新工科背景下《工程材料力学性能》教学模式改革与实践

黎明灿

（新疆大学物理科学与技术学院，新疆乌鲁木齐 830017）

随着新工科背景下工程教育的迅速发展和不断变化的社会需求，工程教育领域面临着诸多挑战和机遇。作为工程教育的核心课程之一，《工程材料力学性能》对于培养学生的工程素养和实践能力具有重要意义。然而，传统的教学模式往往注重理论知识的传授，缺乏对学生实践能力的培养和激发。因此，为了适应新工科背景下学生培养的需求，教学模式的改革和实践变得迫切而重要。通过引入新工科教育理念，强调学生的主动学习和实践能力培养，以及多元化的教学方法和教学资源，希望能够提供一种更具有针对性和实效性的教学模式。通过对这种新模式的实践验证，将评估其对学生工程素养和实践能力培养的影响，并为工程教育领域的教学改革提供有益的经验和启示。

一、新工科背景下《工程材料力学性能》教学要求

新工科教育强调跨学科融合、实践能力培养和创新思维的发展，旨在培养具备全面素质和适应复杂工程实践的工程人才。在这个背景下，对《工程材料力学性能》课程的教学要求也发生了重要变化。新工科背景下的教学要求强调理论与实践的有机结合，传统的教学模式往往过于侧重理论知识的传授，忽视了学生实践能力的培养。而在新工科背景下，教学需要突破传统的课堂边界，将理论知识与实际应用相结合。对于《工程材料力学性能》课程而言，学生不仅需要理解材料力学性能的基本理论，更需要通过实验、仿真或实际项目等实践活动，将理论知识应用于实际工程问题的解决中。这样的教学模式能够使学生在真实的工程环境中培养解决问题的能力，并增强他们的实践经验。其次，新工科背景下的教学要求注重跨学科融合，工程材料力学性能涉及多个学科的知识，如材料科学、力学、结构设计等。在传统的教学模式中，这些学科往往被独立教授，学生难以将它们有效地整合起来。然而，新工科背景下，工程教育强调跨学科融合的重要性，鼓励学生跨越学科边界，综合运用多个学科的知识来解决实际问题。因此，《工程材料力学性能》课程的教学要求需要将多个学科的内容有机地融合起来，培养学生的综合能力和跨学科思维［1］。

此外，新工科背景下的教学要求还强调创新思维和实践能力的培养，工程材料力学性能的研究和应用需要学生具备创新意识和实践能力。传统的教学模式往往侧重知识的灌输和记忆，忽视了学生的创新潜力和实践能力的培养。然而，在新工科背景下，教学要求学生具备创新思维和实践能力，能够主动探索问题、提出解决方案，并将其应用于实际工程项目中。对于《工程材料力学性能》课程而言，教学要求激发学生的创造力，鼓励他们独立思考和探索材料力学性能的新方法和新应用。通过项目驱动的学习和实践活动，学生可以培养解决实际工程问题的能力，并在创新中提升自己的实践能力。最后，随着科技的不断发展和社会需求的变化，工程领域的知识和技能也在不断更新和演变。因此，教学要求学生具备自主学习的能力，能够不断跟进新知识和新技术的发展。对于《工程材料力学性能》课程而言，教学要求学生具备自主学习的能力，通过自主阅读、实验探究、团队合作等方式，不断拓宽自己的知识面和技能，以适应快速变化的工程领域。

二、新工科背景下《工程材料力学性能》教学模式改革的机遇与挑战

（一）《工程材料力学性能》教学模式改革的机遇

在新工科背景下，对《工程材料力学性能》教学模式进行改革具有许多机遇，这些机遇将推动教学模式朝着更为综合、实践导向和学生中心的方向发展。新工科背景下的技术进步和工程实践的发展为教学模式改革提供了机遇。随着科技的飞速发展，工程材料的种类和应用领域日益增多，对于学生掌握材料力学性能的要求也越来越高。这就要求教学模式能够及时地反映和应对这些变化，将最新的工程实践和应用案例融入课程中。通过引入实际工程项目、工业合作等方式，学生能够更直观地了解材料力学性能的应用，并培养解决实际工程问题的能力。同时，新工科背景下的教学资源丰富多样，为教学模式改革提供了机遇。现代教育技术的快速发展使得教学资源更加丰富和可访问，如虚拟实验室、模拟软件、在线教育平台等。这些资源为教学模式改革提供了丰富的工具和平台，可以为学生提供更具交互性和实践性的学习体验。利用这些教学资源可以使学生更深入地理解材料力学性能的概念和原理，同时也增强了学生在实践操作和问题解决方面的能力。

新工科背景下对综合素质的要求为教学模式改革提供了机遇。传统的工程教育注重学生的专业知识和技能，但在新工科背景下，培养学生的综合素质和跨学科能力成为重要目标。在《工程材料力学性能》课程中，除了培养学生对材料力学性能的理解和应用能力外，还应注重学生的创新思维、团队合作、沟通能力等综合素质的培养。通过引入项目驱动的学习、团队合作和演讲等活动，学生能够综合运用所学知识，解决复杂的工程问题，培养出具备综合素质和跨学科能力的工程人才。此外，新工科背景下的教学模式改革也受益于社会对工程教育的重视和支持。工程领域的科技创新和工程项目的推动对于社会发展至关重要，因此社会对工程人才的需求日益增长。新工科背景下的教学模式改革能够更好地满足社会对高素质工程人才的需求，使学生能够适应工程实践的挑战，为社会和行业的发展作出贡献。这也为教学模式改革提供了机遇，促使学校和行业合作，建立实践基地、实习项目等，为学生提供更广阔的实践平台和就业机会。

（二）《工程材料力学性能》教学模式改革的挑战

尽管在新工科背景下对《工程材料力学性能》教学模式进行改革带来了机遇，但同时也面临一些挑战，这些挑战需要教育者和教学者共同努力来应对。在新工科背景下，随着科技的不断进步，教学资源的更新速度变得更快。学校需要不断更新和优化教材、实验设备、软件工具等教学资源，以保持与工程实践的紧密结合。然而，资源的更新和优化需要耗费大量的人力、物力和财力，并且需要与产业界和科研机构进行密切合作。学校和相关部门需要共同努力，加强资源的投入和管理，以确保学生能够获得最新、最优质的教学资源。同时，在传统的教学模式中，学生主要关注专业知识和技能的学习，而在新工科背景下，培养学生的综合素质和跨学科能力成为教学的重要目标。然而，培养学生的综合素质需要跨学科的教学团队和综合性的教学资源，这对学校和教学者提出了更高的要求。学校需要加强教师的综合素质培养，提供跨学科的教学培训和资源支持。

在新工科背景下，传统的考试评价方式可能无法全面评估学生的综合素质和实践能力。因此，学校需要探索新的评估和评价方法，如项目评估、实践报告、团队评价等，以此全面、准确地评价学生的学习成果和能力发展［2］。然而，新的评估和评价方法需要更多的时间和精力，同时也需要教学者和学生的共同努力和适应。教学者需要深入研究和探索有效的评估方法，设计合理的评估指标，并提供必要的指导和反馈，以帮助学生全面发展和提高。同时，学生也需要适应新的评估方式，积极参与实践活动，展现出自己的综合素质和实践能力。此外，教学模式改革还面临着学生需求多样化的挑战。在新工科背景下，学生的背景、兴趣和学习方式存在差异，他们对于教学内容和教学方法也有不同的需求。因此，学校和教学者需要更加关注学生的个体差异，采用多样化的教学策略和方法，满足不同学生的需求。个性化教学、合作学习和自主学习等方法可以帮助教学者更好地适应学生的多样性需求，提高教学效果。

三、新工科背景下《工程材料力学性能》教学模式改革与实践的措施

（一）突破传统束缚，创新教学理念

在新工科背景下，《工程材料力学性能》教学模式的改革需要突破传统束缚，以创新的教学理念为指导，注重培养学生的实践能力和创新思维。传统的理论教学模式注重理论知识的传授，但对于学生的实践能力培养有一定的局限性。而启发式教学强调学生的主动参与和探索，通过提出问题、激发思考、引导发现等方式，激发学生的学习兴趣和积极性。教师可以设计具有挑战性和实践性的问题，鼓励学生进行探索和解决，培养他们的问题解决能力和创新思维，进一步激发学生的学习兴趣，提高学习动力。同时，项目驱动式教学是一种基于实践和团队合作的教学模式，通过学生参与实际工程项目的设计、实施和评估，提升他们的实践能力和综合素质。在《工程材料力学性能》课程中，可以引入小型工程项目，让学生从项目规划、材料选择、力学性能测试等方面全面参与。这种教学模式可以帮助学生更好地理解理论知识的应用，培养解决实际问题的能力，并锻炼团队合作和沟通能力。

新工科背景下，信息技术的快速发展为教学模式改革提供了有力支持，教师可以利用多媒体教学、虚拟实验室、在线学习平台等信息技术手段，增强教学的互动性和趣味性。可以通过模拟软件展示材料力学性能的变化过程，让学生能够直观地观察和分析。此外，利用在线学习平台，可以提供更多的学习资源和交流平台，促进学生之间的合作学习和师生互动。新工科背景下，学生的参与和实践是培养他们创新能力和解决实际问题的关键，学校应鼓励学生参与科研项目或工程实践，为他们提供机会与导师合作，参与真实的工程项目或科学研究。这种实践性的学习可以使学生深入了解工程材料力学性能的实际应用和挑战，并培养他们的团队合作、解决问题和创新思维能力。同时，新工科背景下，工程材料力学性能的教学模式需要与其他学科进行融合，打破学科之间的壁垒，促进综合性的学习。教师可以与其他学科的教师合作，共同设计跨学科的课程或项目，让学生在跨学科的环境中学习和应用工程材料力学性能的知识。如与材料科学、工程力学或结构设计等学科进行合作，将多学科知识融入教学中，使学生能够全面理解工程材料力学性能的影响因素和应用场景。

（二）引入工程案例，丰富教学内容

在新工科背景下，《工程材料力学性能》教学模式的改革需要注重丰富教学内容，以培养学生的实践能力和应用技能。引入工程案例是一种有效的策略，可以将理论知识与实际工程应用相结合，使学生能够更好地理解和应用所学的材料力学性能知识。教师可以选择具有代表性和实用性的工程案例，并将其融入教学中。这些案例可以涵盖不同材料的力学性能测试和分析，包括金属材料、复合材料、陶瓷材料等。通过详细介绍案例的背景、问题和解决方案，教师可以帮助学生了解材料力学性能在实际工程中的应用和重要性［3］。通过案例的分析和讨论，学生可以深入理解材料的力学行为、性能评估和优化方法。通过真实的案例，学生可以将理论知识与实际相结合，增强学习的实用性和可操作性。他们可以主动参与案例分析，提出问题和解决方案，培养自主学习和批判性思维能力。同时，工程案例还可以激发学生的创新思维，鼓励他们提出新颖的材料设计和改进方案，培养工程实践中的创新能力。

为了丰富教学内容，教师还可以将多媒体技术与工程案例相结合，创造生动的教学环境。借助多媒体展示材料力学性能的测试过程、结果分析和实际应用案例，可以使学生更直观地理解和感受材料力学性能的实际表现。例如，通过视频展示材料的断裂行为、变形过程和应力分布等，可以帮助学生形成更深刻的印象，并加深对材料力学性能的理解。为了提高教学效果，教师还可以组织实地考察和实验实践。学生可以参观工程实例、实验室或生产现场，亲身感受材料力学性能在实际工程中的应用。实地考察可以让学生近距离观察和了解不同材料的力学性能特点，并与实际工程情境进行对比和分析。同时，进行实验实践可以让学生亲自操作材料力学性能测试设备，掌握实验技巧和数据处理方法。这样的实践经验将有助于学生更深入地理解材料力学性能的测试原理和应用技巧，并培养他们的实验能力和问题解决能力。

（三）优化实验教学，增强创新能力

在新工科背景下，《工程材料力学性能》教学模式的改革需要注重优化实验教学，以提升学生的实践能力和创新能力。实验教学是培养学生动手能力、实验操作技能和科学思维的重要环节。因此，通过优化实验教学策略，教师可以有效促进学生的创新思维和问题解决能力的培养。设计具有挑战性和探索性的实验项目是优化实验教学的关键所在，传统的实验教学往往注重基础实验和现象观察，而在新工科背景下，需要教师更加注重学生的主动参与和探索能力培养。因此，教师可以设计一些开放性实验项目，鼓励学生自主选择实验方案、设计实验装置和进行数据分析。这样的实验项目可以激发学生的创新思维，培养他们的问题解决能力和实验设计能力［4］。同时，随着科学技术的不断进步，学校应及时更新实验设备，引入先进的测试设备和技术，以提供更多实验选项和更精确的测试结果。如采用纳米力学测试设备、计算机模拟软件和虚拟实验平台等，可以使学生更深入地了解材料的力学性能特性，并培养他们的科技创新意识。

合理安排实验课程和实践，充分利用实验资源，这对于优化实验教学也是非常重要的。实践应与理论课程相结合，形成理论与实践相互支持的教学模式。教师可以设计一系列有机衔接的实验课程，逐步引导学生从基础实验到综合性实验的过程。同时，合理分配实验教学资源，确保每位学生都有足够的实验机会和个人实验设备，以提高实验操作的效果和学习体验。此外，学生在进行实验的过程中，应该学会正确记录实验数据，并运用适当的数据处理方法进行分析。教师可以引导学生使用数据处理软件或编程工具进行数据的统计、绘图和模型拟合等操作，从而得出准确的实验结果并进行有效的结论推导。通过这样的实验数据处理和分析，学生可以培养科学思维和数据解读能力，提升创新能力和问题解决能力。在实验结束后，教师可以组织学生进行实验结果的汇报和讨论，让学生分享自己的实验心得、发现和思考。这样的实验结果交流和讨论可以促进学生之间的互动和合作，拓宽学生的视野，激发创新思维和灵感的碰撞。

（四）完善考核机制，注重应用能力

传统的考核方式主要注重对学生知识的记忆和理解程度的评价，而在新工科背景下，教师应更加注重学生的应用能力和解决实际问题的能力的考核。设计综合性的实践性项目可以要求学生运用所学的材料力学性能知识，结合实际工程案例进行问题分析和解决方案的设计。例如，学生可以选择一个特定的工程材料，并研究其力学性能在不同环境条件下的变化规律，进而提出相应的改进措施。通过这样的实践性项目，学生能够综合运用所学的理论知识，培养应用能力和解决问题的能力。同时，教师可以引入实际案例分析和论文阅读等形式，评估学生对材料力学性能在实际工程中应用的理解和掌握程度。学生可以研究和分析相关领域的实际案例，了解材料力学性能的影响因素以及在工程中的应用情况，了解最新的研究成果和应用前沿［5］。通过这样的案例分析和论文阅读，学生可以提升对材料力学性能的实际应用能力和创新思维。

为培养学生的应用能力，可以采用实践报告和团队项目评估等方式评价学生在团队合作、实验操作和数据处理等方面的综合能力。学生可以参与团队项目，共同解决实际工程问题，并撰写实践报告。实践报告可以要求学生详细描述实验过程、数据处理和结果分析，评估学生的团队合作能力和科学写作能力。通过这样的评估方式，学生将得到全面的能力培养和综合素质的提升。此外，在项目评估中，可以采用开放性问题解答的形式，考查学生对材料力学性能知识的灵活应用和问题解决能力。教师可以提出一些开放性的问题，要求学生结合所学的材料力学性能知识，分析和解决实际工程中的问题。这些问题可能涉及材料选择、结构设计、应力分析等方面，学生需要综合运用理论知识，进行深入思考和分析，并给出合理的解决方案。这样的考核方式可以培养学生的创新思维和问题解决能力，提高他们的应用能力和实践能力。

四、结语

在新工科背景下，培养工程材料领域的人才需要更加注重学生的综合素质和实践能力的培养。通过改革教学模式，引入工程实践案例和先进实验设备，激发学生的创新思维和解决问题的能力，将使学生在工程材料力学性能领域具备更强的竞争力。这些措施的实施将推动教育教学水平的提高，为学生的综合素质和职业发展打下坚实基础，同时也为工程领域的发展作出积极贡献。