基于團隊學習的工科大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)實踐

摘要：培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是當前大學生素質(zhì)教學的重要內(nèi)容之一。應用團隊學習模式，通過力學建模與分析報告、創(chuàng)新實踐項目、大學生力學競賽等多種形式，鍛煉了學生的力學知識綜合應用能力和創(chuàng)新能力，增強了學生的創(chuàng)新素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：團隊合作；材料力學；創(chuàng)新能力

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2011年～2013年山西省高等學校教學改革項目“材料力學教學中提高學生力學建模與創(chuàng)新能力的研究與實踐”的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0017-01

當今世界，創(chuàng)新已成為經(jīng)濟社會發(fā)展的主要驅(qū)動力，創(chuàng)新能力成為國家競爭力的核心要素。《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號）指出：“加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和就業(yè)指導服務。把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程。”同時，當今世界范圍內(nèi)的重大科學與工程技術(shù)實踐，越來越需要龐大的創(chuàng)新團隊進行多學科高度協(xié)同合作，所以善于與其他人交流互助、協(xié)調(diào)合作是創(chuàng)新人才的必備品質(zhì)。工科大學生除了要掌握本專業(yè)的基本理論、方法和知識以外，還應具備開拓創(chuàng)新的意識、思維和能力。專業(yè)知識的傳授是教育的主要內(nèi)容之一，而創(chuàng)新意識、思維和能力的開發(fā)、培養(yǎng)則是教育更本質(zhì)、更核心的內(nèi)容。當前高等學校應在加強工科大學生基礎知識學習的基礎上，以強化創(chuàng)新能力和合作精神為核心，重構(gòu)課程體系，優(yōu)化教學內(nèi)容，著力推動團隊學習方法，加強工科大學生創(chuàng)新能力訓練和創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)。[1-4]本文在山西省高等學校教學改革項目支持下，針對機械類和近機械類大學生開展了材料力學課程教學改革，在提高學生創(chuàng)新能力方面進行了有益的探索。

一、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的整體思路

材料力學課程是理工科相關(guān)專業(yè)學生直接面向工程設計的重要技術(shù)基礎課程，它是結(jié)構(gòu)和強度工程師最主要的專業(yè)基礎課。隨著應用型人才、復合型創(chuàng)新人才的社會需求不斷提高，以及有限元模擬和其他數(shù)值計算商業(yè)軟件的廣泛應用，材料力學教學在掌握基本概念、方法的基礎上，應加強培養(yǎng)學生應用材料力學知識進行創(chuàng)新的能力。創(chuàng)新能力培養(yǎng)的整體思路主要包括：與傳統(tǒng)課堂授課模式相結(jié)合，通過團隊學習方式進行力學建模訓練；依托學校創(chuàng)新平臺，通過參加全國大學生力學競賽和山西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，加強對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、力學建模分析訓練中對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

區(qū)別于以往材料力學教學過程中的“大作業(yè)”，力學建模分析訓練需要以團隊合作完成，且更強調(diào)學生從工程和生活實際中自主選擇問題并提煉力學模型，最后提交PPT報告并選出各組代表上臺匯報。整個力學建模過程中每個學生都不是旁觀者，必須全力以赴參與，學生在小組中的作用及其參與程度作為評價學生學習的一個方面，從而能最大程度地調(diào)動學習的積極性。為了培養(yǎng)學生的團隊合作精神，在材料力學課程開始時把學生按學號分成學習小組，每個小組需要合作完成力學建模與分析報告，以《力學建模與分析報告指導建議書》的形式布置給各組。建議書包括以下主要內(nèi)容：所選取的工程問題描述和解釋（需要提供工程和生活實際的照片或網(wǎng)上的圖片）；簡化得到力學計算簡圖，包括載荷、約束、結(jié)構(gòu)尺寸以及材料，建立工程問題的力學模型；具體分析計算，包括強度、剛度等；本組的創(chuàng)新點說明；對本組在建模過程中表現(xiàn)的自我評價；小組成員在報告形成過程中的貢獻等。學生利用課后時間以小組形式研究討論，并及時與教師交流，教師因勢利導、因材施教，根據(jù)各組選擇問題的特點，發(fā)揚每個學生的長處，挖掘他們的潛能，使每個學生都各得其所，從而達到了創(chuàng)新教育的目的。

學生選擇的大多是身邊能看到的問題，涉及工程結(jié)構(gòu)和生活器具結(jié)構(gòu)等。例如指甲刀的強度校核、衣架強度與變形分析、普通插銷受力力學模型分析、門把手力學分析、單杠模型力學分析、人字梯結(jié)構(gòu)分析、街道信號燈桿的強度剛度分析、塔吊結(jié)構(gòu)模型及其力學分析、空調(diào)支架穩(wěn)定性力學建模、樓房雨棚的強度設計等等，涉及的領域和覆蓋的材料力學知識知識都較全面。報告的陳述和評價由學生來完成，主要從下面幾個方面進行評價：選題的綜合性和難易程度、力學模型建立是否準確、分析計算是否正確、PPT制作和講解，最后把各組的評分表交回教師作為總評成績的一部分。

有的組反饋：“本組的創(chuàng)新點：在沒有試驗器材的情況下充分發(fā)揮我組的各個成員的想象力完成了任務；該例子非常接近生活，是我們大家每天都要碰到的力學實例”。“通過本次的力學建模，使我們認識到生活中處處皆力學，更好地利用掌握的力學知識進行創(chuàng)新活動，最重要的是令我學會如何去思考一個問題，思維過程是非常重要的，并且學到了團隊協(xié)作的重要性。”

三、依托學校創(chuàng)新平臺的創(chuàng)新實踐

1.山西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

為了提高學生利用力學及其相關(guān)知識進行創(chuàng)新活動的能力，迫切需要建立培養(yǎng)創(chuàng)新能力的平臺體系，并根據(jù)建構(gòu)主義教育理論和學習方法的指導，設計創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合體系，讓有興趣、有特長、有熱情的大學生和教師參與到創(chuàng)新實踐中來，從而培育大學生科技創(chuàng)新團體，調(diào)動大學生的學習主動性、積極性，形成良好的學風和創(chuàng)新氛圍。我們鼓勵高年級本科生充當科研助手，筆者從自己承擔的科研項目中提煉一部分適合高年級學生完成的內(nèi)容，和項目組同事組織學生申報并獲批了山西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目3項。

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)首先必須有硬件平臺作保證，并且其硬件環(huán)境必須與圍繞創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標所構(gòu)建的知識框架相適應，山西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目就提供了一個非常好的創(chuàng)新平臺和機會。這些活動具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，有利于提高學生的創(chuàng)新能力和專業(yè)素質(zhì)。在導師的指導下，4-5個人組成小組自主進行研究性學習，包括發(fā)現(xiàn)問題、設計實驗方案、組織設備及材料、實施實驗、考察調(diào)研、進行數(shù)據(jù)分析處理、撰寫總結(jié)報告和科學論文等。通過項目實施，促進高等學校積極探索創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的新模式，倡導以學生為主體的人才培養(yǎng)和研究性學習教學改革，建立以問題和課題為核心的教學模式，強化實踐教學、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，使學生得到科學研究、發(fā)明創(chuàng)造和就業(yè)創(chuàng)業(yè)的初步訓練，形成優(yōu)良的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍和文化，推動高等教育教學改革，不斷提高教學質(zhì)量。

山西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目對學生融合其所學知識，激發(fā)新知識學習興趣和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)動手能力、創(chuàng)造能力和協(xié)作精神具有明顯的作用，促進了創(chuàng)新素質(zhì)教育。

2.全國大學生力學競賽

以力學競賽為契機，激發(fā)學生學習基礎力學的熱情與動力，探索力學素質(zhì)教育新途徑。在教學實踐中，我們充分利用校級、國家級力學競賽活動的時間連貫性特點，通過一系列的競賽輔導方式鼓勵學生積極參加比賽，在全程參與力學競賽、享受競賽樂趣的同時激發(fā)學生學習基礎力學的熱情與動力。經(jīng)過校級競賽選拔，組建競賽隊伍進行培訓。因為時間有限，為了提高培訓效果，將學生分為若干個小組，每個組由一名老師負責答疑。培訓分為兩部分，首先是基礎知識復習、教材中難點和綜合內(nèi)容的挖掘。因為以前已經(jīng)學習過了，這部分比較枯燥，除了完成一些難度較大的題目，還要求組長定期集中起來各組的問題，及時請教指導老師。其次，進行歷屆競賽試題解析，將看似枯燥的力學基礎理論與具有趣味性生活實例結(jié)合起來，使學生體驗到力學的用武之地。通過這種自由討論、交流、補充、修正的方式，極大地激活了學生的創(chuàng)新思維，在潛移默化中提高了學生學習基礎力學的興趣。

通過創(chuàng)新基礎力學教育教學模式，創(chuàng)造了一種課程體系和課程內(nèi)容改革的引導機制，探索出一套切實有效的學生學習力學知識和實踐相結(jié)合的競賽模式，搭建了一個培養(yǎng)高素質(zhì)力學人才的平臺和載體，轉(zhuǎn)變了教師對材料力學課程的傳統(tǒng)教育教學觀念，提升了水平能力，推動了力學教育教學改革，較好解決學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的問題。

四、結(jié)束語

在材料力學教學中提高學生的創(chuàng)新能力是社會發(fā)展的要求，也是課程體系、知識結(jié)構(gòu)變化的需要。

通過團隊合作學習和合作研究，最大限度地調(diào)動了絕大多數(shù)學生學習材料力學的主動性，激發(fā)了學生創(chuàng)新的動力，促進了材料力學理論和實踐的結(jié)合，有利于鍛煉學生的實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新性和實用性人才。

參考文獻：

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[4]李學平.力學教學中的創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2009，10（1）：38-39.

（責任編輯：劉輝）