工程教育專業(yè)認證背景下“材料力學(xué)性能”實驗教學(xué)改革探析

張志浩

(吉林化工學(xué)院,吉林 吉林 132000)

工程教育專業(yè)認證是一項國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度,同時也是使公眾、學(xué)校和學(xué)生的利益得到基本保障的途徑,鼓勵學(xué)校在滿足基本條件的基礎(chǔ)上發(fā)展多樣性,進一步提高工程教育質(zhì)量,提升我國技術(shù)人才的技術(shù)競爭力。在新工科的背景下,我們需要探索一種全新的工程教育人才培養(yǎng)模式,以達到學(xué)校高效的管理教學(xué)體系,培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代化應(yīng)用技術(shù)人才。

“材料力學(xué)性能”在理論知識方面向?qū)W生們系統(tǒng)地介紹了材料在受到外力作用并且處于不同服役環(huán)境的作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)行為,通過分析材料的變形、磨損、斷裂的原因,得出相關(guān)機理。通常工程上服役的機件由于變形而導(dǎo)致的整體破壞,需要對其所使用的材料性能進行表征,分析其失效原因,所以該課程是從事材料成型及控制工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程,與專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)課程也具有密切聯(lián)系,同時也是工程專業(yè)認證的必修課程。該課程內(nèi)容涵蓋理論學(xué)習(xí)、實驗操作以及綜合設(shè)計性訓(xùn)練等多方面內(nèi)容,具有較強的理論性及實踐性。專業(yè)認證的通過與否直接取決于“材料力學(xué)性能”課程的教學(xué)質(zhì)量,這表明課程的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與工程專業(yè)認證之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。目前,隨著高校人才培養(yǎng)模式改革的深入發(fā)展以及新工科建設(shè)進程的不斷加快,對“材料力學(xué)性能”課程提出了更高的要求。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢,必須要進行相應(yīng)的改革探索。在培養(yǎng)專業(yè)型人才的過程中,材料力學(xué)性能課程扮演著重要角色,而課程教學(xué)改革則是提升教學(xué)水平、培養(yǎng)學(xué)生能力的核心環(huán)節(jié)[1]。因此,需要通過理論課程學(xué)習(xí)和實踐實驗課緊密結(jié)合,提升課堂多樣化教學(xué)效果,過程中引入工程實際案例,注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,進而提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。

1 “材料力學(xué)性能”課程現(xiàn)狀和發(fā)展

1.1 課程現(xiàn)狀

對于“材料力學(xué)性能”課程改革內(nèi)容,工程教育專業(yè)認證以學(xué)生為中心,以培養(yǎng)目標(biāo)為宗旨,對教學(xué)內(nèi)容、師資情況、學(xué)校條件等方面提出了極為苛刻的要求。但由于其應(yīng)用范圍的特殊性以及理論研究方法的局限性,使得該領(lǐng)域一直處于相對滯后狀態(tài)。為了實現(xiàn)“材料力學(xué)性能”課程培養(yǎng)的全面化和專業(yè)化,材料力學(xué)類課程改革應(yīng)當(dāng)以工程教育專業(yè)認證的理念為指導(dǎo),從“人才培養(yǎng)”向“能力培養(yǎng)”轉(zhuǎn)變。因此,應(yīng)該首先適應(yīng)并滿足工程專業(yè)認證的要求,同時又要體現(xiàn)出自身的特色。從另一個角度來看,工程專業(yè)認證揭示了材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與課程之間的緊密聯(lián)系,這種聯(lián)系不應(yīng)是脫離實際而存在的,應(yīng)結(jié)合工程實際經(jīng)驗共同推動該課程的發(fā)展?；谶@一認識,在材料力學(xué)類課程中融入工程專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求,不僅有助于提升學(xué)生的綜合素質(zhì),而且對提高該專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量具有良好的效果?？偠灾?將工程認證融入到課程建設(shè)中,不僅提高教師教學(xué)水平,也同時提高學(xué)生實踐能力。工程專業(yè)認證應(yīng)成為課程改革的核心內(nèi)容,為確保課程質(zhì)量,不僅要在內(nèi)容上進行豐富,更要實現(xiàn)基本的教學(xué)目標(biāo)[2]。

1.2 課程改革的發(fā)展

作為材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程之一,國內(nèi)大多高校采用的培養(yǎng)方案、教學(xué)模式大同小異,課堂講解過程中學(xué)生對抽象圖形形貌理解不夠透徹,當(dāng)與實際應(yīng)用結(jié)合時無從下手,無法聯(lián)系實際解決根本問題。這表明同質(zhì)化的“材料力學(xué)性能”課程內(nèi)容已成為亟待解決的問題。從目前情況來看,各院校均已將其作為一門必修課或選修課來開設(shè)。而且材料力學(xué)性能這門課程教材眾多,教師在選擇教材時只注重選取一些高水平教材,卻沒有考慮到本學(xué)校的實驗室設(shè)備情況,這樣就會使課堂講解的內(nèi)容沒有落到實處,學(xué)生沒有通過實操,達不到記憶深刻,對課程也失去了興趣。因此應(yīng)結(jié)合實驗室建設(shè)情況,再結(jié)合老師實際工程經(jīng)驗,選擇針對本校優(yōu)勢的教材,使學(xué)生在有效的教學(xué)時間內(nèi)全面地認識與了解。工程專業(yè)認證的成功離不開課程建設(shè)的有力支撐,因此教師需緊跟社會的發(fā)展,不斷改革課程講解方向,比如國家標(biāo)準(zhǔn)的變更。現(xiàn)有的教材內(nèi)有的國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)廢除,教師應(yīng)及時修改課程內(nèi)容,以滿足專業(yè)需求的方向[3]。

1.3 課程改革的必要性

現(xiàn)有的科技發(fā)展都是以材料為基礎(chǔ)進行推動的,如材料的表面改性,新材料的研發(fā)等領(lǐng)域,都是以材料力學(xué)性能實驗來表征其性能,然后結(jié)合其在使用領(lǐng)域進行服役時間,再次進行實驗,才能確定該材料的使用性能。因此,必須以工程實踐為基礎(chǔ)來進行課程改革,對學(xué)生綜合運用所學(xué)知識能夠獨立進行科研工作起到了重要作用。

課程改革后的目標(biāo)是可提高學(xué)生動手、單獨思考能力,加深對材料科學(xué)學(xué)科的深入了解,提升主觀能動性。因此,必須要加強對“材料力學(xué)性能”課程建設(shè)工作的重視程度,不斷提升該課程教學(xué)質(zhì)量。通過分析目前“材料力學(xué)性能”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的特點,有針對性將整個章節(jié)打亂,將實際操作的課程內(nèi)容集中講解,集中實驗,改變考核方法增加互動環(huán)節(jié),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另外可結(jié)合其他專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程,讓學(xué)生對材料力學(xué)性能有更深層次的認識。

2 “材料力學(xué)性能”課程改革思路

2.1 重點突出綜合素質(zhì)目標(biāo)

重點突出綜合素質(zhì)能力培養(yǎng),脫離死記硬背,引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)課程去綜合運用整合,從中獲得能看懂問題,能分析問題,能解決問題的能力。目前我國工科院校在工程教育人才培養(yǎng)方面存在著諸多問題,如教學(xué)模式陳舊落后、師資力量薄弱等。在課程教學(xué)中重點關(guān)注教學(xué)思維、教學(xué)方法,充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,由學(xué)習(xí)型轉(zhuǎn)變成愛好型,在以后就業(yè)過程中,具備迅速成長的能力。為此我們應(yīng)建立新的教學(xué)模式,在改革課堂教學(xué)內(nèi)容及手段、完善實驗考核制度等方面進行探索[4-6]。通過對材料成型及控制工程的專業(yè)認證,可對教師的教學(xué)能力、學(xué)校的管理能力以及對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行全面評估。通過校企深度融合,實現(xiàn)學(xué)校、教師、學(xué)生在知識上相互補充、相互促進,從而使人才培養(yǎng)更加符合社會需求,滿足行業(yè)發(fā)展需要。工科院校的培養(yǎng)不僅為了滿足于培養(yǎng)人才,而且通過多方面的指導(dǎo)學(xué)習(xí)提升其綜合素質(zhì)來為我國的科技創(chuàng)新、社會發(fā)展做出基本貢獻。

2.2 重點強化實踐能力為目標(biāo)

以工程實踐為基礎(chǔ),重點聚焦國家發(fā)展趨勢,調(diào)整教學(xué)課程內(nèi)容,增加實踐敏銳性。有針對性地對行業(yè)發(fā)展進行研究,發(fā)掘企業(yè)技術(shù)需求,通過教師科研帶動學(xué)生攻關(guān),分析解決企業(yè)實際問題,在提高教師科研水平同時提升了學(xué)生實踐能力,建立“工學(xué)結(jié)合”培養(yǎng)模式,實現(xiàn)理論聯(lián)系實際。

充分了解產(chǎn)業(yè)研究方向,將最新技術(shù)及技術(shù)需求融入到課堂教學(xué)中,以理論知識指導(dǎo)實踐,將困難問題作為課題研究,學(xué)生通過課后查閱相關(guān)文獻并設(shè)計相應(yīng)實驗方案,既擴展了知識范圍,又能解決企業(yè)實際需求,增加后續(xù)科研興趣。這種實踐不僅提升了學(xué)生獨立思考能力,取得的成果也將成為其畢業(yè)就業(yè)、入學(xué)的競爭優(yōu)勢,教師也能通過教學(xué)過程和科研結(jié)果進行融合,提升自己專業(yè)水平。

從教師的科研項目研究出發(fā),讓學(xué)生課上、課后融入到科研工作中,不僅豐富了學(xué)生的課余生活,而且激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,科研工作有不同于課堂的教學(xué)環(huán)節(jié),在充分發(fā)揮運用基礎(chǔ)知識的同時,提高了查閱文獻能力。在其他專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的過程中,學(xué)生也能夠做出串聯(lián)相應(yīng)知識綜合運用,引導(dǎo)他們在科研中不斷探索和研究,掌握科學(xué)方法,提高自身科學(xué)素養(yǎng)[7]。

強化實踐操作環(huán)節(jié),通過學(xué)生的課程實驗,可提高學(xué)生對設(shè)備、材料的認識,練習(xí)實操技能,學(xué)校應(yīng)加強實習(xí)基地的投入建設(shè),進一步提升學(xué)生實操的能力。結(jié)合科研需求,開展基于科研項目的教學(xué)改革嘗試,致力培養(yǎng)出一批現(xiàn)代化科研創(chuàng)新專業(yè)技術(shù)人才[8]。

2.3 材料力學(xué)性能課程、實驗內(nèi)容優(yōu)化

根據(jù)企業(yè)考察學(xué)習(xí)調(diào)研,結(jié)合企業(yè)實際需求及學(xué)生就業(yè)方向,可將材料力學(xué)性能課程、實驗教學(xué)大綱進行優(yōu)化,部分章節(jié)如聚合物材料的力學(xué)性能、陶瓷材料的力學(xué)性能、復(fù)合材料力學(xué)性能由學(xué)生自學(xué)或了解,教師對學(xué)生進行考核[9-10]。

豐富工程教育專業(yè)案例體系,為學(xué)生提供更加全面、深入的案例教學(xué)。隨著高等教育改革的不斷深化,傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人才培養(yǎng)的要求。案例教學(xué)作為相對貼近實際生產(chǎn)的教學(xué)方式,具有直觀性、生動性、趣味性,學(xué)生對此可增加濃厚的學(xué)習(xí)興趣,因此案例教學(xué)方法被應(yīng)用到各種實驗課程的教學(xué)環(huán)節(jié)。因此,必須將工程教育中案例教學(xué)應(yīng)用到具體的課程之中。

低碳鋼是工程上使用廣泛的金屬材料,服役過程中受拉伸應(yīng)力較多,因此可以將拉伸條件下的低碳鋼力學(xué)行為測定分為以下幾個方面,(1)完成低碳鋼材料的文獻調(diào)研,根據(jù)服役環(huán)境完成實驗設(shè)計。(2)將不同形態(tài)的低碳鋼材料進行分組。(3)教師利用多媒體展示預(yù)估低碳鋼材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線并分析其原因(如圖1-1,1-2,1-3)。(4)學(xué)生虛擬操作,確定工作路線。(5)實驗。(6)撰寫實驗報告,教師講解、批閱。對共性問題進行分析探討,最后綜合學(xué)生1-6方面進行成績總評。

圖1-1 低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖1-2 材料未產(chǎn)生屈服應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖1-3 頸縮斷裂圖

2.4 課程考核辦法優(yōu)化調(diào)整

傳統(tǒng)的課程考核指標(biāo)相對簡單,主要以平時成績結(jié)合期末考試成績?yōu)橹?而平時成績占到總成績20%～30%,平時成績主要由簽到、課堂回答問題、課堂作業(yè)、課后作業(yè)為主,但是現(xiàn)在的學(xué)生學(xué)習(xí)情況無法分出很大差別,通過平時成績的評定優(yōu)劣好壞相對困難,應(yīng)將平時成績再進行優(yōu)化調(diào)整。

期末測試對知識點掌握程度以及學(xué)習(xí)過程是否能達到預(yù)期效果進行考查,可以分為平時訓(xùn)練、理論知識理解、實際應(yīng)用及綜合評價四個部分。期末考試成績通常占70%～80%的比例,試題的內(nèi)容主要注重的是基礎(chǔ)知識掌握情況及工程實際案例分析。但是缺乏實驗的操作過程考核,應(yīng)結(jié)合學(xué)生實驗課程增加實驗分析試題,這樣學(xué)生的記憶更加深刻,因此應(yīng)注重學(xué)生實操能力的檢測。

為了更好地提高教學(xué)質(zhì)量,應(yīng)在期末階段加強學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)和訓(xùn)練,包括復(fù)習(xí)鞏固基礎(chǔ)知識、練習(xí)解答題目以及完成作業(yè)三個部分。課堂講授環(huán)節(jié)內(nèi)加大課堂隨機討論內(nèi)容,由教師提出具體案例分析問題,學(xué)生以分班分組的形式進行探討,聚焦產(chǎn)生問題、解決問題環(huán)節(jié),采取學(xué)生辯論發(fā)言教師最終引導(dǎo)總結(jié)。注重將實際生產(chǎn)與問題結(jié)合起來,以達到更好的解決效果。期末試卷考查內(nèi)容應(yīng)包括基礎(chǔ)知識測試和應(yīng)用技能測試兩個部分。為了全面評估學(xué)生在工程問題中的綜合能力,建議在期末考試中引入綜合類題型,綜合類題型以工程上常見案例為基礎(chǔ)研究,重點讓學(xué)生解決失效、斷裂、疲勞、變形等力學(xué)行為的區(qū)別,對案例進行綜合性分析。這樣可以提升學(xué)生的綜合運用基本知識的能力,提出工程上常見問題預(yù)防措施。在期末復(fù)習(xí)階段,通過習(xí)題講評,引導(dǎo)學(xué)生掌握解題思路和技巧,培養(yǎng)其獨立思考與創(chuàng)新意識。對于學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和能力,改革考核方法可增加學(xué)生學(xué)習(xí)樂趣,充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能,提高學(xué)習(xí)效率。

3 結(jié) 論

結(jié)合材料成型及控制工程專業(yè)認證要求,為了提高了該專業(yè)學(xué)生的核心競爭力,“材料力學(xué)性能”作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,其教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)與專業(yè)教育深度融合,重點突出應(yīng)用創(chuàng)新實踐,結(jié)合就業(yè)趨勢不斷優(yōu)化課程培養(yǎng)方向,進一步融合企業(yè)與高校之間的技術(shù)供需關(guān)系。通過對教學(xué)改革的實施、建立良好的課堂體系評價體系,完善高校師資隊伍建設(shè),不僅可以提升教學(xué)質(zhì)量,同時也有助于凸顯工程教育的獨特特色,學(xué)生從學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,具備高效的解決問題能力,為我國的科技創(chuàng)新、社會發(fā)展做出一定的貢獻。