新工科与工程教育专业认证背景下材料力学课程教学改革思考

许 磊 黄 菊

重庆工商大学机械工程学院 重庆 400067

近年来，我国出现了经济增长缓慢、传统制造业国际竞争力削弱等问题，为了推动创新发展，国家实施了“中国制造2025”“人工智能”等重大战略工程，因此也迫切需要大量具有工程实践能力与创新能力、能适应未来国际化发展的高素质复合型人才[1,2]。为应对新时代对工科人才培养提出的高要求，国家适时提出了新工科建设，并在高校开展了工程教育专业认证工作，作为传统的工科专业课程，材料力学在课程教学中也需要紧跟时代节奏，更新与改革迫切。

材料力学是众多工科专业开设的专业核心课之一，以重庆工商大学机械工程学院为例，授课专业包括机械制造及其自动化、机械电子工程等。材料力学课程包括实验共计48～80学时，其讲授的知识包括梁的拉伸与压缩、扭转、弯曲，应力状态和强度理论等，对工程实践如珠港澳大桥等的建设具有重大的指导意义，广泛应用于道路、桥梁、建筑等领域。然而随着新时代、新技术的发展，传统教学方式已然不能满足人才培养要求[3]。

因此，在国家新工科建设的引领下，结合重庆工商大学正在开展的机械制造及其自动化专业的工程教育专业认证申报工作，有必要对材料力学教学进行改革探讨，以提高高校的工科人才培养质量。

1 材料力学课程教学存在的问题

材料力学与前期的高等数学、理论力学有着紧密的联系，因此课程内容也存在着诸如数学公式多、内容繁杂与抽象、难以理解或理解偏差大等特点。经过不同层次的高校不断的教学与实践，教学改革在多方面积累了丰富的经验，并取得了显著的成果[4-6]。由于办学层次与办学目标的差异，新工科与工程教育专业认证对材料力学的新要求，课程改革仍存在一部分问题，下面以重庆工商大学机械工程学院在材料力学课程教学中存在的问题为例，进行分析。

1.1 课程教学内容与工程实践联系不紧密

材料力学课程是工科专业的基础课之一，开设时间长，教材版本众多，内容相似，重庆工商大学选用的是刘鸿文主编的《简明材料力学》一书作为教材。课程在教授的过程中主要研究对象以杆件为主，各个知识点相对独立，如杆件的拉伸与压缩、杆件的弯曲变形等，如果课程教学中缺少合适的工程案例来将各个知识点串联起来，学生理解起来非常抽象。部分力学模型简化，过于突兀，对于第一次学习材料力学的大二学生来说也无法将现实工程问题转化为简单力学问题。所培养的学生解决实际工程问题能力稍显不足，创新性不足，不能满足新工科和工程教育专业认证的要求。

1.2 填鸭式的教学 教学内容多

材料力学内容比较杂，涉及的知识点比较多，因学时限制，部分教师在课程教学中常采用填鸭式，以“PowerPoint+板书”为主，教授内容案例分析较多，试图让学生在短时间内解决大量不同类型的题目。授课互动性差，学生学习主动性不够，容易造成“教师累死、学生困死”的现象。课后布置的作业以书本练习题为主，作业抄袭现象突出，由于作业未结合生产实际过程中遇到的材料工程问题，严重阻碍了学生创新能力的培养。

1.3 强调知识本身 考核与评价方式单一

材料力学课程注重培养学生实践能力，但考核方式仍以闭卷考试为主，内容集中在书本练习题，考试过多强调知识本身，缺少对知识的运用，更无法评定出学生是否有将工程问题转化为材料力学问题的能力，不利于培养学生解决工程问题的能力。

2 材料力学教学改革的思路与内容

2.1 教学改革的思路

我国推行的新工科建设，特别强调培养学生工程实践能力、创新能力。近几年开展的工程教育专业认证工作也强调人才培养目标与课程教学内容的达成度问题。因此材料力学课程的教学改革基本思路(如图1所示)为：面向国家的人才培养要求，以提升学生的综合创新为目标导向，从设计课程教学与内容出发，增加项目实践，进行考评方式改革，最终达成本课程的本科人才培养目标，提高学生实践能力与创新能力。

图1 材料力学课程教学改革基本思路

2.2 教学改革的内容

2.2.1 教学知识点设计与人才培养目标的对接

工程教育专业认证的核心理念是以学生为中心，通过分析评价学生的学习成果，判断是否达到了国际上既定的质量标准要求，是一种合格性评价。

在材料力学课程教学中，必须根据国家对大学生的培养目标，实时修订课程的教学大纲，积极调整授课内容与课时分配比例，进一步理清材料力学先导课程与后续课程的逻辑关系。材料力学课程内容主要包括静力学、力系的简化与平衡、拉伸压缩变形和剪切、挤压的实用计算、扭转变形、弯曲变形、应力状态和强度理论、组合变形及压杆稳定性等理论，要特别注重设计材料力学的教学知识点与人才培养目标的匹配关系，精选教学内容，尤其是注意理论知识点如何与工程实践能力的培养相结合。

2.2.2 PowerPoint+板书+微视频+翻转课堂设计

材料力学教学过程中，针对不同章节内容，采取相适应的教学手段，设计课堂过程，促进学生对各个知识点的理解，增强教学效果，做到有的放矢。

PowerPoint能够将文字、图片、动画、视频等集中在一起，是教师的教学“利器”，在教学课堂中，要注意控制多媒体教学节奏，尤其特别重视学生的注意力是否跟上PowerPoint的节奏。

要善于运用黑板和板书，黑板能够将重点知识保留在学生可见的范围内，尤其是在进行材料力学原理推导、例题分析时，优势突出。

材料力学原理公式多、内容繁杂、抽象性强，在教学过程中也可增加部分微视频辅助教学。微视频能够将力学原理、抽象的公式转化为简明生动的动画，有助于学生对难点知识的理解，实现教学“由难入易，变抽象为形象”。

材料力学课程学习中，学生存在“一听就懂，一做就懵”的现象，听的多、做的少，不利于知识点的掌握。翻转课堂能够将学习的决定权从教师转移给学生，因此在教学过程中，适当加入翻转课堂，让学生参与设计课堂教学，促进教学效果的提升。

2.2.3 工程实践强化知识运用

材料力学是一门与工程实践结合度非常高的课程，特别注重学生创新思维与创新能力的培养，因此有必要加强培养学生的实践能力。

材料力学课程有多个课后实验供大家学习，如低碳钢与铸铁的拉伸与压缩性能实验、材料的泊松比测试等，均能提高学生对理论知识的理解。但是这些实验项目仅仅是课本知识的简单“迁徙”，缺少现实工程问题的复杂性。在课程教学中需要教师深度挖掘工程问题供大家学习，强化知识的运用。

重庆工商大学机械工程学院杜彦斌团队正在开展水泵叶轮的激光熔覆再制造项目，其中叶轮的激光熔覆涉及材料的拉伸与压缩、刚度、应力与应变、弹性模量、扭转等材料力学课程的多个知识点，通过引导学生参与项目的实践，获得较好的教学效果。

2.2.4 考核方式多样化

材料力学是从工程中走出来的一门实用性很强的课程，传统的考卷评分方式考核不能全面评价学生的能力。以重庆工商大学为例，现阶段考试分数分为两部分，“总成绩100%=平时成绩30%+试卷成绩70%”，其中平时成绩由上课出勤、作业完成情况、课堂互动等内容构成，缺少多样化的考核机制。

后期的材料力学课程教学中，需要注重考核方式的多样化，可尝试增加与材料力学相关的工程实践能力的考核，将考核改革成“考卷分数50%+平时成绩15%+工程实践35%”，试卷分数和平时成绩考查学生对基本知识的掌握情况，工程实践考查学生将基本知识转化为工程实践能力。工程实践可分为项目论文型和实践操作型，以机械工程学院正在承担的水泵叶轮激光熔覆再制造项目为例，首先建立由2～3位教师组成的考核小组，布置一系列与项目相关的材料力学工程问题，学生独立寻求解决方案，根据论文完成情况或者材料力学实验完成情况由评分小组评定分数。

3 结语

为应对新时代对工科人才培养提出的高要求，国家适时提出了新工科建设，并在高校开展了工程教育专业认证工作。作为传统的工科专业的材料力学课程，需要紧跟时代发展，融入新理论、新方法，更新内容，并进行教学改革。

在此背景下，本文针对材料力学在课程教学中存在的工程实践案例分析少、填鸭式的教学效果差、考核与评价方式单一等问题，围绕材料力学课程教学改革，以学生为中心，紧扣教学培养目标，提出了相关的建设内容。目前，重庆工商大学机械工程学院正在大力开展工程教育专业认证申请工作，材料力学课程的改革正在积极地进行，改革实践效果有了初步成效，学生对本课程的兴趣有了一定的提升。在今后的课程教学改革实施过程中，将进一步聚焦教学改革思路并形成翔实科学的措施，为材料力学课程改革提供一定的经验借鉴，为国家培养出具有创新性和工程实践能力的应用型人才提供一定的支撑。