用于材料力学中构件的应力和变形分析，让学生自主开发相应的程序，对构件进行应力和变形分析，使学生毕业后能尽快地适应工作。

2.启发性教学与互动性教学相结合。通过引入生活中常见的力学现象，或通过参观实验室的相关结构，有利于调动学生学习的积极性，加强学生学习的主动性，提高了感性认识，培养了学生的探索精神。课堂教学中，除了知识的讲授外，活跃课堂气氛，增加师生间的交流，能够有效的集中学生的注意力，营造一个严肃且活泼的课堂学习氛围。将启发性教学与互动性教学有机地结合起来，对于提高学生的工程师素养，培养学生的学习、探索、创新的能力有着至关重要的作用。

（四）考核方式的改革

目前材料力学课程的考核方式多采用平时成绩、实验成绩和期末考试相结合的方式，其中平时成绩多参照课堂出勤和课后作业的完成情况。这样的考核方式在某种程度上促进了部分学生上课、学习的积极性，但仍有学生在课堂学习时表现松懈。特别是在期末考试前借助于考前突击，对某些基本公式生搬硬套，通过对重点知识的死记硬背来应对考试，造成学生对材料力学课程的知识体系、基础概念和基本理论掌握不足，更无法应用材料力学知识解决工程实际问题。面向工程教育专业认证下的材料力学课程需要对考核方式进行改革，考核重点应强调学生应用所学知识解决工程实际问题的能力。对于平时成绩的考核而言，课后作业可以在部分练习题的基础上，适当增加具有工程背景的实际问题，从学生解决问题的思路、实际问题的抽象、力学模型的建立及基础知识的运用来考察学生的学习情况。每个学期可以设计两次左右的大作业，将学生分组后考察作业完成情况。实验环节更加注重学生实验设计、实验原理和实验结果的对比等，除去基本的拉伸压缩、扭转和弯曲变形实验，可以考虑结合任课教师的专业背景与科研项目，增加学生在实际工程中通过实验解决部分问题的能力。在期末考试环节中，按照工程教育专业认证的实际要求，试题更应侧重于对学生基础知识和基本理论的考核，需增加一些利用材料力学理论和方法解决实际问题的综合性试题。

四、结语

材料力学是一门重要的专业基础课。新形势下，面向工程教育专业背景的材料力学教学改革更应与时俱进。为提高学生的工程素养，解决工程实际问题的能力，在材料力学教学中做出适当改革。笔者在教学理念、教学内容、教学方法和考核方式等方面进行了相关的阐述。通过材料力学课程的教学改革，不但有利于提高教学质量，强化教学效果，最终的目的是培养学生成为国际化的工程师人才，使学生具备自主学习、探索创新的优秀素质。

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