大類招生背景下研究生專業(yè)課程教學方法改革的思考
——以復合材料力學課程為例

孫先念，夏冬生，王沛，姚征，劉楊

（大連海事大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連）

我國高校的大類招生與培養(yǎng)改革旨在以“厚基礎，寬口徑”的原則來強化大學生的做人（人格素質）和做事（職業(yè)能力）的基礎，并根據人才培養(yǎng)目標要求，以市場需求為導向，以國民經濟結構變化為依據，以支柱產業(yè)和高新技術產業(yè)發(fā)展為重點，突破單一學科式地專門設置模式，使大學畢業(yè)生具有更強的創(chuàng)新能力，并更好地適應社會需求。為實現(xiàn)這一目標，除了在招生、專業(yè)引導與分流等管理環(huán)節(jié)進行調整之外，還需要將本科課程體系模塊化為“全校通修課程+學科通修課程+專業(yè)發(fā)展課程+開放選修課程”等層次以適應大類培養(yǎng)模式。在碩士研究生階段，由于研究生（特別是學術型碩士研究生）的專業(yè)性強，目前仍然以專業(yè)化培養(yǎng)模式為主。因此，如何有效銜接這兩個階段基于不同培養(yǎng)模式的課程體系，是研究生教育領域一個需要關注的問題。本文以復合材料力學研究生課程為例，在淺析大類招生背景下新本科生課程體系對研究生課程教學影響的基礎上，結合自身的教學經驗，提出碩士研究生專業(yè)課程漸進式教學方法，為深化大類人才培養(yǎng)改革，提高研究生專業(yè)能力提供思路。

一 大類招生背景下的本科生課程體系對碩士研究生專業(yè)課程的主要影響

據統(tǒng)計，2020年除軍事院校外的134所“雙一流”建設高校中，共有115所高校不同程度地實施了大類招生與專業(yè)分流，占比85.82%。其中，41所一流大學建設高校均實行大類招生與培養(yǎng)改革[1]。當前，我國高校的大類招生與培養(yǎng)改革基本形成了以專業(yè)大類與試驗班為載體的不同類型的學科方案和培養(yǎng)模式[2-4]。與專業(yè)化培養(yǎng)模式相比，大類招生倡導的是“厚基礎，寬口徑”的培養(yǎng)原則，與之相對應的，本科生課程體系被劃分為“全校通修課程+學科通修課程+專業(yè)發(fā)展課程+開放選修課程”等多個層次。在這樣多層次的課程體系中，基礎通修課程的教學內容和教學學時適當增加，相應的專業(yè)必修與選修課程則不得不相應減少，而且，隨著大類招生與培養(yǎng)模式的不斷深入與發(fā)展，本科生課程體系中專業(yè)課程需要適用于更為寬泛的專業(yè)方向。這樣，對于單一具體專業(yè)方向來說，直接相關的本科專業(yè)課程在廣度與深度上被一定程度上弱化了。

對于研究生培養(yǎng)來說，尤其是學術型碩士研究生來說，當前還是以專業(yè)化培養(yǎng)模式為主，同時，碩士研究生課程的高階性決定了其主要內容是建立在廣泛扎實的本科專業(yè)必修與選修課程基礎之上的。然而，在本科大類培養(yǎng)模式下，由于其直接相關的專業(yè)知識在廣度與深度上的弱化，學生隨后在進入具體的研究生專業(yè)學習時，普遍會感到學習吃力。事實上，在研究生課程開課初期，教師經常要做的一件事情就是確認學生是否具備本課程所需要的專業(yè)基礎知識。

在以往，因專業(yè)基礎知識不充分而感到學習吃力的情況主要發(fā)生在跨專業(yè)攻讀學位的研究生身上。然而近年來，由于大類培養(yǎng)模式的實施，這種現(xiàn)象甚至也會在本碩同專業(yè)或相近專業(yè)的研究生中出現(xiàn)。究其根源，就在于大類招生培養(yǎng)模式下的本科生課程體系與專業(yè)培養(yǎng)模式下的研究生課程體系之間的銜接存在一定程度上的脫節(jié)。尤為重要的是，近年來隨著研究生招生規(guī)模的不斷擴大，研究生學習能力勢必會有所下降，這就使得兩個階段課程脫節(jié)問題愈發(fā)突出。要解決這一問題，一方面需要改進研究生教材的編寫理念，另一方面，需要改進教學方法來改善教學效果。只有這樣，才能使大類培養(yǎng)出來的“厚基礎”充分發(fā)揮其作用。

二 碩士研究生專業(yè)課程漸進式教學方法

針對大類招生培養(yǎng)模式下的本科生課程體系與專業(yè)培養(yǎng)模式下的研究生課程之間的脫節(jié)問題，有必要在研究生課程中增加部分引導性論述，使學生能夠在短時間內理解和掌握新的理論與分析方法，這就需要從研究生教材編寫與教學實施兩個主要環(huán)節(jié)出發(fā)，共同協(xié)作來促進學生學習效率的提高。

研究生課程一般會在講解一系列基礎知識點的基礎上來介紹相關領域最新成果和發(fā)展動向，但由于面向的受眾對象起點高，所以對基礎知識的論述概括性強。事實上，研究生課程里的每一個基礎知識點往往需要多門本科專業(yè)課程來支撐，如果沒有全面深入的專業(yè)學習，很難真正深入理解其核心內容。這就要求在教材編寫時詳細闡明讀者（研究生）需要具備的專業(yè)理論基礎，并給出較為具體的專業(yè)基礎教材或參考文獻。同時，在講授相關知識點之前，教師要基于本科課程基礎加以引導，通過漸進式的過渡，使研究生能快速順利地理解和掌握知識點，從而深入了解專業(yè)前沿發(fā)展動向。

三 復合材料力學課程特點

復合材料力學課程是固體力學的一個新興分支，以各向異性且多組分的發(fā)揮結構功能為主的復合材料為研究對象，主要分析復合材料及其結構在載荷作用下的力學響應。在前導的本科專業(yè)課程體系中，與結構分析相關的課程則主要以各向同性的單一材料結構為主要研究對象。由此可見，兩個階段課程在研究對象上有著顯著的差別。由于是研究生課程，復合材料力學涉及了結構分析的方方面面。具體來說，復合材料力學所涉及的僅僅與力學相關的本科專業(yè)課程就包括：理論力學、材料力學、結構力學、結構動力學、工程材料力學性能、實驗力學、彈性力學、板殼力學、斷裂力學、結構可靠性和有限元法等。對于這些課程，只有傳統(tǒng)的工程力學專業(yè)大學生才有可能學習其中的大部分內容，對于大類培養(yǎng)的大部分工科專業(yè)學生來說，只會在本科期間學習其中部分內容。顯然，在大類招生和培養(yǎng)的背景下，要求學生具備豐富的專業(yè)基礎知識來學習復合材料力學是不現(xiàn)實的，教師在教學過程采用漸進式教學方法是十分必要的。

四 復合材料力學課程漸進式教學實踐

為了使研究生課程與本科相關專業(yè)基礎更好地銜接，通過設計連續(xù)進階式的講解方案，選取合適的工程案例，采取由淺入深的漸進式教學思路，使學生盡快理解和掌握現(xiàn)代復合材料及其結構力學的分析理論與設計方法。

復合材料力學課程在概述介紹復合材料基本概念之后，一般會學習各向異性彈性力學基礎[5]。對于學生來說，在學習材料力學時，比較熟悉基于楊氏模量和剪切模量的簡單本構關系，對廣義胡克定律有所了解；隨后通過彈性力學課程的學習，學生已能夠初步應用該定律。因此，在復合材料力學課程授課時，先基于各向同性材料回顧二維和三維胡克定律，然后再漸次引入橫觀各向同性、正交各向異性和一般各向異性材料的本構關系，這樣學生就會深入理解本構關系中的剛度系數(shù)與工程彈性模量之間關系。

在學習纖維增強層合板剛度分析時，可以先與學生一起研究兩種各向同性材料組合的復合梁的應力應變分析。這部分內容可視為本科材料力學課程的升階版，對于土木工程專業(yè)的學生來說尤為熟悉。借鑒這部分力學分析思想，將一維的梁分析推廣到二維的板結構分析，并引入正交各向異性的本構關系，就可以要求學生自學層合板剛度分析理論，老師只需講解此部分理論在應用過程中需要注意的問題就足夠了。這樣，不但調動了學生的自學能力，取得良好的教學效果，還保障了教學進度。

在學習纖維增強單層板的強度理論時，需要強調基于許用應變的強度分析理念。然而，大部分學生在本科專業(yè)課學習時，很少接觸到兩種或兩種以上材料構成的結構的強度分析問題，而且大部分學生對結構強度的理解還局限于基于應力的分析，所以很難通過概念介紹來深入理解許用應變。針對這一問題，可以通過選取合適的工程案例開展?jié)u進式教學。例如，在機械類和土木類兩類材料力學主要教材中，均選取了以等邊角鋼與短木柱組成的復合結構承受壓縮荷載的簡單拉壓超靜定問題[6-7]，具體問題表述如下：

如圖1所示，橫截面為250mm×250mm的短木柱，用4根40mm×40mm×4mm的等邊角鋼加固，并承受壓力F。已知角鋼的許用應力=160MPa，彈性模量Est=200GPa，木材的許用應力為=12MPa，彈性模量EW=10GPa。試求許可荷載[F]。

圖1 軸向壓縮鋼木復合結構

該復合結構在此狀況下的失效是由結構中的角鋼先發(fā)生破壞所導致。這是由于結構的變形協(xié)調關系要求兩種材料的壓縮量相同，壓應變也相同，先達到許用應變的材料必然先達到許用應力。于是，將兩種材料許用應力與彈性模量相比較，可以得到角鋼與木柱的許用應變分別為：

比較上兩式，木柱的許用應變大于角鋼，因此，無論如何改變角鋼與木柱的橫截面積比，一直是角鋼先達到許用應變，這也是復合材料結構中經常使用許用應變來評價材料間協(xié)調性的根本原因。

基于此工程案例，學生可以真正理解復合材料結構強度的內涵—許用應變，進一步學習層合板強度理論就容易多了。值得指出的是，許用應變的講解也是一個很好的課程思政案例結合點[8]。

由此可見，研究生的復合材料力學課程與諸多的本科專業(yè)基礎課程有著直接和間接的聯(lián)系，教師可以通過建立兩個階段課程之間的聯(lián)系，可以使學生更好理解復合材料分析理論，還可以引導學生提高自身的自學能力。

五 結語

研究生課程的每一個知識點往往需要多門本科專業(yè)課程來支撐。研究生教學在充分論證大類培養(yǎng)的學生所掌握的本科專業(yè)基礎上，從教材編寫到教學方案設計兩個環(huán)節(jié)出發(fā)，通過設計連續(xù)進階式的講解方案，選取合適的工程案例，開展由淺入深的漸進式教學，這必然會提高研究生學習效率，取得更滿意的教學效果。