新工科背景下《工程材料力學性能》教學模式改革與實踐

黎明燦

（新疆大學物理科學與技術學院，新疆烏魯木齊 830017）

隨著新工科背景下工程教育的迅速發展和不斷變化的社會需求，工程教育領域面臨著諸多挑戰和機遇。作為工程教育的核心課程之一，《工程材料力學性能》對于培養學生的工程素養和實踐能力具有重要意義。然而，傳統的教學模式往往注重理論知識的傳授，缺乏對學生實踐能力的培養和激發。因此，為了適應新工科背景下學生培養的需求，教學模式的改革和實踐變得迫切而重要。通過引入新工科教育理念，強調學生的主動學習和實踐能力培養，以及多元化的教學方法和教學資源，希望能夠提供一種更具有針對性和實效性的教學模式。通過對這種新模式的實踐驗證，將評估其對學生工程素養和實踐能力培養的影響，并為工程教育領域的教學改革提供有益的經驗和啟示。

一、新工科背景下《工程材料力學性能》教學要求

新工科教育強調跨學科融合、實踐能力培養和創新思維的發展，旨在培養具備全面素質和適應復雜工程實踐的工程人才。在這個背景下，對《工程材料力學性能》課程的教學要求也發生了重要變化。新工科背景下的教學要求強調理論與實踐的有機結合，傳統的教學模式往往過于側重理論知識的傳授，忽視了學生實踐能力的培養。而在新工科背景下，教學需要突破傳統的課堂邊界，將理論知識與實際應用相結合。對于《工程材料力學性能》課程而言，學生不僅需要理解材料力學性能的基本理論，更需要通過實驗、仿真或實際項目等實踐活動，將理論知識應用于實際工程問題的解決中。這樣的教學模式能夠使學生在真實的工程環境中培養解決問題的能力，并增強他們的實踐經驗。其次，新工科背景下的教學要求注重跨學科融合，工程材料力學性能涉及多個學科的知識，如材料科學、力學、結構設計等。在傳統的教學模式中，這些學科往往被獨立教授，學生難以將它們有效地整合起來。然而，新工科背景下，工程教育強調跨學科融合的重要性，鼓勵學生跨越學科邊界，綜合運用多個學科的知識來解決實際問題。因此，《工程材料力學性能》課程的教學要求需要將多個學科的內容有機地融合起來，培養學生的綜合能力和跨學科思維［1］。

此外，新工科背景下的教學要求還強調創新思維和實踐能力的培養，工程材料力學性能的研究和應用需要學生具備創新意識和實踐能力。傳統的教學模式往往側重知識的灌輸和記憶，忽視了學生的創新潛力和實踐能力的培養。然而，在新工科背景下，教學要求學生具備創新思維和實踐能力，能夠主動探索問題、提出解決方案，并將其應用于實際工程項目中。對于《工程材料力學性能》課程而言，教學要求激發學生的創造力，鼓勵他們獨立思考和探索材料力學性能的新方法和新應用。通過項目驅動的學習和實踐活動，學生可以培養解決實際工程問題的能力，并在創新中提升自己的實踐能力。最后，隨著科技的不斷發展和社會需求的變化，工程領域的知識和技能也在不斷更新和演變。因此，教學要求學生具備自主學習的能力，能夠不斷跟進新知識和新技術的發展。對于《工程材料力學性能》課程而言，教學要求學生具備自主學習的能力，通過自主閱讀、實驗探究、團隊合作等方式，不斷拓寬自己的知識面和技能，以適應快速變化的工程領域。

二、新工科背景下《工程材料力學性能》教學模式改革的機遇與挑戰

（一）《工程材料力學性能》教學模式改革的機遇

在新工科背景下，對《工程材料力學性能》教學模式進行改革具有許多機遇，這些機遇將推動教學模式朝著更為綜合、實踐導向和學生中心的方向發展。新工科背景下的技術進步和工程實踐的發展為教學模式改革提供了機遇。隨著科技的飛速發展，工程材料的種類和應用領域日益增多，對于學生掌握材料力學性能的要求也越來越高。這就要求教學模式能夠及時地反映和應對這些變化，將最新的工程實踐和應用案例融入課程中。通過引入實際工程項目、工業合作等方式，學生能夠更直觀地了解材料力學性能的應用，并培養解決實際工程問題的能力。同時，新工科背景下的教學資源豐富多樣，為教學模式改革提供了機遇。現代教育技術的快速發展使得教學資源更加豐富和可訪問，如虛擬實驗室、模擬軟件、在線教育平臺等。這些資源為教學模式改革提供了豐富的工具和平臺，可以為學生提供更具交互性和實踐性的學習體驗。利用這些教學資源可以使學生更深入地理解材料力學性能的概念和原理，同時也增強了學生在實踐操作和問題解決方面的能力。

新工科背景下對綜合素質的要求為教學模式改革提供了機遇。傳統的工程教育注重學生的專業知識和技能，但在新工科背景下，培養學生的綜合素質和跨學科能力成為重要目標。在《工程材料力學性能》課程中，除了培養學生對材料力學性能的理解和應用能力外，還應注重學生的創新思維、團隊合作、溝通能力等綜合素質的培養。通過引入項目驅動的學習、團隊合作和演講等活動，學生能夠綜合運用所學知識，解決復雜的工程問題，培養出具備綜合素質和跨學科能力的工程人才。此外，新工科背景下的教學模式改革也受益于社會對工程教育的重視和支持。工程領域的科技創新和工程項目的推動對于社會發展至關重要，因此社會對工程人才的需求日益增長。新工科背景下的教學模式改革能夠更好地滿足社會對高素質工程人才的需求，使學生能夠適應工程實踐的挑戰，為社會和行業的發展作出貢獻。這也為教學模式改革提供了機遇，促使學校和行業合作，建立實踐基地、實習項目等，為學生提供更廣闊的實踐平臺和就業機會。

（二）《工程材料力學性能》教學模式改革的挑戰

盡管在新工科背景下對《工程材料力學性能》教學模式進行改革帶來了機遇，但同時也面臨一些挑戰，這些挑戰需要教育者和教學者共同努力來應對。在新工科背景下，隨著科技的不斷進步，教學資源的更新速度變得更快。學校需要不斷更新和優化教材、實驗設備、軟件工具等教學資源，以保持與工程實踐的緊密結合。然而，資源的更新和優化需要耗費大量的人力、物力和財力，并且需要與產業界和科研機構進行密切合作。學校和相關部門需要共同努力，加強資源的投入和管理，以確保學生能夠獲得最新、最優質的教學資源。同時，在傳統的教學模式中，學生主要關注專業知識和技能的學習，而在新工科背景下，培養學生的綜合素質和跨學科能力成為教學的重要目標。然而，培養學生的綜合素質需要跨學科的教學團隊和綜合性的教學資源，這對學校和教學者提出了更高的要求。學校需要加強教師的綜合素質培養，提供跨學科的教學培訓和資源支持。

在新工科背景下，傳統的考試評價方式可能無法全面評估學生的綜合素質和實踐能力。因此，學校需要探索新的評估和評價方法，如項目評估、實踐報告、團隊評價等，以此全面、準確地評價學生的學習成果和能力發展［2］。然而，新的評估和評價方法需要更多的時間和精力，同時也需要教學者和學生的共同努力和適應。教學者需要深入研究和探索有效的評估方法，設計合理的評估指標，并提供必要的指導和反饋，以幫助學生全面發展和提高。同時，學生也需要適應新的評估方式，積極參與實踐活動，展現出自己的綜合素質和實踐能力。此外，教學模式改革還面臨著學生需求多樣化的挑戰。在新工科背景下，學生的背景、興趣和學習方式存在差異，他們對于教學內容和教學方法也有不同的需求。因此，學校和教學者需要更加關注學生的個體差異，采用多樣化的教學策略和方法，滿足不同學生的需求。個性化教學、合作學習和自主學習等方法可以幫助教學者更好地適應學生的多樣性需求，提高教學效果。

三、新工科背景下《工程材料力學性能》教學模式改革與實踐的措施

（一）突破傳統束縛，創新教學理念

在新工科背景下，《工程材料力學性能》教學模式的改革需要突破傳統束縛，以創新的教學理念為指導，注重培養學生的實踐能力和創新思維。傳統的理論教學模式注重理論知識的傳授，但對于學生的實踐能力培養有一定的局限性。而啟發式教學強調學生的主動參與和探索，通過提出問題、激發思考、引導發現等方式，激發學生的學習興趣和積極性。教師可以設計具有挑戰性和實踐性的問題，鼓勵學生進行探索和解決，培養他們的問題解決能力和創新思維，進一步激發學生的學習興趣，提高學習動力。同時，項目驅動式教學是一種基于實踐和團隊合作的教學模式，通過學生參與實際工程項目的設計、實施和評估，提升他們的實踐能力和綜合素質。在《工程材料力學性能》課程中，可以引入小型工程項目，讓學生從項目規劃、材料選擇、力學性能測試等方面全面參與。這種教學模式可以幫助學生更好地理解理論知識的應用，培養解決實際問題的能力，并鍛煉團隊合作和溝通能力。

新工科背景下，信息技術的快速發展為教學模式改革提供了有力支持，教師可以利用多媒體教學、虛擬實驗室、在線學習平臺等信息技術手段，增強教學的互動性和趣味性?？梢酝ㄟ^模擬軟件展示材料力學性能的變化過程，讓學生能夠直觀地觀察和分析。此外，利用在線學習平臺，可以提供更多的學習資源和交流平臺，促進學生之間的合作學習和師生互動。新工科背景下，學生的參與和實踐是培養他們創新能力和解決實際問題的關鍵，學校應鼓勵學生參與科研項目或工程實踐，為他們提供機會與導師合作，參與真實的工程項目或科學研究。這種實踐性的學習可以使學生深入了解工程材料力學性能的實際應用和挑戰，并培養他們的團隊合作、解決問題和創新思維能力。同時，新工科背景下，工程材料力學性能的教學模式需要與其他學科進行融合，打破學科之間的壁壘，促進綜合性的學習。教師可以與其他學科的教師合作，共同設計跨學科的課程或項目，讓學生在跨學科的環境中學習和應用工程材料力學性能的知識。如與材料科學、工程力學或結構設計等學科進行合作，將多學科知識融入教學中，使學生能夠全面理解工程材料力學性能的影響因素和應用場景。

（二）引入工程案例，豐富教學內容

在新工科背景下，《工程材料力學性能》教學模式的改革需要注重豐富教學內容，以培養學生的實踐能力和應用技能。引入工程案例是一種有效的策略，可以將理論知識與實際工程應用相結合，使學生能夠更好地理解和應用所學的材料力學性能知識。教師可以選擇具有代表性和實用性的工程案例，并將其融入教學中。這些案例可以涵蓋不同材料的力學性能測試和分析，包括金屬材料、復合材料、陶瓷材料等。通過詳細介紹案例的背景、問題和解決方案，教師可以幫助學生了解材料力學性能在實際工程中的應用和重要性［3］。通過案例的分析和討論，學生可以深入理解材料的力學行為、性能評估和優化方法。通過真實的案例，學生可以將理論知識與實際相結合，增強學習的實用性和可操作性。他們可以主動參與案例分析，提出問題和解決方案，培養自主學習和批判性思維能力。同時，工程案例還可以激發學生的創新思維，鼓勵他們提出新穎的材料設計和改進方案，培養工程實踐中的創新能力。

為了豐富教學內容，教師還可以將多媒體技術與工程案例相結合，創造生動的教學環境。借助多媒體展示材料力學性能的測試過程、結果分析和實際應用案例，可以使學生更直觀地理解和感受材料力學性能的實際表現。例如，通過視頻展示材料的斷裂行為、變形過程和應力分布等，可以幫助學生形成更深刻的印象，并加深對材料力學性能的理解。為了提高教學效果，教師還可以組織實地考察和實驗實踐。學生可以參觀工程實例、實驗室或生產現場，親身感受材料力學性能在實際工程中的應用。實地考察可以讓學生近距離觀察和了解不同材料的力學性能特點，并與實際工程情境進行對比和分析。同時，進行實驗實踐可以讓學生親自操作材料力學性能測試設備，掌握實驗技巧和數據處理方法。這樣的實踐經驗將有助于學生更深入地理解材料力學性能的測試原理和應用技巧，并培養他們的實驗能力和問題解決能力。

（三）優化實驗教學，增強創新能力

在新工科背景下，《工程材料力學性能》教學模式的改革需要注重優化實驗教學，以提升學生的實踐能力和創新能力。實驗教學是培養學生動手能力、實驗操作技能和科學思維的重要環節。因此，通過優化實驗教學策略，教師可以有效促進學生的創新思維和問題解決能力的培養。設計具有挑戰性和探索性的實驗項目是優化實驗教學的關鍵所在，傳統的實驗教學往往注重基礎實驗和現象觀察，而在新工科背景下，需要教師更加注重學生的主動參與和探索能力培養。因此，教師可以設計一些開放性實驗項目，鼓勵學生自主選擇實驗方案、設計實驗裝置和進行數據分析。這樣的實驗項目可以激發學生的創新思維，培養他們的問題解決能力和實驗設計能力［4］。同時，隨著科學技術的不斷進步，學校應及時更新實驗設備，引入先進的測試設備和技術，以提供更多實驗選項和更精確的測試結果。如采用納米力學測試設備、計算機模擬軟件和虛擬實驗平臺等，可以使學生更深入地了解材料的力學性能特性，并培養他們的科技創新意識。

合理安排實驗課程和實踐，充分利用實驗資源，這對于優化實驗教學也是非常重要的。實踐應與理論課程相結合，形成理論與實踐相互支持的教學模式。教師可以設計一系列有機銜接的實驗課程，逐步引導學生從基礎實驗到綜合性實驗的過程。同時，合理分配實驗教學資源，確保每位學生都有足夠的實驗機會和個人實驗設備，以提高實驗操作的效果和學習體驗。此外，學生在進行實驗的過程中，應該學會正確記錄實驗數據，并運用適當的數據處理方法進行分析。教師可以引導學生使用數據處理軟件或編程工具進行數據的統計、繪圖和模型擬合等操作，從而得出準確的實驗結果并進行有效的結論推導。通過這樣的實驗數據處理和分析，學生可以培養科學思維和數據解讀能力，提升創新能力和問題解決能力。在實驗結束后，教師可以組織學生進行實驗結果的匯報和討論，讓學生分享自己的實驗心得、發現和思考。這樣的實驗結果交流和討論可以促進學生之間的互動和合作，拓寬學生的視野，激發創新思維和靈感的碰撞。

（四）完善考核機制，注重應用能力

傳統的考核方式主要注重對學生知識的記憶和理解程度的評價，而在新工科背景下，教師應更加注重學生的應用能力和解決實際問題的能力的考核。設計綜合性的實踐性項目可以要求學生運用所學的材料力學性能知識，結合實際工程案例進行問題分析和解決方案的設計。例如，學生可以選擇一個特定的工程材料，并研究其力學性能在不同環境條件下的變化規律，進而提出相應的改進措施。通過這樣的實踐性項目，學生能夠綜合運用所學的理論知識，培養應用能力和解決問題的能力。同時，教師可以引入實際案例分析和論文閱讀等形式，評估學生對材料力學性能在實際工程中應用的理解和掌握程度。學生可以研究和分析相關領域的實際案例，了解材料力學性能的影響因素以及在工程中的應用情況，了解最新的研究成果和應用前沿［5］。通過這樣的案例分析和論文閱讀，學生可以提升對材料力學性能的實際應用能力和創新思維。

為培養學生的應用能力，可以采用實踐報告和團隊項目評估等方式評價學生在團隊合作、實驗操作和數據處理等方面的綜合能力。學生可以參與團隊項目，共同解決實際工程問題，并撰寫實踐報告。實踐報告可以要求學生詳細描述實驗過程、數據處理和結果分析，評估學生的團隊合作能力和科學寫作能力。通過這樣的評估方式，學生將得到全面的能力培養和綜合素質的提升。此外，在項目評估中，可以采用開放性問題解答的形式，考查學生對材料力學性能知識的靈活應用和問題解決能力。教師可以提出一些開放性的問題，要求學生結合所學的材料力學性能知識，分析和解決實際工程中的問題。這些問題可能涉及材料選擇、結構設計、應力分析等方面，學生需要綜合運用理論知識，進行深入思考和分析，并給出合理的解決方案。這樣的考核方式可以培養學生的創新思維和問題解決能力，提高他們的應用能力和實踐能力。

四、結語

在新工科背景下，培養工程材料領域的人才需要更加注重學生的綜合素質和實踐能力的培養。通過改革教學模式，引入工程實踐案例和先進實驗設備，激發學生的創新思維和解決問題的能力，將使學生在工程材料力學性能領域具備更強的競爭力。這些措施的實施將推動教育教學水平的提高，為學生的綜合素質和職業發展打下堅實基礎，同時也為工程領域的發展作出積極貢獻。