大类招生背景下研究生专业课程教学方法改革的思考——以复合材料力学课程为例

孙先念，夏冬生，王沛，姚征，刘杨

（大连海事大学 交通运输工程学院，辽宁 大连）

我国高校的大类招生与培养改革旨在以“厚基础，宽口径”的原则来强化大学生的做人（人格素质）和做事（职业能力）的基础，并根据人才培养目标要求，以市场需求为导向，以国民经济结构变化为依据，以支柱产业和高新技术产业发展为重点，突破单一学科式地专门设置模式，使大学毕业生具有更强的创新能力，并更好地适应社会需求。为实现这一目标，除了在招生、专业引导与分流等管理环节进行调整之外，还需要将本科课程体系模块化为“全校通修课程+学科通修课程+专业发展课程+开放选修课程”等层次以适应大类培养模式。在硕士研究生阶段，由于研究生（特别是学术型硕士研究生）的专业性强，目前仍然以专业化培养模式为主。因此，如何有效衔接这两个阶段基于不同培养模式的课程体系，是研究生教育领域一个需要关注的问题。本文以复合材料力学研究生课程为例，在浅析大类招生背景下新本科生课程体系对研究生课程教学影响的基础上，结合自身的教学经验，提出硕士研究生专业课程渐进式教学方法，为深化大类人才培养改革，提高研究生专业能力提供思路。

一 大类招生背景下的本科生课程体系对硕士研究生专业课程的主要影响

据统计，2020年除军事院校外的134所“双一流”建设高校中，共有115所高校不同程度地实施了大类招生与专业分流，占比85.82%。其中，41所一流大学建设高校均实行大类招生与培养改革[1]。当前，我国高校的大类招生与培养改革基本形成了以专业大类与试验班为载体的不同类型的学科方案和培养模式[2-4]。与专业化培养模式相比，大类招生倡导的是“厚基础，宽口径”的培养原则，与之相对应的，本科生课程体系被划分为“全校通修课程+学科通修课程+专业发展课程+开放选修课程”等多个层次。在这样多层次的课程体系中，基础通修课程的教学内容和教学学时适当增加，相应的专业必修与选修课程则不得不相应减少，而且，随着大类招生与培养模式的不断深入与发展，本科生课程体系中专业课程需要适用于更为宽泛的专业方向。这样，对于单一具体专业方向来说，直接相关的本科专业课程在广度与深度上被一定程度上弱化了。

对于研究生培养来说，尤其是学术型硕士研究生来说，当前还是以专业化培养模式为主，同时，硕士研究生课程的高阶性决定了其主要内容是建立在广泛扎实的本科专业必修与选修课程基础之上的。然而，在本科大类培养模式下，由于其直接相关的专业知识在广度与深度上的弱化，学生随后在进入具体的研究生专业学习时，普遍会感到学习吃力。事实上，在研究生课程开课初期，教师经常要做的一件事情就是确认学生是否具备本课程所需要的专业基础知识。

在以往，因专业基础知识不充分而感到学习吃力的情况主要发生在跨专业攻读学位的研究生身上。然而近年来，由于大类培养模式的实施，这种现象甚至也会在本硕同专业或相近专业的研究生中出现。究其根源，就在于大类招生培养模式下的本科生课程体系与专业培养模式下的研究生课程体系之间的衔接存在一定程度上的脱节。尤为重要的是，近年来随着研究生招生规模的不断扩大，研究生学习能力势必会有所下降，这就使得两个阶段课程脱节问题愈发突出。要解决这一问题，一方面需要改进研究生教材的编写理念，另一方面，需要改进教学方法来改善教学效果。只有这样，才能使大类培养出来的“厚基础”充分发挥其作用。

二 硕士研究生专业课程渐进式教学方法

针对大类招生培养模式下的本科生课程体系与专业培养模式下的研究生课程之间的脱节问题，有必要在研究生课程中增加部分引导性论述，使学生能够在短时间内理解和掌握新的理论与分析方法，这就需要从研究生教材编写与教学实施两个主要环节出发，共同协作来促进学生学习效率的提高。

研究生课程一般会在讲解一系列基础知识点的基础上来介绍相关领域最新成果和发展动向，但由于面向的受众对象起点高，所以对基础知识的论述概括性强。事实上，研究生课程里的每一个基础知识点往往需要多门本科专业课程来支撑，如果没有全面深入的专业学习，很难真正深入理解其核心内容。这就要求在教材编写时详细阐明读者（研究生）需要具备的专业理论基础，并给出较为具体的专业基础教材或参考文献。同时，在讲授相关知识点之前，教师要基于本科课程基础加以引导，通过渐进式的过渡，使研究生能快速顺利地理解和掌握知识点，从而深入了解专业前沿发展动向。

三 复合材料力学课程特点

复合材料力学课程是固体力学的一个新兴分支，以各向异性且多组分的发挥结构功能为主的复合材料为研究对象，主要分析复合材料及其结构在载荷作用下的力学响应。在前导的本科专业课程体系中，与结构分析相关的课程则主要以各向同性的单一材料结构为主要研究对象。由此可见，两个阶段课程在研究对象上有着显著的差别。由于是研究生课程，复合材料力学涉及了结构分析的方方面面。具体来说，复合材料力学所涉及的仅仅与力学相关的本科专业课程就包括：理论力学、材料力学、结构力学、结构动力学、工程材料力学性能、实验力学、弹性力学、板壳力学、断裂力学、结构可靠性和有限元法等。对于这些课程，只有传统的工程力学专业大学生才有可能学习其中的大部分内容，对于大类培养的大部分工科专业学生来说，只会在本科期间学习其中部分内容。显然，在大类招生和培养的背景下，要求学生具备丰富的专业基础知识来学习复合材料力学是不现实的，教师在教学过程采用渐进式教学方法是十分必要的。

四 复合材料力学课程渐进式教学实践

为了使研究生课程与本科相关专业基础更好地衔接，通过设计连续进阶式的讲解方案，选取合适的工程案例，采取由浅入深的渐进式教学思路，使学生尽快理解和掌握现代复合材料及其结构力学的分析理论与设计方法。

复合材料力学课程在概述介绍复合材料基本概念之后，一般会学习各向异性弹性力学基础[5]。对于学生来说，在学习材料力学时，比较熟悉基于杨氏模量和剪切模量的简单本构关系，对广义胡克定律有所了解；随后通过弹性力学课程的学习，学生已能够初步应用该定律。因此，在复合材料力学课程授课时，先基于各向同性材料回顾二维和三维胡克定律，然后再渐次引入横观各向同性、正交各向异性和一般各向异性材料的本构关系，这样学生就会深入理解本构关系中的刚度系数与工程弹性模量之间关系。

在学习纤维增强层合板刚度分析时，可以先与学生一起研究两种各向同性材料组合的复合梁的应力应变分析。这部分内容可视为本科材料力学课程的升阶版，对于土木工程专业的学生来说尤为熟悉。借鉴这部分力学分析思想，将一维的梁分析推广到二维的板结构分析，并引入正交各向异性的本构关系，就可以要求学生自学层合板刚度分析理论，老师只需讲解此部分理论在应用过程中需要注意的问题就足够了。这样，不但调动了学生的自学能力，取得良好的教学效果，还保障了教学进度。

在学习纤维增强单层板的强度理论时，需要强调基于许用应变的强度分析理念。然而，大部分学生在本科专业课学习时，很少接触到两种或两种以上材料构成的结构的强度分析问题，而且大部分学生对结构强度的理解还局限于基于应力的分析，所以很难通过概念介绍来深入理解许用应变。针对这一问题，可以通过选取合适的工程案例开展渐进式教学。例如，在机械类和土木类两类材料力学主要教材中，均选取了以等边角钢与短木柱组成的复合结构承受压缩荷载的简单拉压超静定问题[6-7]，具体问题表述如下：

如图1所示，横截面为250mm×250mm的短木柱，用4根40mm×40mm×4mm的等边角钢加固，并承受压力F。已知角钢的许用应力=160MPa，弹性模量Est=200GPa，木材的许用应力为=12MPa，弹性模量EW=10GPa。试求许可荷载[F]。

图1 轴向压缩钢木复合结构

该复合结构在此状况下的失效是由结构中的角钢先发生破坏所导致。这是由于结构的变形协调关系要求两种材料的压缩量相同，压应变也相同，先达到许用应变的材料必然先达到许用应力。于是，将两种材料许用应力与弹性模量相比较，可以得到角钢与木柱的许用应变分别为：

比较上两式，木柱的许用应变大于角钢，因此，无论如何改变角钢与木柱的横截面积比，一直是角钢先达到许用应变，这也是复合材料结构中经常使用许用应变来评价材料间协调性的根本原因。

基于此工程案例，学生可以真正理解复合材料结构强度的内涵—许用应变，进一步学习层合板强度理论就容易多了。值得指出的是，许用应变的讲解也是一个很好的课程思政案例结合点[8]。

由此可见，研究生的复合材料力学课程与诸多的本科专业基础课程有着直接和间接的联系，教师可以通过建立两个阶段课程之间的联系，可以使学生更好理解复合材料分析理论，还可以引导学生提高自身的自学能力。

五 结语

研究生课程的每一个知识点往往需要多门本科专业课程来支撑。研究生教学在充分论证大类培养的学生所掌握的本科专业基础上，从教材编写到教学方案设计两个环节出发，通过设计连续进阶式的讲解方案，选取合适的工程案例，开展由浅入深的渐进式教学，这必然会提高研究生学习效率，取得更满意的教学效果。