基于“卓越工程师”培养的材料力学课程教学改革研究
摘要：“材料力学”课程是为工科类大学生开设的一门重要的专业基础课，与工程实际联系紧密。随着教学实践的不断深入，培养过程中重理论学习，轻工程实践等一系列问题阻碍了学生工程实践能力的提升。结合“卓越工程师”计划的基本要求，“材料力学”课程教学改革提出了几项改进措施，为全面增强学生分析和解决工程实际问题能力进行了探索。
关键词：卓越工程师计划；材料力学课程；教学改革
作者简介：刘灵灵（1979-），女，河北栾城人，石家庄铁道大学工程力学系，讲师，哈尔滨工业大学航天学院航天工程与力学系博士研究生；冯文杰（1967-），男，河北泊头人，石家庄铁道大学工程力学系，教授。（河北 石家庄 050043）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0091-02
2010年6月23日，教育部在天津召开“卓越工程师教育培养计划”启动会，联合有关部门和行业协会，共同实施“卓越工程师教育培养计划”。本计划是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。“卓越计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程，二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才，三是强化培养学生的工程能力和创新能力。中国教育部将遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”原则，从创立高校与行业企业联合培养人才的新机制、创新工程教育的人才培养机制、建设高水平工程教育师资队伍、扩大工程教育的对外开放、制订“卓越计划”人才培养标准等五方面推进该计划的实施。“卓越计划”的核心就是培养学生的工程实践能力和创新能力，这是我国一个新的人才培养模式，需要在实践中不断探索、完善和提高。[1]
一、“材料力学”课程教学现状分析
1.教学内容过于传统
“材料力学”是研究材料的力学性能的一门经典课程，在本科教学过程中侧重于运用经典的力学理论对金属材料进行力学性能的分析。在教学过程中通常以四种基本变形形式拉压→剪切→扭转→弯曲的路线进行讲解，并且每种变形都按照外力分析→内力分析→变形分析→应力分析→强度分析的思路进行，这种重复循环的内容体系，不仅花费的学时量大，而且从第二种基本变形开始教学过程缺少新意，很难激发学生的学习兴趣。同时课程内容也存在很多不足之处，例如：与后续课程严重脱节；由于过分强调理论知识和解题技巧的训练，故忽视了实际问题抽象为力学模型的过程，使得课程内容和工程实际严重脱节，故如何使传统的“材料力学”课程与现代科学技术的发展相适应，如何选择授课内容，是本课程教学内容改革和创新的方向。[2]
2.教学方法和教学手段落后
传统的“材料力学”教学模式以课堂板书教学为主，教师满堂灌，由于本课程公式推导相对较多，所以一堂课下来经常要用掉五、六块甚至七、八块黑板，粉笔灰到处乱飞，严重影响了教师和学生的身心健康。同时有许多章节的内容需要通过作图才能解释，这样教师在黑板上画图就占用了大量的时间，学生感到枯燥无聊，不仅影响了教学效率同时使学生丧失了学习本门课程的兴趣，严重制约了学生个性的发展，不利于学生综合素质的提高。教师在教学过程中更重视理论推导，忽视工程实际的应用。这样的教学模式只能使学生被动学习，不能有效地调动学生学习的积极性，在授课课时不断被压缩而课堂信息有增无减的大环境下，教学方法和手段的改革就显得尤为突出和重要了。
3.考核方式单一
大多数院校的考核方式是期末考试，一考定论，这种方式太过功利化，太看重结果而忽视了学习的过程，忽视了学生能力的培养，容易造成学生考前突击、死记硬背的懒惰思想，甚至为了及格不惜冒风险出现考试作弊的现象。考试的内容多是一些繁琐的计算，许多问题与后续课程和工程实际的联系并不十分紧密，以至于使学生们觉得“材料力学”课程的用途不大，从而失去了学习的兴趣。所以这样的考核方式不利于学生把时间和精力用在对知识的理解和运用上，更不可能培养出卓越的工程师。
二、课程教学改革的具体实施方案
1.教学方法和手段的改革
材料力学的知识与工程实际有着紧密的联系，在教学手段的应用上，传统的黑板加粉笔的模式已经不能完全反映教学内容与工程实际的联系。近年来随着计算机技术的发展，“材料力学”教学模式已经由传统教学模式转向了现代化教学模式，采用多媒体课件的教学模式已经被大多数教师所接受。结合多媒体教学与各种传统教学的优势，增强课堂教学的生动性和启发性，提高学生理解和掌握力学的基本概念、理论、方法的能力，从而提高“材料力学”的教学质量和教学效果。利用多媒体课件这一教学手段，通过对工程实际问题的分析和计算，进行图文并茂、生动形象的模拟演示，不仅可以增加课堂信息量，而且可以激发学生的创造能力。当然多媒体教学有自身的优越性，同时也要注意一些问题，例如要注意多媒体教学与传统黑板教学的结合，多媒体课件演示速度快，对于授课内容中的公式推导和重点内容要写在黑板上，使学生加深印象；制作的课件上文字要简洁，能用语言叙述清楚的内容不要写在课件上，图片也要清晰。
2.教学内容与考试方式的改革
教师在教学过程中，要及时有效地加入一些日常生活和工程实际中遇到的现象和问题，例如将塔吊的断裂、斜拉桥钢索的断裂、房屋横梁的弯曲、千斤顶的变形等问题引入课堂讨论，从而引出强度、刚度和稳定性的概念，用以提高学生解决工程实际问题的力学素养。“材料力学”是一门理论性较强的课程，有些内容比较抽象，所以应当给学生布置适量的作业，加深对所学知识的理解，但是在布置作业时，要适当减少作业的计算量，多布置一些思考题、推导题和证明题，提倡学生们就某一问题展开讨论，最终以书面报告的形式作为平时成绩，这样有利于学生对教学内容的深刻理解。在保持本课程理论体系完整的前提下，删除一些难度较大、推导繁琐且在工程实际中应用不多的内容，教学中应以工程实际为背景，工程技术为主线，突出问题的共性和差异。[3]同时组织教研室教师积极进行立体化教材建设，根据课堂教学的特点，开发了学生易于接受的多媒体课堂教学软件，编写了《材料力学课后练习题参考答案》和《材料力学考研辅导资料汇编》等多种课程辅导材料。
在课程考核方面，采用分章节内容让学生完成小论文的方式（学习体会、所学知识的具体应用、发现的新问题和想法等）作为学生的平时成绩，以增加学生的学习兴趣。同时借助西方发达国家高等院校中关于工程教育研究的成果，将合作学习的方法引入课堂教学，使学生摆脱我国目前高中教育中形成的竞争式、应试式学习方法的阴影，增加学生的合作意识和集体观念，为学生今后在工作中的全面发展奠定基础。同时还可以增加一些综合素质的考核，例如考虑讨论课的成绩；就某一工程实际问题利用所学知识撰写一篇小论文，并将论文成绩计入最终的考试成绩；实验课操作的成绩等，考核的最终目的在于培养学生分析和解决工程实际问题的方法和能力。
3.注重培养学生对实际问题的分析解决能力
“材料力学”是一门工程应用的学科，在授课的过程中应注重培养学生分析和解决一些实际问题的综合能力，故例题的选取和讲解应贴近生活和工程实际，同时扩大学生的思维空间。例如在讲解应力状态和强度理论的内容时，学生普遍反应这部分内容理论性强，概念抽象不容易理解，针对这种情况，教师在讲课过程中就应当将讲课重点放在利用理论知识解决工程实际问题上。课堂上教师应精心设计一些和工程实际相关的问题，例如为什么建筑用的楼板都设计成空心的、如何计算起重机能够起吊的最大重量、汽车轴传动的功率和直径之间的关系；在讲解弯曲梁横截面上的正应力分布时，为什么高宽比设计为1.5最合理；在一些工厂的大车间里，横梁通常被设计成抛物线的形状，这样做的目的既是为了美观，更重要的目的是增加了梁的承载能力。学生能够利用本课程所学知识解释身边的一些工程现象，让学生感到材料力学和日常生活、生产的关系是如此紧密，使学生明白本课程具有广泛的应用性和实用性，让学生切实体会到材料力学既是一门逻辑推理严密又有工程实际应用的学科。
4.注重实验教学环节的开展
材料力学实验是“材料力学”课程的重要组成部分，通过实验教学可以帮助学生理解和掌握课程的基本概念和理论，培养学生的实际动手能力和综合运用理论与实验手段解决工程实际问题的能力。为了培养综合实用型人才，满足工程单位的需要，笔者将材料力学实验的内容独立出来，增加电阻应变测量和力学实验常用仪器设备等内容，全面系统地对电阻应变测量的方法和仪器设备的工作原理进行介绍，为今后学生毕业后的工作奠定良好的基础。设计性和综合性实验的开设，培养了学生的工程意识和科学严谨的作风，启发学生的创造性思维。开展因材施教，针对各专业、各层次的学生采取多种教学模式。今后学校还要多创造条件开创一些开放性实验室，给学生充分的时间，让学生有自己动手动脑的机会，培养他们的学习兴趣，切实把理论知识和实验技能密切结合起来，使学生对所学课程有较为形象和深入的理解，让学生在实验中发现问题和解决问题，为日后学生解决工程实际问题打下良好的基础。
三、结语
课程教学改革是一项长期而又十分艰巨的工作，需要通过社会各方面的不懈努力和不断完善才能取得良好的效果。在“卓越工程师”培养计划要求下的“材料力学”课程教学改革，要以培养学生的工程实践能力和创造能力为目标，丰富教学方法和手段，改革教学内容和考试方式，在教学过程中融知识传授、能力培养和创新教育为一体，这样才能为各行业培养出一大批优秀的工程技术人才。
参考文献：
[1]宋佩维.卓越工程师创新能力培养的思路与途径[J].中国电力教育，2011，（7）.
[2]李玉兰.材料力学课程教学方法和模式改革探讨[J].高等建筑教育，2010，（6）.
[3]陆静.基于卓越工程师教育培养计划的材料力学教学改革探讨[J].西部大开发（中旬刊），2012，（1）.
（责任编辑：王意琴）