新工科背景下材料力學(xué)教學(xué)的守正與創(chuàng)新

郎林，李海凌，王亦恩

（西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，四川成都 610039）

隨著時代的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的變革，工程教育面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。為了適應(yīng)社會需求和工程實踐，我國提出了新工科建設(shè)的重大行動計劃，旨在深化工程教育改革，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和能力的復(fù)合型工程人才。材料力學(xué)是工程類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，對于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。然而，傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)存在一些問題，如教學(xué)內(nèi)容過于理論化、教學(xué)方法單一化、實驗教學(xué)缺乏探索性和創(chuàng)新性，并且與工程實例聯(lián)系脫節(jié)等，不符合新工科人才培養(yǎng)的要求。為了深化本科教育教學(xué)改革，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]，促進復(fù)合型人才培養(yǎng)，我國于2016 年首次提出新工科建設(shè)，在“復(fù)旦共識”“天大行動”等一系列教育研討下，形成了新工科教育理念，這是滿足國家需要和時代發(fā)展需求的重要舉措，也是對高校教師的新要求和新挑戰(zhàn)。隨后，以培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展型人才為導(dǎo)向，為更好契合當(dāng)前本科教育教學(xué)改革方向，教育部于2019年發(fā)布了《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》，提出深化教育制度改革，嚴(yán)格教育教學(xué)管理，落實“以本為本、四個回歸”的要求，勇于創(chuàng)新，注重實效[1]。

材料力學(xué)是以固體力學(xué)為核心的一個分支科目，是土木工程和機械工程以及相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須修讀的課程，而且是注重實踐應(yīng)用的一門學(xué)科。在新工科和“以本為本、四個回歸”的背景下，高校應(yīng)注重人才培養(yǎng)的需求和專業(yè)特色。守正與創(chuàng)新是材料力學(xué)課程教學(xué)改革的兩個重要方面，它們相輔相成，不可偏廢。守正是指堅持材料力學(xué)的基本理論和方法，保證基本教學(xué)質(zhì)量和水平，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和工程素養(yǎng)；創(chuàng)新是指根據(jù)新工科的人才培養(yǎng)目標(biāo)和社會需求，對教學(xué)內(nèi)容、方法、形式、手段等進行改革和優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。守正與創(chuàng)新要結(jié)合材料力學(xué)的特點和發(fā)展趨勢，以學(xué)生為中心，以教學(xué)效果為導(dǎo)向，以實踐為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新為動力，實現(xiàn)材料力學(xué)課程教學(xué)改革的目標(biāo)。

1 材料力學(xué)課程教學(xué)要守正

1.1 課程定位要守正

材料力學(xué)在高等院校是一門為工科類專業(yè)奠定基本力學(xué)理論的基礎(chǔ)課程，大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)是該課程的先修課，也是學(xué)生繼理論力學(xué)之后的又一門基礎(chǔ)性力學(xué)課程。

材料力學(xué)課程以固體力學(xué)為核心，主要研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力和導(dǎo)致各種材料破壞的極限，并為結(jié)構(gòu)合理設(shè)計提供強度、剛度和穩(wěn)定性方面的理論依據(jù)；使學(xué)生了解各類受力桿件的受力特點及變形特征，以及各種力學(xué)參數(shù)的物理意義和它們之間的聯(lián)系，分析內(nèi)在因素和外在條件對其的影響。

由于材料力學(xué)課程內(nèi)容較為抽象，教師在講授相關(guān)基本概念、原理、公式和計算方法時，要挖掘教材內(nèi)容，注重理論與實踐結(jié)合，引入工程案例和實驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生了解材料力學(xué)的工程應(yīng)用和科學(xué)規(guī)律，同時還要遵循教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，保證教學(xué)內(nèi)容的完整性和系統(tǒng)性，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和工程素養(yǎng)[2]。

1.2 基本理論要守正

目前，教學(xué)課時不斷縮減，而材料力學(xué)又是一門為設(shè)計工程實際構(gòu)件提供必要理論基礎(chǔ)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，不能因為課時縮減而忽略基本的力學(xué)理論，要遵循材料力學(xué)的基本原理和方法，保證教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性[3]。教師應(yīng)突出材料力學(xué)的基本概念、原理和方法，使學(xué)生掌握材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識和技能，為后續(xù)課程和工程實踐打下堅實的力學(xué)基礎(chǔ)。教師在授課時還要注重材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和邏輯性，按照從簡單到復(fù)雜、從靜力到動力、從線彈性到非線彈性、從單軸到多軸的順序，安排教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠循序漸進地理解和掌握材料力學(xué)的基本理論。教師不僅要講授的基本知識，也要讓學(xué)生更加了解材料力學(xué)理論的變化脈絡(luò)，夯實材料力學(xué)的基礎(chǔ)能力。

1.3 基本方法要守正

材料力學(xué)為工科經(jīng)典專業(yè)基礎(chǔ)課程，經(jīng)過力學(xué)學(xué)者的梳理、研討和提煉，已形成了我國特有的力學(xué)體系風(fēng)格的材料力學(xué)求解方法。材料力學(xué)中的構(gòu)件以固體為主，為了能更好地對構(gòu)件進行分析和計算，提出了變形固體基本假設(shè)；而材料力學(xué)中桿件在外力作用下的變形又是多樣的，因此，根據(jù)其變形特征和形式，又分為4 種桿件變形的基本假設(shè)。為了方便計算，對材料力學(xué)求解方法進行發(fā)掘，材料力學(xué)的基本求解方式也變化出各種方式，形成一題多解的局面，如求解桿件內(nèi)力有截面平衡法和力系簡化法等，判斷扭矩正負(fù)有右手定則，求解桿件彎矩有方程疊加解法和描點繪圖法等。

教師還要遵循材料力學(xué)的教學(xué)規(guī)律，根據(jù)材料力學(xué)的特點和難點，選擇合適的解題方法，按照導(dǎo)入、講解、練習(xí)、總結(jié)等步驟將基本求解知識講到位。這樣安排教學(xué)活動，能夠使教學(xué)過程具有明確的目標(biāo)、合理的結(jié)構(gòu)和豐富的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機，使教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)，讓學(xué)生打下堅實的力學(xué)基礎(chǔ)，從而取得良好的教學(xué)效果。

1.4 教學(xué)價值觀要守正

首先，教師要樹立以人為本的教學(xué)理念，把學(xué)生全面發(fā)展和終身發(fā)展作為教學(xué)的根本目標(biāo)，尊重學(xué)生的個性和差異，關(guān)注學(xué)生的需求和感受，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)和自主發(fā)展。

其次，教師要樹立以社會主義核心價值觀為導(dǎo)向的教學(xué)理念，引入工程教育案例，激發(fā)學(xué)生的安全意識，增強其在工程中應(yīng)用材料力學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。要堅持以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為中心、以社會為導(dǎo)向的教學(xué)原則，把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)全過程，把課程思政建設(shè)作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成“立德樹人”工作格局[4]。

最后，教師要樹立以合作為基礎(chǔ)的教學(xué)理念，把建立良好的師生關(guān)系和同伴關(guān)系作為教學(xué)的重要條件，倡導(dǎo)教師和學(xué)生在教學(xué)中溝通和交流，分享教學(xué)經(jīng)驗和資源，協(xié)作解決問題和困難，共同促進教學(xué)的發(fā)展。

2 材料力學(xué)課程教學(xué)要創(chuàng)新

2.1 教學(xué)內(nèi)容要創(chuàng)新

目前，材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，而且大學(xué)中材料力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容與課程體系大部分還是以特定的材料力學(xué)教材為主要的授課載體。隨著工程行業(yè)的不斷發(fā)展，該領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)、新科學(xué)、新材料和新工藝，材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、課程體系缺乏系統(tǒng)性和嚴(yán)密性，學(xué)生對課程缺少學(xué)習(xí)興趣，難以適應(yīng)新工科建設(shè)要求[5]。

根據(jù)上述分析，在新工科背景下，教師要根據(jù)力學(xué)前沿發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容，將力學(xué)前沿知識引入，結(jié)合各專業(yè)的特點，引入工程案例。這樣可以拓寬學(xué)生的視野和思維，激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力，使其更有效地汲取到與本專業(yè)有密切關(guān)系的前沿知識[6]。例如，針對巖土工程專業(yè)的學(xué)生，可以將新的地下空間工程的力學(xué)設(shè)計分析通過案例的方式引入；針對風(fēng)景園林規(guī)劃工程專業(yè)的學(xué)生，可以引入新型規(guī)劃設(shè)計理念和案例的創(chuàng)新設(shè)計分析；對于建筑工程專業(yè)的學(xué)生，增加裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的新材料、新技術(shù)相關(guān)內(nèi)容；還可以介紹復(fù)合材料、工程塑料等新型材料的力學(xué)性能和應(yīng)用，并結(jié)合港珠澳大橋、北京大興國際機場等工程案例進行分析。

2.2 教學(xué)方法要創(chuàng)新

教師在組織材料力學(xué)的課堂教學(xué)時，要根據(jù)學(xué)生的先修知識和專業(yè)背景合理安排教學(xué)進度和難度。教師應(yīng)注重基本概念和方法的講解，對于知識的講解，可以同時采用多種教學(xué)方法，如板書、PPT、視頻和教學(xué)儀器等。在教學(xué)中，材料力學(xué)的力學(xué)概念比較抽象，需要學(xué)生具有一定的空間想象能力和理解能力，如材料力學(xué)中桿截面的應(yīng)力集中概念，教師可以通過仿真軟件設(shè)置建模、增加邊界條件、力學(xué)條件等，模擬桿件的應(yīng)力分布情況，讓學(xué)生更加直觀地感受到其含義，降低學(xué)生學(xué)習(xí)和理解的門檻，增強了教學(xué)的形象性和生動性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性[7]。

教師要將課堂、實驗與工程現(xiàn)場相結(jié)合，讓學(xué)生到實驗室實際操作，利用實驗讓學(xué)生了解構(gòu)件約束情況、變形情況和穩(wěn)定性情況等，也可以利用仿真模擬實驗加以印證，讓學(xué)生更直觀地看到其內(nèi)部變化與應(yīng)變關(guān)系[8-9]。教師還可以組織學(xué)生到工程現(xiàn)場觀摩，實際觀察，體現(xiàn)產(chǎn)教結(jié)合一體化思想。

2.3 實驗教學(xué)要創(chuàng)新

目前，本科生的材料力學(xué)實驗固守陳規(guī)，缺乏創(chuàng)新性，對學(xué)生的吸引力不高，缺乏創(chuàng)新性。因此，教師在設(shè)計材料力學(xué)的實驗教學(xué)時，要根據(jù)不同層次和模塊學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力設(shè)計不同難度和層次的實驗項目，如基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗等[10]。基礎(chǔ)實驗主要是讓學(xué)生掌握材料力學(xué)的基本原理和方法，如材料的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等實驗，讓學(xué)生了解材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、彈性模量、屈服強度等力學(xué)參數(shù)。綜合實驗主要是讓學(xué)生運用材料力學(xué)的知識和技能解決工程問題，如材料的疲勞、蠕變、斷裂等實驗，讓學(xué)生了解材料在復(fù)雜載荷下的變形和破壞機理[11]。創(chuàng)新實驗主要是讓學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，設(shè)計和實現(xiàn)自己的實驗方案，如材料的智能化、功能化、復(fù)合化等實驗，讓學(xué)生了解材料的新特性和新應(yīng)用。

教師在組織材料力學(xué)的實驗教學(xué)時，要根據(jù)不同類型的實驗項目采用不同的教學(xué)方法和評價方式。對于基礎(chǔ)實驗，教師要注重講解實驗原理和方法，指導(dǎo)學(xué)生正確操作儀器設(shè)備，規(guī)范記錄實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告；對于綜合實驗，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生分析實驗問題和目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和分析能力，鼓勵學(xué)生查閱文獻資料，參考工程案例，提出解決方案；對于創(chuàng)新實驗，教師要注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，支持學(xué)生自主選擇實驗主題和內(nèi)容，提供必要的指導(dǎo)和幫助，評價學(xué)生的創(chuàng)新過程和成果[12]。

2.4 考核方法要創(chuàng)新

傳統(tǒng)的材料力學(xué)考核方法以閉卷筆試為主，考查學(xué)生對于基本概念、原理和方法的掌握程度。這種考核方法雖然有利于檢測學(xué)生的基礎(chǔ)知識和技能，但也存在一些缺點，如忽視了學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，容易導(dǎo)致應(yīng)試教育和應(yīng)試學(xué)習(xí)。

在新工科背景下，教師要根據(jù)材料力學(xué)課程教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容，采用多元化的考核方法，如開卷筆試、作業(yè)、實驗報告、課程設(shè)計、課堂討論、小組展示等，綜合考查學(xué)生的理論水平和實踐能力，激勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)和深入學(xué)習(xí)[13]。對于開卷筆試，教師要注重考查學(xué)生對于材料力學(xué)基本理論和方法的理解和運用，設(shè)計一些工程問題或案例，讓學(xué)生分析和解決，考查學(xué)生的分析能力和應(yīng)用能力；對于作業(yè)，教師要注重考查學(xué)生對于材料力學(xué)基本知識和技能的掌握和鞏固，設(shè)計一些基礎(chǔ)題或疑難題，讓學(xué)生練習(xí)和思考，考查學(xué)生的計算能力和思維能力；對于實驗報告，教師要注重考查學(xué)生對于材料力學(xué)實驗原理和方法的掌握和運用，設(shè)計一些實驗項目或方案，讓學(xué)生操作和記錄，考查學(xué)生的實驗?zāi)芰妥珜憟蟾婺芰Γ粚τ谡n程設(shè)計，教師要注重考查學(xué)生對于材料力學(xué)的綜合運用和創(chuàng)新運用，設(shè)計一些工程設(shè)計或創(chuàng)新設(shè)計，讓學(xué)生規(guī)劃和實現(xiàn)，考查學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力；對于課堂討論，教師要注重考查學(xué)生對于材料力學(xué)前沿知識和工程應(yīng)用的了解和探索，設(shè)計一些熱點話題或問題，讓學(xué)生討論和交流，考查學(xué)生的溝通能力和合作能力[14]；對于小組展示，教師要注重考查學(xué)生對于材料力學(xué)知識的整合和表達(dá)展示，設(shè)計一些專題報告或案例分析，讓學(xué)生匯報和展示，考查學(xué)生的整合能力和表達(dá)能力[15]。

3 守正與創(chuàng)新的辯證統(tǒng)一

守正與創(chuàng)新是中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)。中華民族先輩在很久以前就有守正、創(chuàng)新的意識和主張，歷代文獻屢有“守正”“創(chuàng)新”記載，對“守正”“創(chuàng)新”的倡導(dǎo)相承沿用至今。守正與創(chuàng)新是具有馬克思主義哲學(xué)內(nèi)涵的科學(xué)范疇[16]，守正即堅守正道，堅持按規(guī)律辦事；創(chuàng)新即改變舊的、創(chuàng)造新的，是發(fā)展的質(zhì)變、飛躍形式。守正是創(chuàng)新的前提和基礎(chǔ)，創(chuàng)新是守正的目的和路徑。守正創(chuàng)新是指向未來、創(chuàng)造未來的認(rèn)識和實踐活動。

材料力學(xué)教學(xué)改革中守正與創(chuàng)新的辯證統(tǒng)一關(guān)系：是指在教學(xué)改革中既要堅持材料力學(xué)的基本理論和方法，又要適應(yīng)新工科的要求和發(fā)展；既要保持材料力學(xué)的傳統(tǒng)特色和優(yōu)勢，又要引入新的內(nèi)容和形式；既要遵循材料力學(xué)的教學(xué)規(guī)律和原則，又要進行教學(xué)創(chuàng)新和實踐。守正與創(chuàng)新是材料力學(xué)教學(xué)改革的兩個方面，其相互依存、相互促進、相互制約、相互轉(zhuǎn)化，不能偏廢。守正與創(chuàng)新要結(jié)合材料力學(xué)的特點和發(fā)展趨勢，以人才培養(yǎng)為目標(biāo)，以教育質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，以教育改革為動力，在教育理念、教育內(nèi)容、教育方法、教育評價等方面有機結(jié)合。

在教育理念上，要樹立以人為本、以社會為導(dǎo)向、以合作為基礎(chǔ)的教育理念，在促進學(xué)生全面發(fā)展和終身發(fā)展的同時，要注重培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和工程倫理觀；在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識和技能的同時，要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力；在促進學(xué)生個性發(fā)展和自主發(fā)展的同時，要注重培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和能力。

在教育內(nèi)容上，要根據(jù)新工科的人才培養(yǎng)目標(biāo)和社會需求更新教育內(nèi)容，在保證教育內(nèi)容系統(tǒng)性和完整性的同時，要注重教育內(nèi)容的前沿性和實用性；在保證教育內(nèi)容基礎(chǔ)性和理論性的同時，要注重教育內(nèi)容的應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

在教育方法上，要根據(jù)材料力學(xué)的特點和難點創(chuàng)新教育方法，在保證教育方法規(guī)范性和有效性的同時，要注重教育方法的多樣性和靈活性；在保證教育方法傳統(tǒng)性和經(jīng)典性的同時，要注重教育方法的現(xiàn)代性和創(chuàng)造性。

在教育評價上，要根據(jù)材料力學(xué)課程教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容開展多元化教育評價，在保證教育評價公正性和科學(xué)性的同時，要注重教育評價的全面性和發(fā)展性；在保證教育評價基礎(chǔ)性和理論性的同時，要注重教育評價的應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

4 結(jié)束語

在新工科建設(shè)背景和創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求下，材料力學(xué)課程的教學(xué)改革研究從未停歇，筆者認(rèn)為在教學(xué)改革探索中，要牢牢把握住守正與創(chuàng)新這兩個重要原則，在守正的基礎(chǔ)上進行有效的創(chuàng)新，在創(chuàng)新的過程中不斷完善和發(fā)展守正。

守正是材料力學(xué)教學(xué)改革的前提和基礎(chǔ)，是保證課程質(zhì)量和水平的必要條件，教師應(yīng)堅持材料力學(xué)的基本理論和方法，不斷鞏固和提高學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和分析能力。創(chuàng)新是材料力學(xué)教學(xué)改革的動力和目標(biāo)，是適應(yīng)社會變化和工程實踐的必然要求，教師應(yīng)結(jié)合工程實踐和社會需求，引入新的內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗形式和課程考核，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)用能力。守正與創(chuàng)新相輔相成，相互促進，共同推動材料力學(xué)教學(xué)改革的深入發(fā)展，在保證基礎(chǔ)的前提下，不斷探索和嘗試，形成適合本校本專業(yè)的教學(xué)模式。

總之，材料力學(xué)課程教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程，需要堅持守正與創(chuàng)新兩個方面有機結(jié)合，不斷探索、創(chuàng)新、完善、發(fā)展，以適應(yīng)新工科建設(shè)的需要，為培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型工程人才做出貢獻。