面向工程教育專業(yè)認證的材料力學課程教學改革

張昆鵬 王收軍 郝淑英 馮晶晶

摘要：工程教育專業(yè)認證背景下的材料力學教學注重培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，適應(yīng)工程師就業(yè)國際化的需要。材料力學是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對現(xiàn)有教學體系中存在的不足，可以從教學理念、教學內(nèi)容、教學方法及考核方式等四個方面進行改革，使該課程的教學能夠培養(yǎng)學生成為國際化工程師人才，具有自主學習、探索創(chuàng)新的優(yōu)秀素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認證;材料力學;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0095-02

一、工程教育專業(yè)認證概述

2013年6月，我國正式成為全球范圍內(nèi)規(guī)模最大、影響力最廣的國際工程教育互認協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》的預備會員國。過去，與發(fā)達國家相比，雖然我國工程教育培養(yǎng)的畢業(yè)生總量遠超過其他國家，但實踐能力卻處于明顯落后的水平。據(jù)《世界經(jīng)濟論壇》統(tǒng)計，美國81%的工程專業(yè)的本科生畢業(yè)后即能勝任相關(guān)工程實踐工作，而中國僅有10%。由此看來，我國高等院校的工程教育仍存在重理論、輕實踐、與工業(yè)需求脫節(jié)等問題。《華盛頓協(xié)議》是世界上最具影響力的國際本科工程學位互認協(xié)議，其宗旨是通過雙邊或多邊認可工程教育資格及工程師執(zhí)業(yè)資格，促進工程師跨國執(zhí)業(yè)。因此，加入該協(xié)議對我國的工程專業(yè)教育標準和工程師職業(yè)能力提出了具體且權(quán)威的要求，為我國如何建設(shè)創(chuàng)新型國家和培養(yǎng)大量的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供了方向，同時也將對我國工科畢業(yè)生就業(yè)國際化起到重要的推進作用。天津理工大學機械工程學院正在申請機械工程及自動化專業(yè)的工程教育認證，筆者在此背景下對機械類專業(yè)本科生的《材料力學》課程的教學改革提出了相關(guān)的闡述。

材料力學是工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過對材料力學的學習，學生應(yīng)掌握基本的理論與方法，為后續(xù)課程的學習打下良好基礎(chǔ)，并能應(yīng)用材料力學理論知識解決工程實際問題。例如對發(fā)生基本變形及組合變形的構(gòu)件進行強度、剛度校核及截面尺寸設(shè)計，強度理論的學習還可為將來工程中應(yīng)力應(yīng)變的測量提供必備的理論基礎(chǔ)，壓桿穩(wěn)定問題分析可防止工程中的構(gòu)件發(fā)生失穩(wěn)，等等。結(jié)合工程教育背景，為使我們的工程教育與國際接軌，滿足工程教育專業(yè)認證的要求，《材料力學》課程的教學理念、教學內(nèi)容、教學方法及考核方式等方面都需要進行相應(yīng)地改革。

二、材料力學的教學現(xiàn)狀

我校機械類專業(yè)本科生的材料力學課程為64學時，授課教師按照教學大綱的要求，將材料力學的課程體系進行濃縮提煉。依據(jù)專業(yè)特點，材料力學教學主要有構(gòu)件的拉伸壓縮、剪切擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形和組合變形，其中涉及的理論包括強度、剛度的計算及校核，對于壓桿的穩(wěn)定性計算也受到了一定程度的重視。教學方法采用PPT和板書相結(jié)合的方式，重視課堂訓練，師生互動。考核方式以平時成績和期末考試綜合評定。總的來說，由于各種各樣的原因，存在課時不夠、教師授課內(nèi)容基本上局限于書本上的內(nèi)容和課本上抽象的力學模型等問題;學生則以考試為重，考前突擊復習，結(jié)果使學生理論與實踐脫節(jié)，學習興趣及學習的積極性不高，材料力學基本的理論知識掌握不牢，缺乏應(yīng)用所學的材料力學知識解決實際工程問題的能力。

三、面向工程認證的材料力學教學改革

（一）教學理念的改革

工程教育專業(yè)認證的核心理念是以學生為中心，通過評價學生的學習成果，使學生具有專業(yè)基本知識、解決工程實際問題的能力、工程職業(yè)道德、創(chuàng)新意識和社會責任感等基本能力和素質(zhì)。因此，面向工程教育專業(yè)認證的《材料力學》教學理念應(yīng)當有所轉(zhuǎn)變。教師教學過程中，不僅要傳授學生材料力學的基礎(chǔ)理論知識，更應(yīng)注重學生實踐能力的培養(yǎng)。通過對基本知識的掌握，從實際工程問題中抽象、簡化力學模型，采用材料力學理論和方法能夠解決實際工程結(jié)構(gòu)的力學問題。以此為目的，積極培養(yǎng)學生的自主學習、敢于探索和創(chuàng)造性的能力。這也對教師的教學內(nèi)容、教學方法、知識結(jié)構(gòu)和實踐能力提出了新的要求。

（二）教學內(nèi)容的改革

材料力學的教學內(nèi)容過去一直按照教材結(jié)構(gòu)，講授拉伸壓縮、剪切擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、組合變形、應(yīng)力強度理論和壓桿穩(wěn)定理論等內(nèi)容。在實際授課過程中，往往由于課時、學生的學習興趣等原因，造成基礎(chǔ)知識講解詳細，而與工程實際相關(guān)的組合變形、強度理論等內(nèi)容過于簡單。按照工程教育專業(yè)認證的要求，教學內(nèi)容應(yīng)充分體現(xiàn)與工程實踐、工業(yè)發(fā)展相結(jié)合，針對目前許多工業(yè)領(lǐng)域復合材料、智能材料的廣泛應(yīng)用，在教學內(nèi)容上應(yīng)適當增加相關(guān)的基本知識，使學生能夠了解材料力學的知識體系，不同的假設(shè)和不同的理論，在解決實際工程問題時能夠加以探索，通過自主學習掌握解決不同材料的力學性能分析;建立教師之間的交流平臺，分享教師所作的工程項目并將其作為工程背景融入材料力學的課堂教學，作為將材料力學知識用于解決工程實際問題的案例，并對問題的處理過程進行分析講解，培養(yǎng)學生解決工程問題的能力。

（三）教學方法的改革

學習材料力學的目的是為學生的專業(yè)課學習以及解決相關(guān)工程實際問題打下良好的基礎(chǔ)，加強基礎(chǔ)理論知識與實際問題的結(jié)合是課程教學改革的關(guān)鍵。特別地，工程教育專業(yè)認證背景下的材料力學教學應(yīng)適應(yīng)培養(yǎng)國際工程師人才的需要，更應(yīng)對材料力學教學方法做出改革。

1.多媒體教學、板書、計算機仿真相結(jié)合。多媒體授課是當前主要的教學手段，使學生能夠更加形象生動地掌握材料力學知識是多媒體教學是否成功的關(guān)鍵，這就要求在課件制作上要兼顧文字、圖像及動畫的契合。為了提高教學效果，應(yīng)花費相當?shù)木χ谱鞑⒉粩嗤晟啤９酵茖А⒘曨}講解和關(guān)鍵詞等應(yīng)結(jié)合板書，以便增加學生的理解，跟進教學思路，從而提高教學質(zhì)量。計算機仿真是目前解決工程實際問題的重要方法，引入計算機仿真的圖形結(jié)果，例如應(yīng)力分布云圖等，可以給學生直觀的感性認識，激發(fā)學生解決實際問題的興趣;同時可將現(xiàn)在成熟的仿真軟件用于材料力學中構(gòu)件的應(yīng)力和變形分析，讓學生自主開發(fā)相應(yīng)的程序，對構(gòu)件進行應(yīng)力和變形分析，使學生畢業(yè)后能盡快地適應(yīng)工作。

2.啟發(fā)性教學與互動性教學相結(jié)合。通過引入生活中常見的力學現(xiàn)象，或通過參觀實驗室的相關(guān)結(jié)構(gòu)，有利于調(diào)動學生學習的積極性，加強學生學習的主動性，提高了感性認識，培養(yǎng)了學生的探索精神。課堂教學中，除了知識的講授外，活躍課堂氣氛，增加師生間的交流，能夠有效的集中學生的注意力，營造一個嚴肅且活潑的課堂學習氛圍。將啟發(fā)性教學與互動性教學有機地結(jié)合起來，對于提高學生的工程師素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的學習、探索、創(chuàng)新的能力有著至關(guān)重要的作用。

（四）考核方式的改革

目前材料力學課程的考核方式多采用平時成績、實驗成績和期末考試相結(jié)合的方式，其中平時成績多參照課堂出勤和課后作業(yè)的完成情況。這樣的考核方式在某種程度上促進了部分學生上課、學習的積極性，但仍有學生在課堂學習時表現(xiàn)松懈。特別是在期末考試前借助于考前突擊，對某些基本公式生搬硬套，通過對重點知識的死記硬背來應(yīng)對考試，造成學生對材料力學課程的知識體系、基礎(chǔ)概念和基本理論掌握不足，更無法應(yīng)用材料力學知識解決工程實際問題。面向工程教育專業(yè)認證下的材料力學課程需要對考核方式進行改革，考核重點應(yīng)強調(diào)學生應(yīng)用所學知識解決工程實際問題的能力。對于平時成績的考核而言，課后作業(yè)可以在部分練習題的基礎(chǔ)上，適當增加具有工程背景的實際問題，從學生解決問題的思路、實際問題的抽象、力學模型的建立及基礎(chǔ)知識的運用來考察學生的學習情況。每個學期可以設(shè)計兩次左右的大作業(yè)，將學生分組后考察作業(yè)完成情況。實驗環(huán)節(jié)更加注重學生實驗設(shè)計、實驗原理和實驗結(jié)果的對比等，除去基本的拉伸壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形實驗，可以考慮結(jié)合任課教師的專業(yè)背景與科研項目，增加學生在實際工程中通過實驗解決部分問題的能力。在期末考試環(huán)節(jié)中，按照工程教育專業(yè)認證的實際要求，試題更應(yīng)側(cè)重于對學生基礎(chǔ)知識和基本理論的考核，需增加一些利用材料力學理論和方法解決實際問題的綜合性試題。

四、結(jié)語

材料力學是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。新形勢下，面向工程教育專業(yè)背景的材料力學教學改革更應(yīng)與時俱進。為提高學生的工程素養(yǎng)，解決工程實際問題的能力，在材料力學教學中做出適當改革。筆者在教學理念、教學內(nèi)容、教學方法和考核方式等方面進行了相關(guān)的闡述。通過材料力學課程的教學改革，不但有利于提高教學質(zhì)量，強化教學效果，最終的目的是培養(yǎng)學生成為國際化的工程師人才，使學生具備自主學習、探索創(chuàng)新的優(yōu)秀素質(zhì)。

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