全日制專業學位研究生力學課程教學設計與實踐

摘要：針對提高全日制專業學位碩士研究生應用能力的培養目標，在彈塑性力學課程的教學內容、教學方法、考核評價等方面進行了總體設計和教學實踐，其中體現了實用性和綜合性；運用團隊合作學習和案例教學激發了學生整體的學習主動性，提高了課程的教學效果。

關鍵詞：應用能力；全日制專業學位碩士研究生；力學課程；教學實踐

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

基金項目：本文系山西省研究生教育改革研究課題（課題編號：2010—2013）的研究成果。

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0092-02

隨著我國經濟社會的快速發展，迫切需要大批具有創新能力、創業能力和實踐能力的高層次專門人才。教育部在2009年3月19日和2009年9月29日先后發文，對全日制碩士專業學位研究生的培養和招生工作提出了若干意見。2010年7月公布的《國家中長期教育改革和發展綱要（2010-2020年）》中提出“重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模，加快發展專業學位研究生教育”。專業學位的目的是培養具有扎實理論基礎，并適應特定行業或職業實際工作需要的應用型高層次專門人才。因此，如何在專業碩士研究生培養過程中體現應用型目標，強化應用型目標，最終培養出符合國家經濟社會發展需要的應用型人才是全日制專業學位碩士研究生培養的關鍵。[1，2]

課程教學體現了專業學位研究生教育培養能力與知識要素的特質，[3]課程教學作為研究生教育的主要培養形式之一，在全日制專業學位研究生教育中起著重要的作用。如何發揮專業學位研究生教育課程教學的作用，國內同行在各自領域開展了積極的嘗試。[4，5]本文在山西省研究生教育改革研究課題支持下，針對機械類和近機械類全日制專業學位研究生開展了彈塑性力學課程教學改革，在提高學生力學知識應用能力方面進行了有益的探索。

一、課程教學在全日制專業學位研究生應用能力培養中的重要作用

專業學位研究生的內涵和培養目標決定了其應具有較強的實踐意識和應用能力，但全日制專業學位研究生大都是應屆畢業生或近一兩年畢業的學生，缺乏工程經驗，動手實踐能力弱，對工程實際問題的綜合分析能力不強，對工程技術了解不深入、不全面。但他們也有優勢：剛從本科階段過來，對大學的理論知識印象還比較深刻，求知欲比較強，更容易接受新的知識。另外相對于工程碩士集中授課教學模式而言，全日制專業學位研究生有較充足的時間接受課程教學。所以，在機械類全日制專業學位研究生培養過程中，應注重課程教學的作用，對課程內容、教學方法、考核方法等環節進行總體設計，使學生在掌握力學基本理論和方法的同時，提高其力學知識的應用能力，為后續課程學習、實踐能力培養以及職業生涯奠定良好的基礎。

二、力學應用能力培養的課程教學設計

彈塑性力學課程作為機械類和近機械類工科專業學位碩士研究生的必修課程，在學生知識結構中占有極其重要的地位。而國內高校對全日制專業學位研究生培養模式還處于摸索階段，目前還沒有合適的彈塑性力學教材。全日制專業學位研究生的培養目標決定其課程教學應強調應用能力的培養，教學的主要目的是讓學生弄明白“是什么”、“有什么用”，重點突出實用性和綜合性，不強調理論系統性和分析性，不要求學生對每個知識點都明白“為什么”。所以在教學過程中，需要教師根據學生的基礎和專業需求對教學內容、教學方式、考核方法等進行總體設計，以在有限的學時內達到最佳的教學效果。

所以，在彈塑性力學教學內容方面，大幅縮減了理論公式推導所占的學時，增加了有限元軟件應用的內容，以提高學生應用力學知識分析工程實際問題的能力。在教學方式上重視運用團隊學習，在完成必要的課后作業基礎上，以學習小組為單位適當開展案例教學，以培養學生的團隊協作精神。在考核方法上，注重平時考核，把平時成績比例加大到50%。

三、力學應用能力培養的初步實踐

1.基于應用能力培養的教學內容設置

以中北大學（以下簡稱“我校”）2011級研究生為例，選學彈塑性力學課程的專業學位研究生共36人，其中有15人只學過少學時的工程力學。鑒于部分學生力學基礎比較薄弱這一現實和課程的教學目的，總數40學時的彈塑性力學課程學時分配如下，4學時是理論力學和材料力學基礎知識回顧，應力和應變狀態分析為6學時，彈塑性本構關系為6學時，彈塑性平面問題、極坐標問題為8學時。有限元理論與軟件應用10學時，案例教學4學時，學生匯報和評價2學時。在主要理論知識點的講授方法上進行了仔細斟酌。對應力平衡方程部分，只講授在三維情況下從物體中取微元和列六個平衡方程的思路，具體推導過程不講解。在應變分析部分，只講授應變位移關系式的推導思路，給出三維問題的幾何方程，然后通過一個例子由位移求解應變分量。在增量理論部分，只列出增量理論本構方程，重點講清楚每個符號的力學含義，然后通過一個典型例題講解增量理論的應用。在彈塑性平面問題、極坐標問題部分，重點詳細講解如何利用半逆解法分析簡支梁的彈塑性彎曲，而對厚壁圓筒和小孔應力集中等內容，只講授如何根據邊界條件確定個應力分量中的待定系數。

在有限元部分，結合一些歐美教材的經驗，將有限元理論和有限元商業軟件ANSYS穿插講解。先給出有限元分析的一般理論，然后通過具體的例子詳細說明了有限元分析的基本過程與各種計算環節，最后針對具體的問題說明了如何使用ANSYS求解。理論部分是通過最小勢能原理和里茲法的學習，直接講授三角形單元公式的推導過程，通過一個典型例題學習單元剛度矩陣、總體剛度矩陣的形成過程、節點位移求解、單元應變以及應力的求解等，使學生對有限元處理問題的思路有一個全局了解。在ANSYS軟件部分，從前處理、求解、后處理三個模塊入手，選擇以下經典內容講解：簡支梁均布載荷作用下的彈塑性模擬、厚壁圓筒受內外壓下彈塑性模擬、小孔應力集中模擬等，每個問題都將材料力學、彈塑性力學的理論解答和數值模擬結果進行比較，分析誤差產生的原因，提高學生應用力學知識綜合分析問題的能力，同時使學生明白任何理論和方法都不是完美無缺的，從而養成求真求實的科學精神。

2.基于團隊合作學習的教學方法的運用

“獨學而無友，則孤陋而寡聞。”兩千年前我國古典教育名著《學記》就論述了合作在學習中的作用。學習團隊是合作學習的基本單位，合理的分組是保證合作學習順利開展的前提。目前我校是把同一個專業或者同一個導師且研究方向相近的學生混合編組構建學習團隊，每個組4～6人。組長作為學習團隊的組織者盡量不由教師指定，而由小組內部推選產生，這樣便于開展工作。結合彈塑性力學教學過程的特點，團隊合作學習任務主要包括兩方面內容：一方面是合作學習，包括知識模塊總結、課前討論、課堂回答問題等；另一方面是力學建模與分析案例教學。具體實踐過程如下：

（1）課前預習討論。每次下課時把下一次授課內容、關鍵知識點和需要回答的問題布置下去，要求學生做好課前預習，針對難點進行小組討論。

（2）課堂回答問題。每次上課針對上次布置的問題進行課堂提問，鼓勵學生主動回答問題。如果被提問學生不能正確回答問題，可以采取組內求助方式獲得本小組其他學生的幫助，每個學生回答問題的成績將作為本小組的成績。

（3）知識模塊總結。要求學生在學習相應章節后提交知識模塊總結，組長還需要在小組討論基礎上把本組的主要問題和建議進行總結，教師根據模塊總結的質量給予百分制評分。

在教學方式上嘗試采用案例教學。教學案例來自于已畢業研究生的論文，具體分析如何應用力學知識把一個工程問題提煉為力學模型，如何利用有限元軟件獲得其數值模擬解。一般是先將素材提供給每個小組，鼓勵學生自己提煉教學案例，然后一起討論其中的共性問題。為了提高學生的力學知識應用能力，在教學過程中設計了力學建模與分析報告，即每組學生自主完成教學案例的全過程。強調從學生自己專業的工程實際自主選擇問題并提煉力學模型，并需要以小組的形式合作研究完成，最后提交PPT報告。報告的陳述和評價由學生來完成，每個組推選一個同學上講臺使用PPT講解匯報。另外每個組安排一位同學作為評委，同時對每個組的匯報進行全程攝像和拍照。影像資料可提供給每組學生留作紀念，最后把各組的評分表交回教師作為最終成績的一部分。

3.靈活制訂課程考核評價方法

為了保證絕大多數學生參與其中并且受益，教學中實踐了相應的考核評價方法，加大平時成績的比重到50%，將平時教學的過程監控和期末考試成績相結合。期末理論考試占總成績的50%，通過傳統的題型（填空題、簡答題、計算題）考核學生對基礎知識的掌握程度。平時成績通過團隊合作學習效果來考核評價，把課堂回答問題、知識模塊總結、力學建模與分析報告每個組的平均分值作為本組每一個學生的平均得分。

四、結束語

提高應用能力是全日制專業學位研究生培養的主要目標，而課程教學在其中起著不可或缺的作用。只有在各門課程的教學過程中都貫徹應用能力培養這一主線，在專業碩士研究生培養過程中體現應用型目標，強化應用型目標，才能最終培養出符合需要的應用型高層次專門人才。

參考文獻：

[1]黃寶印.我國專業學位研究生教育發展的新時代[J].學位與研究生教育，2010，（10）：1-7.

[2]高文波.全日制碩士專業學位研究生教育探析[J].中國電力教育，2010，（36）：59-61.

[3]張蘭.專業學位研究生教育課程教學若干問題探討[D].上海：復旦大學，2011.

[3]崔麗，梅燕，顧長石.專業學位碩士研究生課程建設的探索[J].教育教學論壇，2013，（11）：224-225.

[5]朱泰英.技術應用型專業學位研究生數學教學實踐研究[J].中國電力教育，2013，（4）：49-50

（責任編輯：王意琴）