創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)背景下材料力學(xué)教學(xué)改革

金華蘭+賴勇來+郭洪民+章愛生

摘要：材料力學(xué)是高校工科專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程，本文結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)要求，指出針對(duì)沒有專業(yè)區(qū)分的統(tǒng)一教材內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整和修改的重要性，從而凸顯和相應(yīng)專業(yè)課之間的橋梁聯(lián)系；同時(shí)為學(xué)生設(shè)置提供培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的平臺(tái)，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)。改革反饋表明較好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，理順了知識(shí)脈絡(luò)，提高了學(xué)習(xí)深度，達(dá)到了全方位改善課堂質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；材料力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）42-0103-02

材料力學(xué)是高等工科院校必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)好后續(xù)課程如《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《彈性力學(xué)》、《材料性能學(xué)》、《金屬材料成形原理與工藝》及其他專業(yè)設(shè)計(jì)課程的重要基礎(chǔ)，同時(shí)又可以直接應(yīng)用于解決工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械中的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。但是，隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，材料力學(xué)的書本內(nèi)容已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能涵蓋工程構(gòu)件中需求的力學(xué)問題。盡管如此，學(xué)生依然感覺材料力學(xué)內(nèi)容繁雜、覆蓋面廣，枯燥概念和難以理解的公式多，計(jì)算復(fù)雜較難建立模型等。而且由于專業(yè)越分越細(xì)，學(xué)生要上的課越來越多。目前，各高校材料力學(xué)課程已經(jīng)壓縮到50學(xué)時(shí)左右或更少，進(jìn)一步加大了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。學(xué)生普遍反映缺乏工程背景知識(shí)，上課時(shí)思路很難跟上。基于此，本文提出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)背景下材料力學(xué)教學(xué)改革。學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)是指教學(xué)過程中既強(qiáng)調(diào)開發(fā)和提高學(xué)生的基本素質(zhì)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)造性思維，同時(shí)注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力的提高，尤其是自我創(chuàng)業(yè)意識(shí)的加強(qiáng)以及創(chuàng)新操作能力的拓展，使其能夠獨(dú)立自主地去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并提出自己的新觀點(diǎn)。本課程教學(xué)改革旨在充分喚起學(xué)生求知欲，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其學(xué)習(xí)潛能和主觀能動(dòng)性，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)工程及協(xié)作意識(shí)。

一、課程改革的關(guān)鍵措施

1.教學(xué)知識(shí)體系的改革。成功的教學(xué)改革必須依附于合理的知識(shí)體系，傳統(tǒng)材料力學(xué)知識(shí)體系的編排理論覆蓋面大，內(nèi)容較為全面，但也較為分散。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)必須先從教師自身做起，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)材料力學(xué)的過程中感受到“創(chuàng)新”的魅力。各學(xué)院材料力學(xué)教師應(yīng)根據(jù)本學(xué)院學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)及開設(shè)的后續(xù)專業(yè)課，重新編排材料力學(xué)的知識(shí)體系，使之凸顯材料力學(xué)和后續(xù)專業(yè)課程的聯(lián)系，從而起到與專業(yè)課程之間的橋梁作用。筆者是材料科學(xué)與工程學(xué)院教師，本課程改革在立足于《材料力學(xué)》原有基本知識(shí)框架的基礎(chǔ)上，深化和《材料性能學(xué)》、《金屬材料成形原理與工藝》等相關(guān)課程的聯(lián)系，幫助學(xué)生做好知識(shí)體系框架的宏觀構(gòu)建，以便相關(guān)學(xué)科知識(shí)的交叉理解貫穿整個(gè)課程教學(xué)，使復(fù)雜抽象的《材料力學(xué)》知識(shí)點(diǎn)變得容易理解和掌握，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深化，從而提高教學(xué)質(zhì)量。比如：《材料性能學(xué)》中的“材料單向靜拉伸的力學(xué)性能”章節(jié)和《材料力學(xué)》的“拉伸變形”知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系密切，兩者之間可以相互促進(jìn)理解，同時(shí)，讓學(xué)生明白《材料力學(xué)》是一門必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)課程，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2.課程教學(xué)環(huán)境的改革。實(shí)踐是創(chuàng)新之源，工程實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)。作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有一定程度相關(guān)的工程背景將大大有助于對(duì)材料力學(xué)理論知識(shí)的理解，要求學(xué)生憑空想象材料力學(xué)知識(shí)相關(guān)案例，對(duì)學(xué)生來說難度較大，勉強(qiáng)設(shè)想出來的案例也往往趨于理想化而不夠真實(shí)。事實(shí)上，材料力學(xué)應(yīng)該定位到作為一項(xiàng)解決工程實(shí)際問題的應(yīng)用工具和方法，而不僅僅是當(dāng)作一門知識(shí)，滿足于教會(huì)學(xué)生解題能力；這就需要授課老師自己解決或向?qū)W院申請(qǐng)解決，尋找到讓學(xué)生能接觸到真實(shí)的工程實(shí)踐環(huán)境的途徑。筆者通過近年教學(xué)試驗(yàn)和實(shí)踐，總結(jié)三條可行的途徑：（1）利用各高校正大力開展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式，如創(chuàng)新學(xué)分項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等，開展與材料力學(xué)課程相關(guān)的研究課題。如為了讓學(xué)生順利理解在外部載荷作用條件下結(jié)構(gòu)或者材料的各種應(yīng)力、應(yīng)變、反力、位移、能量的數(shù)值和變化過程，筆者開展過“基于有限元方法的材料力學(xué)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系”的研究課題。有限元計(jì)算是應(yīng)用于材料力學(xué)問題的一種新型的計(jì)算方法和手段，在本課題中，一方面指導(dǎo)學(xué)生用圖形化的手段，直觀地展示這些生澀的概念，給學(xué)生以視覺沖擊，改變傳統(tǒng)力學(xué)課程在學(xué)生心中的枯燥無味的印象；另一方面，學(xué)生在能熟練運(yùn)用基于有限元方法幫助加深理解應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解反力、位移、能量等相應(yīng)概念的數(shù)值變化過程，并且鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目的進(jìn)行過程中加入一些自己的新想法、新手段。（2）針對(duì)課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)概念和理論，建立與之相關(guān)的工程實(shí)例模型，以課題實(shí)驗(yàn)的形式開展，提高學(xué)生利用工程實(shí)例深化學(xué)習(xí)材料力學(xué)知識(shí)難點(diǎn)的能力，同時(shí)反過來又利用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力。事實(shí)上理解了材料力學(xué)有限的幾個(gè)重難點(diǎn)后，知識(shí)點(diǎn)間就能串聯(lián)起來，掌握起來就容易多了。（3）嘗試引入具有研發(fā)能力的企業(yè)深度參與課程教學(xué)環(huán)節(jié)，這也是我們開展得非常好的一個(gè)教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)。優(yōu)秀老師的一個(gè)重要作用就是為學(xué)生開啟一扇又一扇窗，讓學(xué)生本人特別是思維進(jìn)入到一個(gè)又一個(gè)切身又廣闊的空間去。比如，我們和江鈴福特汽車有限責(zé)任公司溝通后，作為當(dāng)?shù)仨敿鈨?yōu)秀企業(yè)，正所謂能力越大，社會(huì)責(zé)任越大，他們覺得應(yīng)該為高校教育盡一份力，允許我們學(xué)院學(xué)生分批到他們的研發(fā)中心和車間參與他們的相應(yīng)項(xiàng)目和活動(dòng)，合作的模式是間隔性持續(xù)的，這樣學(xué)生就可以帶著上一次的收獲和問題進(jìn)入下一次和工廠團(tuán)隊(duì)的活動(dòng)中去，學(xué)生的進(jìn)步是全方位和階梯式遞增的，不像常規(guī)的一次性結(jié)束的工程實(shí)習(xí)。一段時(shí)間后，部分學(xué)生在該公司已經(jīng)能起到一個(gè)助理工程師的作用，幫忙畫相應(yīng)的圖紙，提出很好的方案參考等，為本學(xué)院學(xué)生和該企業(yè)的長期合作開創(chuàng)了很好的前景。在我們?yōu)閷W(xué)生精心設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)里面，學(xué)生的積極性、主觀能動(dòng)性完全被激發(fā)出來了，材料力學(xué)這門課的學(xué)習(xí)氣氛煥然一新，既讓學(xué)生品嘗了創(chuàng)新帶來的甘甜，顯然又對(duì)他們自身的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)的培養(yǎng)有很好的助推作用。

3.傳統(tǒng)教師角色的改革。以上兩個(gè)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為主線的材料力學(xué)教學(xué)改革措施顯然根本性地改變了傳統(tǒng)觀念上的教師角色定位。對(duì)授課教師提出了較大的挑戰(zhàn)，在傳授知識(shí)之前，要根據(jù)現(xiàn)有教材建立適合學(xué)院專業(yè)及適合自己教學(xué)特色的知識(shí)體系，同時(shí)開創(chuàng)性地設(shè)置先進(jìn)合理的教學(xué)環(huán)境。實(shí)踐證明，工科教學(xué)應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、思維能力，激發(fā)其創(chuàng)新、競(jìng)爭意識(shí)。而學(xué)生的這些能力并不能由老師直接給予，必然是適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和教學(xué)環(huán)境下自主發(fā)展的結(jié)果，教師應(yīng)該積極地為學(xué)生提供科學(xué)新穎的知識(shí)鏈條和能激發(fā)熱情充滿活力的工程環(huán)境，讓學(xué)生在課題實(shí)驗(yàn)或工廠中運(yùn)用創(chuàng)新思維去觀察、分析和解決問題，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的不斷提高。

二、教學(xué)改革的反饋與總結(jié)

經(jīng)過近年來的以上教學(xué)改革實(shí)踐，各個(gè)專業(yè)課老師和畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師反映，學(xué)生能夠很容易運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)分析專業(yè)課中出現(xiàn)的問題，在專業(yè)課學(xué)習(xí)中能很好地過渡，學(xué)生接受專業(yè)知識(shí)的能力較往年沒有進(jìn)行本課程教學(xué)改革時(shí)有了明顯提高，大大提高了專業(yè)課學(xué)習(xí)的效率。同時(shí)，將工程實(shí)際構(gòu)件抽象為力學(xué)模型的能力大幅加強(qiáng)，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量大幅度提升，學(xué)生普遍能創(chuàng)造性地提出問題并利用多種手段和方法加以解決。

總之，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)背景下材料力學(xué)教學(xué)改革是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一次革命，著眼于本專業(yè)的實(shí)際情況，科學(xué)合理地構(gòu)建各專業(yè)課和材料力學(xué)交叉知識(shí)點(diǎn)的橋梁對(duì)應(yīng)關(guān)系，更具針對(duì)性的知識(shí)體系使教學(xué)過程充滿延展性和張力。同時(shí)，全新的教學(xué)環(huán)境的添加引導(dǎo)學(xué)生參與構(gòu)建問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而獲得知識(shí)、發(fā)展能力、形成個(gè)性，促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的形成，學(xué)生獲取知識(shí)的途徑有了根本性的轉(zhuǎn)變。顯然，本課程改革也間接促進(jìn)了教師自身綜合素質(zhì)的提高。但是，材料力學(xué)的教學(xué)改革是一項(xiàng)漫長且綜合性很強(qiáng)的課題，當(dāng)前包括本人在內(nèi)的老師在材料力學(xué)的教學(xué)過程中還存在很多問題，只有在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)和改革基礎(chǔ)上不斷總結(jié)，才能更好地提高材料力學(xué)的授課水平，使學(xué)生能更好地掌握這一門重要的基礎(chǔ)理論課。

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