工程教育認(rèn)證背景下材料力學(xué)教學(xué)改革思考

李佰洲　蔡蘭蓉　劉瑛

【摘 要】作為工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，材料力學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生分析計(jì)算能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮了重要的作用。隨著工程教育認(rèn)證工作的推進(jìn)，改變教學(xué)理念、強(qiáng)化學(xué)生的工程概念和提高學(xué)生整體的綜合能力成為材料力學(xué)教學(xué)改革的關(guān)鍵。本文討論了在材料力學(xué)教學(xué)改革方面的一些想法，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；工程教育認(rèn)證；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0095-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.046

【Abstract】As a professional basic course of engineering majors，mechanics of materials plays an important role on developing analytical and computational skills，engineering practice ability and innovation ability of students.As the work of engineering education accreditation proceeds，changing teaching philosophy，strengthening engineering concepts and improving comprehensive abilities have become the key points in teaching reform for mechanics of materials.Some ideas about the teaching reform were discussed in this paper.And good effects have been achieved through teaching practice.

【Key words】Mechanics of Materials；Engineering Education Accreditation；Teaching Reform

材料力學(xué)起源于17世紀(jì)，到19世紀(jì)中葉，已經(jīng)形成了鋼材為主要研究對(duì)象的材料力學(xué)。作為工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，材料力學(xué)是機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制造技術(shù)等課程的基礎(chǔ)，一般開(kāi)設(shè)在大學(xué)二年級(jí)的下學(xué)期，是學(xué)生第一次近距離接觸工程實(shí)際問(wèn)題，具有很強(qiáng)的針對(duì)性，所研究的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題對(duì)工程實(shí)際有非常直觀、具體的指導(dǎo)意義。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是在21世紀(jì)信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，材料力學(xué)在教學(xué)過(guò)程中面臨著非常多的新問(wèn)題和新挑戰(zhàn)。特別是從2006年起，我國(guó)開(kāi)始全面構(gòu)建工程教育認(rèn)證體系，2013年成為《華盛頓協(xié)議》的正式會(huì)員國(guó)，各高校工科專業(yè)相繼開(kāi)始工程教育認(rèn)證，從認(rèn)證的規(guī)模和通過(guò)認(rèn)證的專業(yè)數(shù)量來(lái)看，工程教育認(rèn)證已經(jīng)是大勢(shì)所趨，是專業(yè)生存的保證，也是對(duì)教學(xué)水平、教學(xué)方法和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的一次綜合考評(píng)。

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院于2017年開(kāi)始準(zhǔn)備在機(jī)械制造及其自動(dòng)化和材料成型及控制工程專業(yè)開(kāi)展工程教育認(rèn)證，并要求所有專業(yè)的培養(yǎng)方案，全部以工程教育認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改革。根據(jù)工程教育認(rèn)證的指導(dǎo)思想，本文探討一些教學(xué)改革過(guò)程中的心得。

1 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

第一，對(duì)于工科專業(yè)的學(xué)生，必須加強(qiáng)學(xué)生的工程概念，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新精神是非常重要的。在材料力學(xué)的教材中，仍然有很多的例題是直接給出簡(jiǎn)化模型的，缺乏對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的描述，這樣在課程講授過(guò)程中就忽略了一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)——建模，這是解決工程實(shí)際問(wèn)題的第一步，也是最重要的一步，如何從實(shí)際問(wèn)題抽象出合理的物理模型，從而簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，得到滿足工程實(shí)際要求的結(jié)果，是至關(guān)重要的。因此，在選擇例題的時(shí)候，要選擇有實(shí)際工程背景的題目。同時(shí)，要盡量將教材中的力學(xué)模型還原為工程實(shí)際問(wèn)題，加強(qiáng)學(xué)生的工程概念。

第二，以兩條主線講清材料力學(xué)整體架構(gòu)。利用思維導(dǎo)圖，給出材料力學(xué)整體框架及學(xué)習(xí)主線，針對(duì)不同的專業(yè)給出不同的主線。對(duì)于機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，關(guān)注的是截面的應(yīng)力狀態(tài)和材料的變形問(wèn)題，偏向固體力學(xué)，即材料力學(xué)需按照應(yīng)力狀態(tài)由簡(jiǎn)入繁的過(guò)程逐步學(xué)習(xí)。而對(duì)于材料成型及控制工程專業(yè)，更著重于材料所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性能，著重講解每一種變形情況下材料的應(yīng)力應(yīng)變特性和變形特征。

2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

第一，打破以鋼材為主的授課體系，突破均勻連續(xù)、各向同性、線彈性、小變形等假定，引入新材料、新結(jié)構(gòu)，拓寬學(xué)生視野。從劉鴻文第六版的《材料力學(xué)》教材中可以看出，已經(jīng)開(kāi)始引入負(fù)泊松比、比強(qiáng)度和比模量的概念，增加了各向異性和正交各向異性材料的廣義胡克定律，以及一些非線性問(wèn)題。范欽珊第二版《材料力學(xué)》教材中也談到了各向異性、材料缺陷對(duì)強(qiáng)度的影響、非線性粘彈性問(wèn)題以及新材料、新的測(cè)試技術(shù)等問(wèn)題。其目的都在于在經(jīng)典的材料力學(xué)課程中，注入新的元素、新的活力，使授課內(nèi)容更加豐富多彩，使學(xué)生直接面向真正的工程實(shí)際問(wèn)題。

第二，積極引入新的教學(xué)方法，改變平時(shí)成績(jī)考核方式，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。工程教育認(rèn)證的指導(dǎo)思想是以學(xué)生為主，并考查全員達(dá)成度，這與翻轉(zhuǎn)課堂中的指導(dǎo)思想具有貫通性和一致性。因此，可以引入翻轉(zhuǎn)課堂，將學(xué)生分組，布置大作業(yè)或者課程設(shè)計(jì)，并隨機(jī)抽取其中一名學(xué)生在課堂上答辯，其他各小組提問(wèn)，提出有效問(wèn)題的小組加分。在一個(gè)學(xué)期的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐中，有效的促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)，課堂氣氛活躍，學(xué)生敢于發(fā)問(wèn)，勇于提問(wèn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)對(duì)材料力學(xué)教學(xué)的反哺

鼓勵(lì)學(xué)生參加創(chuàng)客活動(dòng)，并以此為基礎(chǔ)，參加各類學(xué)科競(jìng)賽，通過(guò)知識(shí)的運(yùn)用，反哺教學(xué)。2016年學(xué)院成立“Me+”創(chuàng)客空間，意在為學(xué)生提供最初的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)落腳點(diǎn)，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情，開(kāi)通由學(xué)科到學(xué)院，由學(xué)院到學(xué)校，再由學(xué)校到社會(huì)的雙創(chuàng)高速路。學(xué)生通過(guò)參加創(chuàng)客空間活動(dòng)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、華北五省機(jī)器人大賽等，意識(shí)到所學(xué)知識(shí)的重要性和如何應(yīng)用之后，在2017年已經(jīng)逐漸出現(xiàn)往屆學(xué)生返回材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)課堂旁聽(tīng)的現(xiàn)象。同時(shí)，我們將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的成果和學(xué)科競(jìng)賽的一些成果帶回課堂，通過(guò)實(shí)例講解材料力學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)對(duì)教學(xué)的反哺。

總之，工程教育認(rèn)證對(duì)材料力學(xué)的教學(xué)提出了新的要求，促使這門經(jīng)典力學(xué)課程必須做出改革。同時(shí)，從翻轉(zhuǎn)課堂、新工科等新的教學(xué)方法和教學(xué)理念上看，其核心思想都是互通的，即學(xué)生才是教學(xué)的主體，培養(yǎng)人才才是最終的目標(biāo)。本文通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，以過(guò)程設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，針對(duì)不同的專業(yè)采用不同的教學(xué)主線，構(gòu)建了學(xué)生材料力學(xué)課程的整體框架；以內(nèi)容設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掙脫了教材的束縛，真正地面對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)采取翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，鍛煉了學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)的能力，語(yǔ)言表達(dá)能力和質(zhì)疑的科學(xué)精神；以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學(xué)科競(jìng)賽，鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力，從而反哺教學(xué)，再次加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)力學(xué)課程的認(rèn)知。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張宏偉.工程教育認(rèn)證下機(jī)械類專業(yè)材料力學(xué)教學(xué)改革初探[J].西部素質(zhì)教育，2017，8：165-166.

[2]顧永強(qiáng)，賈宏玉，李革，蘇利亞.基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的工程力學(xué)課程教學(xué)改革[J].西部素質(zhì)教育，2018，2：172-173.

[3]范欽珊.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005.