基于校企聯(lián)合探索《材料力學(xué)實驗》復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)

李建華 卿上樂 毛文貴

【摘 要】材料力學(xué)是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。探索將實驗設(shè)計與企業(yè)實際項目相結(jié)合的校企聯(lián)合培養(yǎng)模式對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新。有助于培養(yǎng)大學(xué)生的工程應(yīng)用能力，增強(qiáng)其對力學(xué)實驗課的興趣，能進(jìn)一步提高他們的復(fù)雜工程問題的解決能力。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué);校企聯(lián)合;復(fù)雜工程問題解決能力

【基金項目】本文系湖南工程學(xué)院校級教學(xué)改革研究項目，項目名稱：《對分課堂教學(xué)模式的探析及其在力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用》的階段性成果。

【中圖分類號】TB301-4;G642.423 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）21-00-02

前言

《華盛頓協(xié)議》用“必須運(yùn)用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能解決;需求涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突;…”等7個特征進(jìn)行刻畫復(fù)雜工程問題的本質(zhì)。隨著中國加入華盛頓協(xié)議，培養(yǎng)高校學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問題的能力成為專業(yè)認(rèn)證中的核心指標(biāo)。復(fù)雜工程問題解決能力不僅需要學(xué)生掌握全面扎實的理論知識體系，更注重工程應(yīng)用能力的拓展訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)知識體系的實踐性。因此，在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下聚焦學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)模式有一定的實際意義。

將社會的各種需求體現(xiàn)在高校人才培養(yǎng)目標(biāo)中，對應(yīng)各個培養(yǎng)環(huán)節(jié)，使學(xué)生成為具備較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和工程技術(shù)素質(zhì)的高質(zhì)量工程技術(shù)人才成為教育界和工程界關(guān)注的重點[1]。教育部開展了諸如卓越工程師、工程教育認(rèn)證等多項教育實踐改革，探索“培養(yǎng)高校學(xué)生具有復(fù)雜工程問題的解決能力和創(chuàng)新意識”已成為全國高校面臨的首要問題。研究者從如何界定及培養(yǎng)復(fù)雜工程問題解決能力等方面進(jìn)行了很多探索性工作。蔣宗禮[2]明確本科工程教育聚焦學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力的基本定位，并指出復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)必須通過整個“培養(yǎng)體系”實現(xiàn)。蔡培君[3]對工科學(xué)生實踐機(jī)會少、工程能力薄弱等問題，提出了實踐教學(xué)改進(jìn)的方法，以期在實踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力。李艷[4]構(gòu)建多元化實踐教學(xué)培養(yǎng)體系，按照專業(yè)基本技能、系統(tǒng)設(shè)計能力、研究創(chuàng)新能力三個層面，逐層遞進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力。研究表明高校在培養(yǎng)模式上已更加注重實踐教育來培養(yǎng)學(xué)生具有復(fù)雜工程問題的解決能力。

材料力學(xué)是一門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生在上這門課之前僅通過金工實習(xí)類的實踐教學(xué)，對力學(xué)理論與實踐結(jié)合不強(qiáng)，對力學(xué)模型及應(yīng)用背景理解模糊。雖然通過學(xué)校設(shè)置的力學(xué)實驗項目有理論聯(lián)系實踐的機(jī)會，但實驗項目設(shè)置的內(nèi)容固定、裝置簡單，只是根據(jù)老師的要求“照方抓藥”[5]，不能發(fā)揮學(xué)生自身的主體作用，對其實踐含義理解不深，難以增強(qiáng)復(fù)雜工程問題解決的能力。我院現(xiàn)在的機(jī)械專業(yè)是“3+1”的卓越工程師培養(yǎng)方式，即3年在學(xué)校學(xué)習(xí)，1年在企業(yè)的培養(yǎng)模式。力學(xué)是機(jī)械專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，要求學(xué)生掌握力學(xué)等工程基礎(chǔ)知識，能將其用于分析解決工程中的機(jī)械工程問題。工程實踐中力學(xué)涵蓋于機(jī)械設(shè)計、制造中，常用有限元分析手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)前期評價?；诖耍疚奶岢鲂Ｆ舐?lián)合培養(yǎng)模式，并引入有限元分析的思想于材料力學(xué)的實驗教學(xué)模式中。學(xué)生先對實驗項目中的力學(xué)模型進(jìn)行有限元分析，再到實驗室進(jìn)行結(jié)果檢驗測試，從而加強(qiáng)學(xué)生對力學(xué)理論知識的理解應(yīng)用，訓(xùn)練其解決復(fù)雜工程問題的能力。

一、依托校企聯(lián)合，探索實驗教學(xué)新模式

1.基于復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)，進(jìn)行力學(xué)實驗的內(nèi)容設(shè)計

基于《材料力學(xué)》復(fù)雜工程問題解決的能力指標(biāo)，面向校企合作的《材料力學(xué)》課程的內(nèi)容，以實際項目來提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力為主要目標(biāo)。先對學(xué)生要進(jìn)行實踐的企業(yè)進(jìn)行了解，分析其行業(yè)的主流技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)與力學(xué)的關(guān)聯(lián)，將其行業(yè)案例引入到力學(xué)教學(xué)中，以其作為學(xué)生有限元分析的實踐案例，學(xué)生分析完后再去企業(yè)實踐檢驗。這樣的實驗設(shè)計讓學(xué)生真正理解理論知識與實踐的關(guān)聯(lián)。實踐與行業(yè)背景相融合，了解力學(xué)的行業(yè)應(yīng)用，與社會需求接軌，從而提高學(xué)習(xí)興趣和工作態(tài)度。融入行業(yè)實踐，增強(qiáng)學(xué)生復(fù)雜工程問題的解決能力。

2.探索校企聯(lián)合的實驗設(shè)計模式，實現(xiàn)校企雙贏

探索校企合作的實驗設(shè)計模式，要做到學(xué)生能跟蹤到企業(yè)所在行業(yè)的最新發(fā)展與力學(xué)的關(guān)聯(lián)。了解到最新的前沿信息和解決問題的方法。通過校企聯(lián)合培養(yǎng)，學(xué)生畢業(yè)就能達(dá)到能直接進(jìn)企業(yè)工作的能力，為企業(yè)節(jié)省培訓(xùn)費(fèi)用和創(chuàng)造價值。同時，高校也要經(jīng)常將企業(yè)優(yōu)秀人才請進(jìn)學(xué)校進(jìn)行講學(xué)和傳遞行業(yè)的變化，彌補(bǔ)高校理論教師在企業(yè)實踐上的不足，使高校的培養(yǎng)方案符合社會需求。在實際項目訓(xùn)練中，企業(yè)老師和學(xué)校老師聯(lián)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高學(xué)生應(yīng)對復(fù)雜工程問題的解決能力。

（1）在校內(nèi)建立三維數(shù)字化模擬實驗室，培養(yǎng)學(xué)生三維建模能力

學(xué)生在入學(xué)進(jìn)行專業(yè)認(rèn)識實習(xí)，并對第四年要去的實踐企業(yè)有一個大概的了解。后續(xù)的《機(jī)械制圖》有三維建模環(huán)節(jié)。學(xué)生可通過學(xué)校的三維數(shù)字化模擬實驗室，學(xué)會使用UG等三維建模軟件和ANSYS等有限元仿真軟件，對要在企業(yè)里進(jìn)行力學(xué)測試的模型進(jìn)行三維建模和力學(xué)分析。

（2）在企業(yè)內(nèi)建立實訓(xùn)基地，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力

“校企聯(lián)合模式”是指學(xué)校邀請企業(yè)人員來校協(xié)助指導(dǎo)的教學(xué)模式。企業(yè)作為社會市場的運(yùn)營實體，是人才的使用基地，對人才需要具備的能力指標(biāo)把握更準(zhǔn)。而高校作為人才的培養(yǎng)基地，很大一部份教師從學(xué)校一畢業(yè)就到學(xué)校工作，沒有太多項目開發(fā)等社會實踐經(jīng)驗，對社會市場的需求了解不是很全面，但對理論知識有較系統(tǒng)的鉆研。引企業(yè)優(yōu)秀人才來學(xué)校與學(xué)校老師聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力，可以互補(bǔ)，既可發(fā)揮企業(yè)老師的實踐操作技術(shù)，又可發(fā)揮高校老師知識深度的引導(dǎo)。《材料力學(xué)》一般在第三學(xué)期開課。可以與企業(yè)老師一起進(jìn)行學(xué)生的力學(xué)實驗項目設(shè)計，學(xué)生進(jìn)入企業(yè)內(nèi)實訓(xùn)基地進(jìn)行實訓(xùn)。通過企業(yè)實訓(xùn)，學(xué)生對結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)識，理論結(jié)合實踐，對結(jié)構(gòu)的材料、邊界條件、載荷等力學(xué)知識有了一定程度的工程實際認(rèn)識。對仿真分析進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，并對實驗結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試、與仿真分析進(jìn)行對比。