创新创业能力培养背景下材料力学教学改革

金华兰+赖勇来+郭洪民+章爱生

摘要：材料力学是高校工科专业开设的一门基础课程，本文结合创新创业能力培养要求，指出针对没有专业区分的统一教材内容进行必要的调整和修改的重要性，从而凸显和相应专业课之间的桥梁联系；同时为学生设置提供培养创新创业能力的平台，激发创新意识。改革反馈表明较好地激发了学生学习的主体性，理顺了知识脉络，提高了学习深度，达到了全方位改善课堂质量的目的。

关键词：创新创业；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（2017）42-0103-02

材料力学是高等工科院校必修的专业基础课，是学好后续课程如《结构力学》、《弹性力学》、《材料性能学》、《金属材料成形原理与工艺》及其他专业设计课程的重要基础，同时又可以直接应用于解决工程结构或机械中的实际问题，培养学生工程实践能力。但是，随着社会科技的进步，材料力学的书本内容已远远不能涵盖工程构件中需求的力学问题。尽管如此，学生依然感觉材料力学内容繁杂、覆盖面广，枯燥概念和难以理解的公式多，计算复杂较难建立模型等。而且由于专业越分越细，学生要上的课越来越多。目前，各高校材料力学课程已经压缩到50学时左右或更少，进一步加大了学生学习的难度。学生普遍反映缺乏工程背景知识，上课时思路很难跟上。基于此，本文提出创新创业能力培养背景下材料力学教学改革。学生创新创业能力的培养是指教学过程中既强调开发和提高学生的基本素质、创新精神、创造性思维，同时注重创新创业综合素质和实践能力的提高，尤其是自我创业意识的加强以及创新操作能力的拓展，使其能够独立自主地去发现问题、解决问题，并提出自己的新观点。本课程教学改革旨在充分唤起学生求知欲，有效激发学生学习兴趣，发挥其学习潜能和主观能动性，启发学生的创造性思维，培养工程及协作意识。

一、课程改革的关键措施

1.教学知识体系的改革。成功的教学改革必须依附于合理的知识体系，传统材料力学知识体系的编排理论覆盖面大，内容较为全面，但也较为分散。创新创业能力的培养必须先从教师自身做起，让学生在学习材料力学的过程中感受到“创新”的魅力。各学院材料力学教师应根据本学院学生专业特点及开设的后续专业课，重新编排材料力学的知识体系，使之凸显材料力学和后续专业课程的联系，从而起到与专业课程之间的桥梁作用。笔者是材料科学与工程学院教师，本课程改革在立足于《材料力学》原有基本知识框架的基础上，深化和《材料性能学》、《金属材料成形原理与工艺》等相关课程的联系，帮助学生做好知识体系框架的宏观构建，以便相关学科知识的交叉理解贯穿整个课程教学，使复杂抽象的《材料力学》知识点变得容易理解和掌握，促进学生对知识的深化，从而提高教学质量。比如：《材料性能学》中的“材料单向静拉伸的力学性能”章节和《材料力学》的“拉伸变形”知识点联系密切，两者之间可以相互促进理解，同时，让学生明白《材料力学》是一门必不可少的专业基础课程，从而增强学习动力。

2.课程教学环境的改革。实践是创新之源，工程实践是创新的基础。作为一门重要的专业基础课，具有一定程度相关的工程背景将大大有助于对材料力学理论知识的理解，要求学生凭空想象材料力学知识相关案例，对学生来说难度较大，勉强设想出来的案例也往往趋于理想化而不够真实。事实上，材料力学应该定位到作为一项解决工程实际问题的应用工具和方法，而不仅仅是当作一门知识，满足于教会学生解题能力；这就需要授课老师自己解决或向学院申请解决，寻找到让学生能接触到真实的工程实践环境的途径。笔者通过近年教学试验和实践，总结三条可行的途径：（1）利用各高校正大力开展的创新创业教育模式，如创新学分项目、创新创业训练项目等，开展与材料力学课程相关的研究课题。如为了让学生顺利理解在外部载荷作用条件下结构或者材料的各种应力、应变、反力、位移、能量的数值和变化过程，笔者开展过“基于有限元方法的材料力学应力-应变关系”的研究课题。有限元计算是应用于材料力学问题的一种新型的计算方法和手段，在本课题中，一方面指导学生用图形化的手段，直观地展示这些生涩的概念，给学生以视觉冲击，改变传统力学课程在学生心中的枯燥无味的印象；另一方面，学生在能熟练运用基于有限元方法帮助加深理解应力-应变关系的基础上进一步理解反力、位移、能量等相应概念的数值变化过程，并且鼓励学生在项目的进行过程中加入一些自己的新想法、新手段。（2）针对课程中的重点难点概念和理论，建立与之相关的工程实例模型，以课题实验的形式开展，提高学生利用工程实例深化学习材料力学知识难点的能力，同时反过来又利用所学理论知识解决实际工程问题的能力。事实上理解了材料力学有限的几个重难点后，知识点间就能串联起来，掌握起来就容易多了。（3）尝试引入具有研发能力的企业深度参与课程教学环节，这也是我们开展得非常好的一个教学改革经验。优秀老师的一个重要作用就是为学生开启一扇又一扇窗，让学生本人特别是思维进入到一个又一个切身又广阔的空间去。比如，我们和江铃福特汽车有限责任公司沟通后，作为当地顶尖优秀企业，正所谓能力越大，社会责任越大，他们觉得应该为高校教育尽一份力，允许我们学院学生分批到他们的研发中心和车间参与他们的相应项目和活动，合作的模式是间隔性持续的，这样学生就可以带着上一次的收获和问题进入下一次和工厂团队的活动中去，学生的进步是全方位和阶梯式递增的，不像常规的一次性结束的工程实习。一段时间后，部分学生在该公司已经能起到一个助理工程師的作用，帮忙画相应的图纸，提出很好的方案参考等，为本学院学生和该企业的长期合作开创了很好的前景。在我们为学生精心设计的教学环节里面，学生的积极性、主观能动性完全被激发出来了，材料力学这门课的学习气氛焕然一新，既让学生品尝了创新带来的甘甜，显然又对他们自身的创新创业意识的培养有很好的助推作用。

3.传统教师角色的改革。以上两个以创新创业能力培养为主线的材料力学教学改革措施显然根本性地改变了传统观念上的教师角色定位。对授课教师提出了较大的挑战，在传授知识之前，要根据现有教材建立适合学院专业及适合自己教学特色的知识体系，同时开创性地设置先进合理的教学环境。实践证明，工科教学应当注重培养学生动手能力、思维能力，激发其创新、竞争意识。而学生的这些能力并不能由老师直接给予，必然是适当的教学方法和教学环境下自主发展的结果，教师应该积极地为学生提供科学新颖的知识链条和能激发热情充满活力的工程环境，让学生在课题实验或工厂中运用创新思维去观察、分析和解决问题，促进学生创新创业能力的不断提高。

二、教学改革的反馈与总结

经过近年来的以上教学改革实践，各个专业课老师和毕业设计的老师反映，学生能够很容易运用材料力学的知识分析专业课中出现的问题，在专业课学习中能很好地过渡，学生接受专业知识的能力较往年没有进行本课程教学改革时有了明显提高，大大提高了专业课学习的效率。同时，将工程实际构件抽象为力学模型的能力大幅加强，学生毕业设计的质量大幅度提升，学生普遍能创造性地提出问题并利用多种手段和方法加以解决。

总之，创新创业能力培养背景下材料力学教学改革是对传统教学模式的一次革命，着眼于本专业的实际情况，科学合理地构建各专业课和材料力学交叉知识点的桥梁对应关系，更具针对性的知识体系使教学过程充满延展性和张力。同时，全新的教学环境的添加引导学生参与构建问题、发现问题、解决问题，从而获得知识、发展能力、形成个性，促进创新创业能力的形成，学生获取知识的途径有了根本性的转变。显然，本课程改革也间接促进了教师自身综合素质的提高。但是，材料力学的教学改革是一项漫长且综合性很强的课题，当前包括本人在内的老师在材料力学的教学过程中还存在很多问题，只有在现有经验和改革基础上不断总结，才能更好地提高材料力学的授课水平，使学生能更好地掌握这一门重要的基础理论课。

参考文献：

[1]宋曦，杨静宁.工科专业材料力学教学创新的探索与实践[J].力学与实践，2010，32（2）：142-143，146.

[2]唐根丽，王艳波.大学生创新创业能力培养路径研究[J].四川理工学院学报：社会科学版，2011，26（3）：76-79.endprint