卓越工程師培養模式下的工程力學教學體系創新研究

魏天路，劉新柱

（佳木斯大學機械工程學院，黑龍江佳木斯 154007）

0 引言

教育部“卓越工程師教育培養計劃”，是我國高等教育的一項重大舉措，是以科技強國、人才強國為出發點，以培養一大批具有較強的工程應用能力和創新能力為目標的高等教育專項改革。佳木斯大學已經實施2 年多該計劃，作為該計劃實施的參與者，筆者在“卓越計劃”人才培養體系、課程建設體系等方面有了一些淺薄之見，在此和各位專家同仁共同探討。

工程力學主要包括理論力學和材料力學2 部分，是工科學生重要的專業基礎課，是從基礎課的理論教育向專業課的應用教育過渡的橋梁與紐帶，其重要性不言而喻。但隨著高等教育改革的深入，工程力學等課程的學時與以往相比，都不同程度的有所減少，因此迫切需要構建一種符合教學大綱要求、少而精、側重工程應用能力培養的工程力學教學體系，以適應面向21 世紀培養造就一大批具有較強創新能力、符合經濟建設要求的復合型人才的時代要求［1］。

1 緊密聯系工程實際，完善實例教學法

卓越工程師應具備較強的現場工作能力，即在工程現場發現問題并解決問題的能力。因此在工程力學理論及實踐教學中應加強學生工程應用能力的培養。工程力學課程在大學二年級開設，在此之前學生還沒有接觸工程實際問題。力學源于實踐，力學服務于工程實際，在教學過程中，教師應以具體的工程問題為實例講解力學的基本原理和基本知識，培養學生發現問題，建立力學模型，利用力學原理解決問題的工程應用能力。多年來，一直采用設疑——分析——解惑的教學方法，即在每節課前，都根據工程實際提出若干個和本次課程有關的問題，在授課過程中對該問題進行分析和討論，最終形成的討論結果就是本次課的主要知識點，同時也回答了課前所提出的問題。

例如，在講解提高梁的彎曲強度措施時，可以設如下疑問：教室內的梁截面是什么形狀的，又是如何放置的，為什么這樣放置？然后針對這個問題從提高彎曲強度的角度進行討論。如圖1（a）所示，高為h 寬為b 的矩形截面梁豎放時，其抗彎截面模量；如圖1（b）所示，矩形截面梁平放時，而，顯然豎放時所獲得的抗彎截面模量Wx要大于平放時的Wy，從而可以得出矩形截面梁豎放要比平放抗彎能力強的結論［2］。這樣的實例很直觀地說明了提高梁抗彎強度的一種措施。

圖1 矩形截面梁放置方式

又如，在講解提高軸類構件的抗扭強度時，可以以空心軸和實心軸為例進行說明。在相同載荷作用下，空心軸的截面面積要比實心軸小，在軸的長度相同的情況下，空心軸自然要比實心軸節省材料。這一現象既說明了提高軸類構件抗扭強度的措施，又驗證了扭轉切應力的分布規律，即。如圖2 所示，扭轉時某點切應力的大小與該點到圓心的距離成正比，在圓心處切應力為零，在圓軸表面切應力達到最大值。因此將軸線附近受力較小處的材料挪至受力較大的圓軸外表面，可以充分發揮材料的作用，實現提高軸類零件抗扭強度的目標。

圖2 扭轉切應力分布規律

生活和工程中有很多類似的實例，采用這種實例教學方法既令原本枯燥的理論教學變得生動，又可以將工程實例自然地引入到課堂教學中，加強了理論與實踐的聯系，培養了學生分析問題、解決問題的工程應用能力，取得了良好的教學效果。

2 適應人才培養要求，加強雙語教學建設

卓越的工程技術人才，除了需要掌握扎實的專業知識外，還應具備較強的英語應用能力［3］。這就要求在教學過程中，不僅僅是英語課，包括工程力學在內的其它課程都應有意識地加強學生聽、說、閱讀英語的能力。英漢雙語教學就是提高學生英語應用能力的一種有效途徑。工程力學開設在大學二年級，這時學生已經具備了較好的英語基礎，且工程力學課程中專業詞匯的重復率較高，掌握起來相對較容易，因此工程力學課程完全具備了雙語教學的條件。工程力學主要研究工程技術的一般規律，國內外教材的知識體系、教學目標基本相同，實行雙語教學可以引進英文原版的教材，從而既完成了教學目標，又可以開拓學生的視野。近年來，人們一直在“卓越工程師班”實行雙語教學，學生的力學成績、英語成績與其他班級比較都相對優秀，普遍反映良好。

3 完善實驗教學，加強創新能力培養

傳統的力學實驗大都是驗證性的實驗，即在做實驗之前，學生根據所掌握的理論知識，已經知道實驗結果大約是什么樣的［4］。可以說，這種實驗教學方式在很大程度上將學生的思維引入了固定的、由教師設計好的模式，不利于其創造性思維的發展。為此，基于提高學生的工程應用能力和創新能力的目標，根據多年教學中總結的經驗，改革傳統實驗教學方式，設計了一些綜合性的實驗。

例如，在實驗前，將學生分成若干組，給學生布置如下思考題：教室內用鋼筋混凝土制成的梁中，如何布置鋼筋的位置最合理？學生可以以組為單位進行討論、設計，然后利用實驗設備制作簡易模型，將模型安裝在實驗機上進行實驗。根據理論知識分析實驗現象產生的原因，根據實驗結果討論設計方案的優劣，在分析與討論中就可以掌握彎曲正應力的分布規律和塑性材料、脆性材料的拉伸和壓縮特性。

這種實驗教學方式，以生活中直觀的實例為實驗研究對象，激發了學生的學習興趣；以小組為單位動手制作實驗模型，提高了學生的團隊合作意識，實現了令學生掌握實驗儀器操作方法的目標，有效地培養了學生的實際動手能力；分組討論實驗現象及實驗結論，提高了學生從生活及工程實例中建立力學模型，并對其進行分析、歸納、總結、拓展的能力。根據對畢業生的追蹤及訪談，這種實驗教學方式可以很大程度提高學生的工程應用能力，學生普遍反映教學效果良好。

4 改革考核方式，注重應用能力培養

考試成績是衡量學生對一門課程掌握好壞的主要標準，因此考核方式直接決定了學生的學習方式和學習目標［5］。傳統的工程力學考核方式以期末筆試成績為主，以平時作業、實驗、出勤為輔。這種考核方式在很大程度上限制了學生的創新思維，并不能完全反映出學生對工程力學知識是否理解透徹、是否能夠獨立運用工程力學知識解決工程實際問題。因此，對工程力學的考核方式做出較大的改革，將期末筆試成績降到總成績的60%，平時成績上升到40%，并作如下分配：10%為平時出勤及學習態度考核；10%為實驗技能考核；其余的20%為平時大作業的考核。

在新的考核標準中，平時作業所占比重有了顯著的增加，同時對作業的內容也做了較大的改革。每學期在不同的授課階段，根據課程的重點內容，給學生布置綜合性的大作業。和以往傳統形式的作業有所不同，這些大作業均以工程實例為原型，并不單純側重某一知識點的訓練與考核，而是將學生在該階段所掌握的力學知識與其它學科知識相互綜合、相互交叉。通過這種方式的作業訓練，學生既鞏固了該階段所學的力學知識，又明確了力學知識在其它學科中的具體應用，同時還提高了解決工程實際問題的能力。

改革后的考核方式通過幾年來的教學實踐檢驗已經逐步完善，這種考核方式可以引導學生樹立正確的學習目標，對提高學生的創新能力和工程應用能力具有積極意義，學生普遍反映良好。這種考核方式人們將陸續向其它課程推廣、普及。

5 結語

“卓越工程師教育培養計劃”是一個長期的系統工程，只要參與“卓越計劃”的每一名教育工作者都積極行動起來，“卓越計劃”所涉及到的相關課程都按照培養目標進行大刀闊斧的教學改革，卓越工程師的培養任務就一定會完成，我們的中國夢必將會實現。

［1］單穎，陳中超，儲節旺.基于伯克利模式的卓越人才科研創新能力培養探究［J］.中國科技信息，2013（18）：176-178.

［2］劉新柱，陳振，周俊，等.生活中一些實例的力學原理分析［J］.邊疆經濟與文化，2013（10）：178-179.

［3］折媛，楊軍，張朝暉，等.“卓越計劃”下冶金工程專業雙語教學的思考與探索［J］.陜西教育，2013（5）：55-56.

［4］劉玉慶，劉玉梅.本科力學實驗的創新化教學［J］.科技信息，2012（1）：308，315.

［5］魏天路，潘佳卉，顏兵兵.地方高校“卓越工程師”培養模式課程體系的構建［J］.黑龍江教育：高教研究與評估，2014（2）：32-33.