基于團隊學(xué)習(xí)的工科大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)實踐

摘要：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是當(dāng)前大學(xué)生素質(zhì)教學(xué)的重要內(nèi)容之一。應(yīng)用團隊學(xué)習(xí)模式，通過力學(xué)建模與分析報告、創(chuàng)新實踐項目、大學(xué)生力學(xué)競賽等多種形式，鍛煉了學(xué)生的力學(xué)知識綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，增強了學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：團隊合作；材料力學(xué)；創(chuàng)新能力

作者簡介：徐鵬（1969-），男，山西永濟人，中北大學(xué)理學(xué)院副院長，教授。（山西 太原 030051）

基金項目：本文系2011年～2013年山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項目“材料力學(xué)教學(xué)中提高學(xué)生力學(xué)建模與創(chuàng)新能力的研究與實踐”的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0017-01

當(dāng)今世界，創(chuàng)新已成為經(jīng)濟社會發(fā)展的主要驅(qū)動力，創(chuàng)新能力成為國家競爭力的核心要素。《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號）指出：“加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和就業(yè)指導(dǎo)服務(wù)。把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程?！蓖瑫r，當(dāng)今世界范圍內(nèi)的重大科學(xué)與工程技術(shù)實踐，越來越需要龐大的創(chuàng)新團隊進行多學(xué)科高度協(xié)同合作，所以善于與其他人交流互助、協(xié)調(diào)合作是創(chuàng)新人才的必備品質(zhì)。工科大學(xué)生除了要掌握本專業(yè)的基本理論、方法和知識以外，還應(yīng)具備開拓創(chuàng)新的意識、思維和能力。專業(yè)知識的傳授是教育的主要內(nèi)容之一，而創(chuàng)新意識、思維和能力的開發(fā)、培養(yǎng)則是教育更本質(zhì)、更核心的內(nèi)容。當(dāng)前高等學(xué)校應(yīng)在加強工科大學(xué)生基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，以強化創(chuàng)新能力和合作精神為核心，重構(gòu)課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，著力推動團隊學(xué)習(xí)方法，加強工科大學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練和創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)。[1-4]本文在山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項目支持下，針對機械類和近機械類大學(xué)生開展了材料力學(xué)課程教學(xué)改革，在提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面進行了有益的探索。

一、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的整體思路

材料力學(xué)課程是理工科相關(guān)專業(yè)學(xué)生直接面向工程設(shè)計的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是結(jié)構(gòu)和強度工程師最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著應(yīng)用型人才、復(fù)合型創(chuàng)新人才的社會需求不斷提高，以及有限元模擬和其他數(shù)值計算商業(yè)軟件的廣泛應(yīng)用，材料力學(xué)教學(xué)在掌握基本概念、方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用材料力學(xué)知識進行創(chuàng)新的能力。創(chuàng)新能力培養(yǎng)的整體思路主要包括：與傳統(tǒng)課堂授課模式相結(jié)合，通過團隊學(xué)習(xí)方式進行力學(xué)建模訓(xùn)練；依托學(xué)校創(chuàng)新平臺，通過參加全國大學(xué)生力學(xué)競賽和山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，加強對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、力學(xué)建模分析訓(xùn)練中對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

區(qū)別于以往材料力學(xué)教學(xué)過程中的“大作業(yè)”，力學(xué)建模分析訓(xùn)練需要以團隊合作完成，且更強調(diào)學(xué)生從工程和生活實際中自主選擇問題并提煉力學(xué)模型，最后提交PPT報告并選出各組代表上臺匯報。整個力學(xué)建模過程中每個學(xué)生都不是旁觀者，必須全力以赴參與，學(xué)生在小組中的作用及其參與程度作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)的一個方面，從而能最大程度地調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。為了培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神，在材料力學(xué)課程開始時把學(xué)生按學(xué)號分成學(xué)習(xí)小組，每個小組需要合作完成力學(xué)建模與分析報告，以《力學(xué)建模與分析報告指導(dǎo)建議書》的形式布置給各組。建議書包括以下主要內(nèi)容：所選取的工程問題描述和解釋（需要提供工程和生活實際的照片或網(wǎng)上的圖片）；簡化得到力學(xué)計算簡圖，包括載荷、約束、結(jié)構(gòu)尺寸以及材料，建立工程問題的力學(xué)模型；具體分析計算，包括強度、剛度等；本組的創(chuàng)新點說明；對本組在建模過程中表現(xiàn)的自我評價；小組成員在報告形成過程中的貢獻等。學(xué)生利用課后時間以小組形式研究討論，并及時與教師交流，教師因勢利導(dǎo)、因材施教，根據(jù)各組選擇問題的特點，發(fā)揚每個學(xué)生的長處，挖掘他們的潛能，使每個學(xué)生都各得其所，從而達到了創(chuàng)新教育的目的。

學(xué)生選擇的大多是身邊能看到的問題，涉及工程結(jié)構(gòu)和生活器具結(jié)構(gòu)等。例如指甲刀的強度校核、衣架強度與變形分析、普通插銷受力力學(xué)模型分析、門把手力學(xué)分析、單杠模型力學(xué)分析、人字梯結(jié)構(gòu)分析、街道信號燈桿的強度剛度分析、塔吊結(jié)構(gòu)模型及其力學(xué)分析、空調(diào)支架穩(wěn)定性力學(xué)建模、樓房雨棚的強度設(shè)計等等，涉及的領(lǐng)域和覆蓋的材料力學(xué)知識知識都較全面。報告的陳述和評價由學(xué)生來完成，主要從下面幾個方面進行評價：選題的綜合性和難易程度、力學(xué)模型建立是否準(zhǔn)確、分析計算是否正確、PPT制作和講解，最后把各組的評分表交回教師作為總評成績的一部分。

有的組反饋：“本組的創(chuàng)新點：在沒有試驗器材的情況下充分發(fā)揮我組的各個成員的想象力完成了任務(wù)；該例子非常接近生活，是我們大家每天都要碰到的力學(xué)實例”?！巴ㄟ^本次的力學(xué)建模，使我們認識到生活中處處皆力學(xué)，更好地利用掌握的力學(xué)知識進行創(chuàng)新活動，最重要的是令我學(xué)會如何去思考一個問題，思維過程是非常重要的，并且學(xué)到了團隊協(xié)作的重要性?！?/p>

三、依托學(xué)校創(chuàng)新平臺的創(chuàng)新實踐

1.山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

為了提高學(xué)生利用力學(xué)及其相關(guān)知識進行創(chuàng)新活動的能力，迫切需要建立培養(yǎng)創(chuàng)新能力的平臺體系，并根據(jù)建構(gòu)主義教育理論和學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，設(shè)計創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合體系，讓有興趣、有特長、有熱情的大學(xué)生和教師參與到創(chuàng)新實踐中來，從而培育大學(xué)生科技創(chuàng)新團體，調(diào)動大學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性，形成良好的學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新氛圍。我們鼓勵高年級本科生充當(dāng)科研助手，筆者從自己承擔(dān)的科研項目中提煉一部分適合高年級學(xué)生完成的內(nèi)容，和項目組同事組織學(xué)生申報并獲批了山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目3項。

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)首先必須有硬件平臺作保證，并且其硬件環(huán)境必須與圍繞創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)所構(gòu)建的知識框架相適應(yīng)，山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目就提供了一個非常好的創(chuàng)新平臺和機會。這些活動具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和專業(yè)素質(zhì)。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，4-5個人組成小組自主進行研究性學(xué)習(xí)，包括發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計實驗方案、組織設(shè)備及材料、實施實驗、考察調(diào)研、進行數(shù)據(jù)分析處理、撰寫總結(jié)報告和科學(xué)論文等。通過項目實施，促進高等學(xué)校積極探索創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的新模式，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的人才培養(yǎng)和研究性學(xué)習(xí)教學(xué)改革，建立以問題和課題為核心的教學(xué)模式，強化實踐教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，使學(xué)生得到科學(xué)研究、發(fā)明創(chuàng)造和就業(yè)創(chuàng)業(yè)的初步訓(xùn)練，形成優(yōu)良的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍和文化，推動高等教育教學(xué)改革，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目對學(xué)生融合其所學(xué)知識，激發(fā)新知識學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)動手能力、創(chuàng)造能力和協(xié)作精神具有明顯的作用，促進了創(chuàng)新素質(zhì)教育。

2.全國大學(xué)生力學(xué)競賽

以力學(xué)競賽為契機，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)力學(xué)的熱情與動力，探索力學(xué)素質(zhì)教育新途徑。在教學(xué)實踐中，我們充分利用校級、國家級力學(xué)競賽活動的時間連貫性特點，通過一系列的競賽輔導(dǎo)方式鼓勵學(xué)生積極參加比賽，在全程參與力學(xué)競賽、享受競賽樂趣的同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)力學(xué)的熱情與動力。經(jīng)過校級競賽選拔，組建競賽隊伍進行培訓(xùn)。因為時間有限，為了提高培訓(xùn)效果，將學(xué)生分為若干個小組，每個組由一名老師負責(zé)答疑。培訓(xùn)分為兩部分，首先是基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)、教材中難點和綜合內(nèi)容的挖掘。因為以前已經(jīng)學(xué)習(xí)過了，這部分比較枯燥，除了完成一些難度較大的題目，還要求組長定期集中起來各組的問題，及時請教指導(dǎo)老師。其次，進行歷屆競賽試題解析，將看似枯燥的力學(xué)基礎(chǔ)理論與具有趣味性生活實例結(jié)合起來，使學(xué)生體驗到力學(xué)的用武之地。通過這種自由討論、交流、補充、修正的方式，極大地激活了學(xué)生的創(chuàng)新思維，在潛移默化中提高了學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)力學(xué)的興趣。

通過創(chuàng)新基礎(chǔ)力學(xué)教育教學(xué)模式，創(chuàng)造了一種課程體系和課程內(nèi)容改革的引導(dǎo)機制，探索出一套切實有效的學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)知識和實踐相結(jié)合的競賽模式，搭建了一個培養(yǎng)高素質(zhì)力學(xué)人才的平臺和載體，轉(zhuǎn)變了教師對材料力學(xué)課程的傳統(tǒng)教育教學(xué)觀念，提升了水平能力，推動了力學(xué)教育教學(xué)改革，較好解決學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的問題。

四、結(jié)束語

在材料力學(xué)教學(xué)中提高學(xué)生的創(chuàng)新能力是社會發(fā)展的要求，也是課程體系、知識結(jié)構(gòu)變化的需要。

通過團隊合作學(xué)習(xí)和合作研究，最大限度地調(diào)動了絕大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的主動性，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新的動力，促進了材料力學(xué)理論和實踐的結(jié)合，有利于鍛煉學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新性和實用性人才。

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（責(zé)任編輯：劉輝）