基于校企聯合探索《材料力學實驗》復雜工程問題能力培養

李建華 卿上樂 毛文貴

【摘 要】材料力學是機械設計制造及其自動化專業的主要專業基礎課程之一。探索將實驗設計與企業實際項目相結合的校企聯合培養模式對傳統實驗教學模式進行改革和創新。有助于培養大學生的工程應用能力，增強其對力學實驗課的興趣，能進一步提高他們的復雜工程問題的解決能力。

【關鍵詞】實驗教學;校企聯合;復雜工程問題解決能力

【基金項目】本文系湖南工程學院校級教學改革研究項目，項目名稱：《對分課堂教學模式的探析及其在力學教學中的應用》的階段性成果。

【中圖分類號】TB301-4;G642.423 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）21-00-02

前言

《華盛頓協議》用“必須運用深入的工程原理經過分析才可能解決;需求涉及多方面的技術、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突;…”等7個特征進行刻畫復雜工程問題的本質。隨著中國加入華盛頓協議，培養高校學生具有解決復雜工程問題的能力成為專業認證中的核心指標。復雜工程問題解決能力不僅需要學生掌握全面扎實的理論知識體系，更注重工程應用能力的拓展訓練，強調知識體系的實踐性。因此，在工程教育專業認證背景下聚焦學生復雜工程問題解決能力的培養模式有一定的實際意義。

將社會的各種需求體現在高校人才培養目標中，對應各個培養環節，使學生成為具備較強的創新能力和工程技術素質的高質量工程技術人才成為教育界和工程界關注的重點[1]。教育部開展了諸如卓越工程師、工程教育認證等多項教育實踐改革，探索“培養高校學生具有復雜工程問題的解決能力和創新意識”已成為全國高校面臨的首要問題。研究者從如何界定及培養復雜工程問題解決能力等方面進行了很多探索性工作。蔣宗禮[2]明確本科工程教育聚焦學生復雜工程問題解決能力的基本定位，并指出復雜工程問題解決能力的培養必須通過整個“培養體系”實現。蔡培君[3]對工科學生實踐機會少、工程能力薄弱等問題，提出了實踐教學改進的方法，以期在實踐教學中培養學生復雜工程問題解決能力。李艷[4]構建多元化實踐教學培養體系，按照專業基本技能、系統設計能力、研究創新能力三個層面，逐層遞進地培養學生復雜工程問題解決能力。研究表明高校在培養模式上已更加注重實踐教育來培養學生具有復雜工程問題的解決能力。

材料力學是一門實踐性較強的專業基礎課。學生在上這門課之前僅通過金工實習類的實踐教學，對力學理論與實踐結合不強，對力學模型及應用背景理解模糊。雖然通過學校設置的力學實驗項目有理論聯系實踐的機會，但實驗項目設置的內容固定、裝置簡單，只是根據老師的要求“照方抓藥”[5]，不能發揮學生自身的主體作用，對其實踐含義理解不深，難以增強復雜工程問題解決的能力。我院現在的機械專業是“3+1”的卓越工程師培養方式，即3年在學校學習，1年在企業的培養模式。力學是機械專業的重要基礎課，要求學生掌握力學等工程基礎知識，能將其用于分析解決工程中的機械工程問題。工程實踐中力學涵蓋于機械設計、制造中，常用有限元分析手段進行結構的力學前期評價。基于此，本文提出校企聯合培養模式，并引入有限元分析的思想于材料力學的實驗教學模式中。學生先對實驗項目中的力學模型進行有限元分析，再到實驗室進行結果檢驗測試，從而加強學生對力學理論知識的理解應用，訓練其解決復雜工程問題的能力。

一、依托校企聯合，探索實驗教學新模式

1.基于復雜工程問題解決能力的培養，進行力學實驗的內容設計

基于《材料力學》復雜工程問題解決的能力指標，面向校企合作的《材料力學》課程的內容，以實際項目來提高學生解決復雜工程問題的能力為主要目標。先對學生要進行實踐的企業進行了解，分析其行業的主流技術和先進技術與力學的關聯，將其行業案例引入到力學教學中，以其作為學生有限元分析的實踐案例，學生分析完后再去企業實踐檢驗。這樣的實驗設計讓學生真正理解理論知識與實踐的關聯。實踐與行業背景相融合，了解力學的行業應用，與社會需求接軌，從而提高學習興趣和工作態度。融入行業實踐，增強學生復雜工程問題的解決能力。

2.探索校企聯合的實驗設計模式，實現校企雙贏

探索校企合作的實驗設計模式，要做到學生能跟蹤到企業所在行業的最新發展與力學的關聯。了解到最新的前沿信息和解決問題的方法。通過校企聯合培養，學生畢業就能達到能直接進企業工作的能力，為企業節省培訓費用和創造價值。同時，高校也要經常將企業優秀人才請進學校進行講學和傳遞行業的變化，彌補高校理論教師在企業實踐上的不足，使高校的培養方案符合社會需求。在實際項目訓練中，企業老師和學校老師聯合，發揮各自優勢，提高學生應對復雜工程問題的解決能力。

（1）在校內建立三維數字化模擬實驗室，培養學生三維建模能力

學生在入學進行專業認識實習，并對第四年要去的實踐企業有一個大概的了解。后續的《機械制圖》有三維建模環節。學生可通過學校的三維數字化模擬實驗室，學會使用UG等三維建模軟件和ANSYS等有限元仿真軟件，對要在企業里進行力學測試的模型進行三維建模和力學分析。

（2）在企業內建立實訓基地，培養學生工程實踐能力

“校企聯合模式”是指學校邀請企業人員來校協助指導的教學模式。企業作為社會市場的運營實體，是人才的使用基地，對人才需要具備的能力指標把握更準。而高校作為人才的培養基地，很大一部份教師從學校一畢業就到學校工作，沒有太多項目開發等社會實踐經驗，對社會市場的需求了解不是很全面，但對理論知識有較系統的鉆研。引企業優秀人才來學校與學校老師聯合培養學生工程實踐能力，可以互補，既可發揮企業老師的實踐操作技術，又可發揮高校老師知識深度的引導。《材料力學》一般在第三學期開課。可以與企業老師一起進行學生的力學實驗項目設計，學生進入企業內實訓基地進行實訓。通過企業實訓，學生對結構進行系統認識，理論結合實踐，對結構的材料、邊界條件、載荷等力學知識有了一定程度的工程實際認識。對仿真分析進行現場調試，并對實驗結構進行測試、與仿真分析進行對比。