新工科背景下基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革探索

邵瑞影 劉浩 葛偉偉 王洪軍

摘?要：“新工科”建設(shè)背景下，在材料力學(xué)課程教學(xué)過程中如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的“新工科”人才，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等多方面融入“新工科”人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度，從而提升本課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出高素質(zhì)、創(chuàng)新性的應(yīng)用型工程人才。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力;新工科;《材料力學(xué)》;教學(xué)改革

教育部發(fā)布的《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》中指出“以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新[1]”。同時(shí)，在《新工科建設(shè)指南（“北京指南”）》中提出要“強(qiáng)化工程人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，完善工科人才‘創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)教育體系，以創(chuàng)新引領(lǐng)創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)業(yè)帶動就業(yè)。”相對于傳統(tǒng)的工科人才，“新工科”人才是指工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才[2]。在“新工科”背景下，為了培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才，各專業(yè)課程都要進(jìn)行改革創(chuàng)新。材料力學(xué)作為理論力學(xué)的后續(xù)課程，它是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化本科專業(yè)的主干課程，也是車輛工程、船舶與海洋工程本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[3]。材料力學(xué)課程教學(xué)不僅要教會學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識，而且還要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

一、現(xiàn)階段《材料力學(xué)》教學(xué)中出現(xiàn)的問題

現(xiàn)階段，多數(shù)《材料力學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容比較陳舊和教學(xué)法比較單一，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。而材料力學(xué)課程的內(nèi)容理論性比較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)起來具有枯燥無味，從而產(chǎn)生抵觸情緒，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)熱情。多數(shù)老師直接從學(xué)校到學(xué)校，理論知識扎實(shí)，但缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。材料力學(xué)課程授課過程中，過多的考查學(xué)生對重要知識點(diǎn)的理解力和計(jì)算能力，在學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)上比較少。基于以上問題迫切需要《材料力學(xué)》的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容、考核形式等方面的改革，提高材料力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和創(chuàng)新精神。

二、新工科背景下基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)材料力學(xué)的改革措施

（一）改革教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)，融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

1.優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，采取模塊化教學(xué)

《材料力學(xué)》課程原來是64課時(shí)，現(xiàn)在調(diào)整到48課時(shí)，授課課時(shí)減少，但在新工科背景下要求課堂信息容量要求加大、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。為了達(dá)到這種要求，要考慮機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等課程內(nèi)容前后銜接關(guān)系，對材料力學(xué)的課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，簡化理論公式推導(dǎo)，突出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)和工程應(yīng)用培養(yǎng)。由于《材料力學(xué)》研究的軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等四種基本變形具有共同的特點(diǎn)，都是按照外力——內(nèi)力——應(yīng)力——強(qiáng)度這條主線進(jìn)行學(xué)習(xí)的，比如在講解截面法求內(nèi)力時(shí)，采取四個(gè)模塊分析，針對第一種拉壓模塊要精細(xì)講解，第二、三、四種讓學(xué)生課下先進(jìn)行自主分析，上課時(shí)提問引導(dǎo)學(xué)生講述內(nèi)容，然后根據(jù)學(xué)生的情況再進(jìn)行講解，這樣既節(jié)省了時(shí)間又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。強(qiáng)度條件的應(yīng)用這部分內(nèi)容，為了提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)簡單的產(chǎn)品，例如在承受一定的外力作用下且滿足安全性要求設(shè)計(jì)桌子和椅子的橫截面面積或者橫截面、承受的外力大小一定下校核其是否安全。教師在授課過程中還可以與學(xué)生分享教科研過程中的心得體會和經(jīng)驗(yàn)，潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。

2.在理論教學(xué)中引入abaqus有限元仿真軟件

將abaqus有限元仿真件引入課堂教學(xué)，提供一個(gè)交互式動態(tài)仿真平臺，把抽象的理論知識通過可視化的圖形直觀地展現(xiàn)出來，使學(xué)生深刻了解內(nèi)容[4]。例如，在講述應(yīng)力集中問題時(shí)，將開孔薄板的圓孔通過abaqus軟件做了相應(yīng)的有限元實(shí)例分析，將枯燥的難理解的概念，利用該軟件進(jìn)行仿真模擬，得到直觀形象的圖形，可加深學(xué)生對材料力學(xué)中比較抽象的知識點(diǎn)的直觀理解。在業(yè)余時(shí)間里，學(xué)生可以通過 abaqus有限元仿真軟件來驗(yàn)證自己的新創(chuàng)意和新設(shè)計(jì)方案，迫使學(xué)生積極思考，從而提高創(chuàng)新能力。

3.在實(shí)驗(yàn)課中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體現(xiàn)以人為本、以學(xué)生為主的理念，改革原來由指導(dǎo)老師提前將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書發(fā)放給學(xué)生，在經(jīng)過一段時(shí)間的預(yù)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)課上動手操作驗(yàn)證學(xué)習(xí)內(nèi)容。雖然學(xué)生能夠完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，起到鞏固所學(xué)知識的作用，只能培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，但是缺乏創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容，不能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。在新工科背景下，可增加一定量的探索性、研究性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生根據(jù)自己的理解，在實(shí)驗(yàn)室或者在老師的指導(dǎo)下提出更多的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。開闊學(xué)生的工程實(shí)踐思路，高水平的實(shí)踐環(huán)節(jié)既能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識的能力，更能增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革使學(xué)生在走上工作崗位時(shí)，能夠承擔(dān)起科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步的重?fù)?dān)。因此，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要增加比例，并增加探索性、研究性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，更好地適應(yīng)工程技術(shù)要求。

（二）改變教學(xué)方法，融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

1.開展企業(yè)化的實(shí)踐活動

在教學(xué)過程中堅(jiān)持企業(yè)協(xié)同育人，開展技能競賽、素質(zhì)拓展、模擬面試等企業(yè)化的校園實(shí)踐活動[5]，堅(jiān)持工學(xué)結(jié)合、知行合一，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、專業(yè)教育與企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合，并利用卓越工程師的有利條件為學(xué)生提供前身接觸工程實(shí)際的機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生自己結(jié)合理論知識指出工程中出現(xiàn)的實(shí)際力學(xué)問題，幫助學(xué)生更好的理解基本理論知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并逐漸形成工程意識。

在實(shí)踐教學(xué)中，要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，可采取“必修項(xiàng)目+限選項(xiàng)目+任選項(xiàng)目”相結(jié)合的方法，根據(jù)學(xué)生自身特點(diǎn)，選擇適合自己的實(shí)踐項(xiàng)目。然后班級內(nèi)部自由結(jié)合分組確定小組長，以小組為單位承擔(dān)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，每小組按照教學(xué)要求制定具體計(jì)劃，完成實(shí)踐環(huán)節(jié)。在實(shí)踐教學(xué)檢查環(huán)節(jié)，可采用PPT匯報(bào)自己組的成果，為了防止有的同學(xué)應(yīng)付，各組中隨機(jī)抽取匯報(bào)人員，匯報(bào)之后要回答教師和學(xué)生的提問。整個(gè)環(huán)節(jié)都需要全體同學(xué)共同參與，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新能力。

2.運(yùn)用類比法

學(xué)生一般對生活中的事情感興趣，將力學(xué)問題和生活實(shí)例一對比，學(xué)生就容易理解并記住。例如：在介紹極限應(yīng)力、許用應(yīng)力及安全系數(shù)這三個(gè)概念時(shí)，可以類比為：一張床最大的承載能力為300斤，超出300斤，這張床就被壓壞了，300斤就比作是極限應(yīng)力σ0 ，為了使床更安全一些，規(guī)定一下它的許用承載能力250斤，250斤比作為許用應(yīng)力[σ]，n為安全系數(shù)，三參數(shù)有如下的關(guān)系：σ=σ0n≤[σ];若n=1時(shí)，σ=300斤>[σ]=[250斤]，這張床不安全;若n=1.5時(shí)，σ=200斤<[σ]=[250斤]，這張床安全，且可睡一大人;若n=3時(shí)，σ=100斤<[σ]=[250斤]，這張床更安全，且可睡一小孩;依次類推n取越大這張床越安全，故取名為安全系數(shù)，也并不是n越大越好，這張床本來能睡一大人的，若n太大變成只能睡一小孩了，這樣也浪費(fèi)材料，所以不僅要考慮安全方面還要考慮經(jīng)濟(jì)條件。這樣一類比，學(xué)生就很容易明白了。通過類比法讓學(xué)生在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)深刻理解了極限應(yīng)力和許用應(yīng)力及安全系數(shù)的關(guān)系，能夠?qū)⒈容^難理解內(nèi)容變得比較簡單，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，充分想象，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

3.借助多媒體、網(wǎng)絡(luò)在線課程，加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

在教學(xué)手段上，充分利用多媒體在教學(xué)上的優(yōu)勢，在教學(xué)組織中，僅僅是依靠“黑板+粉筆”的教學(xué)模式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，老師能夠?qū)⒏拍睢⒍ɡ怼⒐降葍?nèi)容表述清楚，但是無法將復(fù)雜的工程實(shí)際問題、各種機(jī)構(gòu)展現(xiàn)出來，因此通過多媒體的表現(xiàn)方式，多展示實(shí)際的工程案例，圖文音像并茂，生動形象。可借助于材料力學(xué)網(wǎng)絡(luò)在線課程，學(xué)生既可以自主選擇在線學(xué)習(xí)的時(shí)間，也可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)進(jìn)度，將原來的以教為主轉(zhuǎn)變成以學(xué)為主，滿足了不同層次學(xué)生的需求，拓展了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

（三）改革考核形式，創(chuàng)新教育貫穿其中

（1）以前只采用閉卷的形式進(jìn)行期末考試，未對學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行考核，無法衡量學(xué)生的實(shí)踐能力好壞。現(xiàn)在采用期末考試、實(shí)驗(yàn)和過程性考核相結(jié)合的方式，把創(chuàng)新教育貫穿于整個(gè)考核過程中。通過撰寫課程小論文、小組匯報(bào)等形式，增強(qiáng)對學(xué)生行為操守和平時(shí)學(xué)習(xí)過程的考核，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（2）鼓勵(lì)以學(xué)科競賽成績換取課程學(xué)分，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識。為培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力，助力大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)電產(chǎn)品、新能源創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。

三、結(jié)論

本文以培養(yǎng)具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力的“新工科”人才為目標(biāo)，針對材料力學(xué)課程中目前存在問題，對《材料力學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面融入了培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力并提出了改革的措施，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)與具體的專業(yè)教學(xué)進(jìn)行有機(jī)融合，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

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[5]段軍，班宇鑫，等.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的材料力學(xué)課程改革研究與探討[J].課程教育研究，2015.24.

課題來源：1.2019年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目：《基于機(jī)電類學(xué)生層級式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提高的創(chuàng)新實(shí)踐基地構(gòu)建》;2.青島黃海學(xué)院智能制造學(xué)院標(biāo)桿學(xué)院建設(shè)中黨建課題：“課程思政”試點(diǎn)課程《材料力學(xué)》建設(shè)項(xiàng)目和“新時(shí)代下健全民辦高校學(xué)生黨員發(fā)展質(zhì)量保障體系研究項(xiàng)目”

作者簡介：邵瑞影（1981-），女，山東菏澤人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。