基于卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的材料力學(xué)課程改革方案

摘要：材料力學(xué)課程作為多個(gè)工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生能力培養(yǎng)及后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)的影響。以東北電力大學(xué)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)開設(shè)的材料力學(xué)課程為背景，開展了教學(xué)改革的內(nèi)容和具體措施的論證與實(shí)踐，就教育理念、教學(xué)方法、考核方式以及新的教學(xué)手段等方面進(jìn)行了分析與總結(jié)，取得了較好的階段性成果，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)的卓越工程師后備人才提供了課程改革的有益經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；材料力學(xué)；改革方案

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0102-02

據(jù)報(bào)道，截至2013年底我國開設(shè)工科專業(yè)的本科高校1047所，占本科高?？倲?shù)的91.5%；高等工程教育的本科在校生達(dá)到452.3萬人，占高校本科在校生規(guī)模的32%。當(dāng)前我國高等工程教育的目標(biāo)是培養(yǎng)社會(huì)需要的高級工程技術(shù)人才，但是現(xiàn)階段的教育模式并不能滿足社會(huì)發(fā)展所急需要的專業(yè)技術(shù)人才，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加速，在今后很長時(shí)期內(nèi)，工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)?chuàng)新型高素質(zhì)工程技術(shù)人才的需求將日益迫切。[1]教育部2010年6月正式啟動(dòng)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量的各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)。然而在實(shí)踐過程中，高校除了面臨著更新教學(xué)理念、提高教師能力、增加教育投入、加強(qiáng)學(xué)風(fēng)考風(fēng)建設(shè)等諸多問題之外，課程建設(shè)同樣面臨著配套改革的艱巨任務(wù)。

由于材料力學(xué)課程作為土木工程、輸電工程、給排水、工程管理、熱能動(dòng)力、建筑環(huán)境、機(jī)械等相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，因此其課程體系、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法能否適應(yīng)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃要求對于后續(xù)專業(yè)課的開展具有深遠(yuǎn)影響。本文以東北電力大學(xué)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)開設(shè)的材料力學(xué)課程為背景，就教學(xué)改革的內(nèi)容和具體措施開展研討，旨在探索材料力學(xué)課程在卓越工程師教育培養(yǎng)過程中的改革途徑，提高教學(xué)質(zhì)量。

一、課程特點(diǎn)及改革的必要性

材料力學(xué)課程是一門與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的內(nèi)容體系成熟的經(jīng)典課程，具有較強(qiáng)的理論性、邏輯性和系統(tǒng)性。課程以桿件的變形破壞分析為主，要求學(xué)生掌握桿件的內(nèi)力、應(yīng)力和變形的分析研究方法，能對桿件進(jìn)行合理的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。同時(shí)材料力學(xué)也是一門與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的課程，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和分析解決工程實(shí)際問題的能力。要求學(xué)生具備良好的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、大學(xué)物理基礎(chǔ)和理論力學(xué)基礎(chǔ)，還要求學(xué)生具有良好的科學(xué)素質(zhì)和動(dòng)手能力。在系統(tǒng)地理解基本概念和基本理論的基礎(chǔ)上，需要足夠的復(fù)習(xí)時(shí)間并完成一定量的作業(yè)題，同時(shí)結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的課程模式注重的是講授知識(shí)，教學(xué)偏向?qū)W術(shù)化、對授課效果和學(xué)生掌握程度的考量主要以卷面成績?yōu)橹饕侄?，而對學(xué)生工程實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)效果的評價(jià)多以考查方式進(jìn)行。同時(shí)教師多是畢業(yè)后直接進(jìn)入高校工作，工程背景不足且缺少深入施工現(xiàn)場的機(jī)會(huì)和時(shí)間，使得教師的課堂教學(xué)難以結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行。因此造成多數(shù)教師和學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏足夠的重視，經(jīng)常流于形式。

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的重要內(nèi)容之一是強(qiáng)化學(xué)生的工程能力與創(chuàng)新能力，因此，傳統(tǒng)的課程模式嚴(yán)重影響了卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施效果。為了適應(yīng)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施需要，材料力學(xué)課程必須從理念、內(nèi)容、方法等各方面進(jìn)行相應(yīng)的改革，必須借助計(jì)算機(jī)等新技術(shù)手段及成果，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，探索新的教學(xué)改革途徑。

二、課程改革途徑探索

1.確立“以學(xué)生為本”的現(xiàn)代教育理念

鑒于材料力學(xué)課程理論性較強(qiáng)，采用傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)方法容易產(chǎn)生“枯燥、難懂、不生動(dòng)”的不良效果。學(xué)生長期處于被動(dòng)接受的狀態(tài)就會(huì)直接或間接扼制創(chuàng)新能力的發(fā)展。要在教學(xué)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，必須樹立“以學(xué)生為本”、“以學(xué)生為中心”的理念。教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生、發(fā)展學(xué)生為目的。教師以最專業(yè)化、最佳的服務(wù)促進(jìn)學(xué)生最大限度的發(fā)展，才能體現(xiàn)教師勞動(dòng)的最大社會(huì)價(jià)值。應(yīng)以充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，突出學(xué)生主體地位，體現(xiàn)因材施教、個(gè)性培養(yǎng)和鼓勵(lì)創(chuàng)新的教學(xué)思想來指導(dǎo)教學(xué)改革。

2.設(shè)定合理的課程結(jié)構(gòu)

按照卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的目標(biāo)要求，我?！白吭桨唷钡牟牧狭W(xué)課程最多安排84學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)72學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)；制訂了針對不同專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的教學(xué)大綱；開設(shè)討論課和綜合課，培養(yǎng)學(xué)生全局思路和解決方法，引入教學(xué)樓、電廠廠房設(shè)計(jì)等工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生的工程思維。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增設(shè)了綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性內(nèi)容，對培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、科學(xué)研究能力、觀察能力、創(chuàng)新能力起到重要作用。安排如桁架設(shè)計(jì)等小型綜合性作業(yè)，運(yùn)用載荷計(jì)算、應(yīng)力分析、截面尺寸設(shè)計(jì)、變形及穩(wěn)定性分析等材料力學(xué)知識(shí)提高學(xué)生的綜合能力。

3.整合及精簡教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)工程需求整合教學(xué)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)。將課程中一些繁瑣的理論推導(dǎo)進(jìn)行部分刪減，如慣性積的轉(zhuǎn)軸公式、畸變能公式。內(nèi)容順序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如將軸向拉壓變形、扭轉(zhuǎn)變形及彎曲變形的超靜定問題歸納到一起講解，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。在縮減課時(shí)的同時(shí)突出了重點(diǎn)。

根據(jù)具體授課對象選擇教材及授課內(nèi)容。結(jié)合本校實(shí)際，調(diào)查各開課專業(yè)對材料力學(xué)內(nèi)容的職業(yè)需求，以及后繼課程的需要，進(jìn)一步精選傳統(tǒng)內(nèi)容，拓寬基礎(chǔ)內(nèi)容，為引入當(dāng)代前沿技術(shù)開設(shè)窗口與接口，并進(jìn)一步強(qiáng)化基本知識(shí)、基本理論與基本方法對于卓越工程師人才培養(yǎng)的重要性。

根據(jù)最新科技發(fā)展對材料力學(xué)課程的要求及卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃需要，及時(shí)充實(shí)新的教學(xué)內(nèi)容。組合出單元式的課程內(nèi)容模塊，形成按需選用的開放式課程體系。

4.強(qiáng)化工程能力的培養(yǎng)

（1）強(qiáng)化工程應(yīng)用能力的實(shí)踐訓(xùn)練。以基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主體，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行模塊化整合。開展“創(chuàng)新性”實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生具有良好的團(tuán)隊(duì)精神；設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)鍛煉學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案解決工程實(shí)際問題的能力；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則由學(xué)生提出課題，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行，旨在提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題及解決問題的能力。

（2）強(qiáng)化工程創(chuàng)新能力的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。圍繞“能力”與“創(chuàng)新”，要求學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目及國家或省市技能競賽，接受創(chuàng)新意識(shí)和工程能力的訓(xùn)練。讓學(xué)生學(xué)會(huì)找出問題、分析問題和解決問題的方法。[2]與材料力學(xué)課程直接相關(guān)的競賽（如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽、機(jī)械設(shè)計(jì)競賽、大學(xué)生力學(xué)競賽等各種大學(xué)生科技競賽）可以作為實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的重要實(shí)踐平臺(tái)。以2013年吉林省高校聯(lián)合舉辦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽中，學(xué)生根據(jù)所學(xué)的力學(xué)知識(shí)查閱桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料，從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)出發(fā)對構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、截面選擇及節(jié)點(diǎn)的受力分析做了大量的工作，設(shè)計(jì)出了多種高蹺方案，并取得了良好的競賽成績，讓所學(xué)知識(shí)能夠?qū)W以致用，通過實(shí)戰(zhàn)培養(yǎng)了學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

（3）強(qiáng)化綜合應(yīng)用能力的先導(dǎo)性訓(xùn)練。材料力學(xué)課程是多專業(yè)共享的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。在許多相關(guān)專業(yè)中，結(jié)合工程實(shí)際問題的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題都會(huì)涉及到材料力學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，如對火力發(fā)電廠主廠房建筑物的結(jié)構(gòu)選型、對結(jié)構(gòu)中的梁、柱的結(jié)構(gòu)計(jì)算均要用到材料力學(xué)知識(shí)。因此，在課程教學(xué)期間提前組織先導(dǎo)性訓(xùn)練，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)題目需求進(jìn)行適當(dāng)內(nèi)容的鋪墊能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)還能促進(jìn)學(xué)生理論與實(shí)際的結(jié)合，使學(xué)生學(xué)以致用。

5.改革考試、考核方法

科學(xué)的考試制度有助于良好教風(fēng)、學(xué)風(fēng)的形成，有利于教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升?！白吭桨唷钡目己思纫疾閷W(xué)生掌握知識(shí)的情況，更重要的要考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)造能力。以考核來引導(dǎo)學(xué)生不拘泥于書本，不迷信權(quán)威、獨(dú)立思考、大膽探索的精神。

實(shí)踐中，采取分解考核項(xiàng)目，加大平時(shí)考核力度，筆試和面試相結(jié)合的形式，增加學(xué)生課堂上的參與意識(shí)，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。加大平時(shí)成績在總成績中所占的比例，將實(shí)驗(yàn)成績記入到學(xué)生的考試總成績中。安排有興趣的同學(xué)參與教學(xué)課件制作及課堂教學(xué)評價(jià)來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對于參加與相關(guān)的競賽取得好成績的學(xué)生，按照一定的比例計(jì)入學(xué)生的平時(shí)成績或替代實(shí)踐成績，取得了滿意的考核效果。

6.積極運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，探索新的教育模式

由麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)發(fā)起的慕課（MOOCs）是新近涌現(xiàn)出來的一種在線課程開發(fā)模式，具有時(shí)間空間靈活、使用客觀、自動(dòng)化的線上學(xué)習(xí)評價(jià)系統(tǒng)，運(yùn)用大型開放式網(wǎng)絡(luò)處理學(xué)生的互動(dòng)和回應(yīng)，學(xué)生自我管理學(xué)習(xí)進(jìn)度、自動(dòng)批改、相互批改、小組合作等，保證教學(xué)互動(dòng)、全天候開放等優(yōu)勢，為學(xué)生提供了更大的選擇權(quán)。但“慕課”的出現(xiàn)對授課教師也帶來了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，教師需要更快地提高自己的教育技能。總體來看，“慕課”的出現(xiàn)為卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施提供了更廣闊的空間，“慕課”良好的教育資源與培養(yǎng)工程技術(shù)人才所需要的實(shí)踐環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，必將為材料力學(xué)課程改革注入新的生機(jī)與活力。

三、結(jié)束語

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。本文提出的基于卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的材料力學(xué)課程改革方案，經(jīng)近兩年的實(shí)踐，在更新教育觀念、改進(jìn)教學(xué)方法、探索新的考試、考核方式以及采用新的教學(xué)手段方面進(jìn)行了廣泛探索，對課程進(jìn)行了大膽改革和實(shí)踐。東北電力大學(xué)材料力學(xué)課程2005年榮獲吉林省優(yōu)秀課程稱號，2007年被評為吉林省省級精品課程。但新的課程體系還需要經(jīng)過更多的實(shí)踐和驗(yàn)證，今后還將繼續(xù)更新和完善，以培養(yǎng)更多高素質(zhì)的卓越工程師后備人才。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王祝萍）