新工科背景下基于创新创业能力培养的《材料力学》课程教学改革探索
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摘 要：“新工科”建设背景下，在材料力学课程教学过程中如何培养具有创新创业能力的“新工科”人才，本文从教学内容、教学方法、考核方式等多方面融入“新工科”人才的创新创业能力，引导学生自主学习，提高学习兴趣和参与度，从而提升本课程的教学质量，培养出高素质、创新性的应用型工程人才。
关键词：创新创业能力;新工科;《材料力学》;教学改革
教育部发布的《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》中指出“以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对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创新[1]”。同时，在《新工科建设指南（“北京指南”）》中提出要“强化工程人才的创新创业能力培养，完善工科人才‘创意—创新—创业’教育体系，以创新引领创业、创业带动就业。”相对于传统的工科人才，“新工科”人才是指工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才[2]。在“新工科”背景下，为了培养创新创业的人才，各专业课程都要进行改革创新。材料力学作为理论力学的后续课程，它是机械设计制造及其自动化本科专业的主干课程，也是车辆工程、船舶与海洋工程本科专业的专业基础课程[3]。材料力学课程教学不仅要教会学生专业基础知识，而且还要培养学生创新创业能力。
一、现阶段《材料力学》教学中出现的问题
现阶段，多数《材料力学》的教学内容比较陈旧和教学法比较单一，不利于激发学生的创新意识。而材料力学课程的内容理论性比较强，学生学起来具有枯燥无味，从而产生抵触情绪，进而失去学习热情。多数老师直接从学校到学校，理论知识扎实，但缺乏工程实践经验。材料力学课程授课过程中，过多的考查学生对重要知识点的理解力和计算能力，在学生的创新创业能力培养上比较少。基于以上问题迫切需要《材料力学》的教学方法和教学内容、考核形式等方面的改革，提高材料力学课程的教学质量，培养学生的创新创业能力和创新精神。
二、新工科背景下基于创新创业能力培养材料力学的改革措施
（一）改革教学内容和环节，融入创新创业能力
1.优化理论教学内容，采取模块化教学
《材料力学》课程原来是64课时，现在调整到48课时，授课课时减少，但在新工科背景下要求课堂信息容量要求加大、培养学生的创新创业能力。为了达到这种要求，要考虑机械设计、机械原理等课程内容前后衔接关系，对材料力学的课程内容进行优化整合，简化理论公式推导，突出创新创业能力培养和工程应用培养。由于《材料力学》研究的轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等四種基本变形具有共同的特点，都是按照外力——内力——应力——强度这条主线进行学习的，比如在讲解截面法求内力时，采取四个模块分析，针对第一种拉压模块要精细讲解，第二、三、四种让学生课下先进行自主分析，上课时提问引导学生讲述内容，然后根据学生的情况再进行讲解，这样既节省了时间又提高了学生学习积极性。强度条件的应用这部分内容，为了提高学生的创新设计能力，可以让学生设计简单的产品，例如在承受一定的外力作用下且满足安全性要求设计桌子和椅子的横截面面积或者横截面、承受的外力大小一定下校核其是否安全。教师在授课过程中还可以与学生分享教科研过程中的心得体会和经验，潜移默化地引导学生进行自主探究和激发学生创新思维。
2.在理论教学中引入abaqus有限元仿真软件
将abaqus有限元仿真件引入课堂教学，提供一个交互式动态仿真平台，把抽象的理论知识通过可视化的图形直观地展现出来，使学生深刻了解内容[4]。例如，在讲述应力集中问题时，将开孔薄板的圆孔通过abaqus软件做了相应的有限元实例分析，将枯燥的难理解的概念，利用该软件进行仿真模拟，得到直观形象的图形，可加深学生对材料力学中比较抽象的知识点的直观理解。在业余时间里，学生可以通过 abaqus有限元仿真软件来验证自己的新创意和新设计方案，迫使学生积极思考，从而提高创新能力。
3.在实验课中融入创新创业能力
实验教学体现以人为本、以学生为主的理念，改革原来由指导老师提前将实验指导书发放给学生，在经过一段时间的预习，在实验课上动手操作验证学习内容。虽然学生能够完成预定的实验项目，起到巩固所学知识的作用，只能培养学生的基本实验技能，但是缺乏创新设计内容，不能培养学生的实践能力。在新工科背景下，可增加一定量的探索性、研究性、设计性实验，使学生根据自己的理解，在实验室或者在老师的指导下提出更多的创新性实验方案，提高学生的动手能力和创新创业能力。开阔学生的工程实践思路，高水平的实践环节既能培养学生应用知识的能力，更能增强学生的创新创业能力。通过实践环节的改革使学生在走上工作岗位时，能够承担起科技创新和技术进步的重担。因此，在实验环节要增加比例，并增加探索性、研究性、设计性实验，以激发学生的创新能力，更好地适应工程技术要求。
（二）改变教学方法，融入创新创业能力
1.开展企业化的实践活动
在教学过程中坚持企业协同育人，开展技能竞赛、素质拓展、模拟面试等企业化的校园实践活动[5]，坚持工学结合、知行合一，把创新创业教育、专业教育与企业实践相结合，并利用卓越工程师的有利条件为学生提供前身接触工程实际的机会，引导学生自己结合理论知识指出工程中出现的实际力学问题，帮助学生更好的理解基本理论知识，激发学生的学习兴趣，并逐渐形成工程意识。
在实践教学中，要注重培养学生的创新能力和团队合作能力，可采取“必修项目+限选项目+任选项目”相结合的方法，根据学生自身特点，选择适合自己的实践项目。然后班级内部自由结合分组确定小组长，以小组为单位承担实践教学项目，每小组按照教学要求制定具体计划，完成实践环节。在实践教学检查环节，可采用PPT汇报自己组的成果，为了防止有的同学应付，各组中随机抽取汇报人员，汇报之后要回答教师和学生的提问。整个环节都需要全体同学共同参与，培养学生的团队合作能力、创新能力。 2.运用类比法
学生一般对生活中的事情感兴趣，将力学问题和生活实例一对比，学生就容易理解并记住。例如：在介绍极限应力、许用应力及安全系数这三个概念时，可以类比为：一张床最大的承载能力为300斤，超出300斤，这张床就被压坏了，300斤就比作是极限应力σ0 ，为了使床更安全一些，规定一下它的许用承载能力250斤，250斤比作为许用应力[σ]，n为安全系数，三参数有如下的关系：σ=σ0n≤[σ];若n=1时，σ=300斤>[σ]=[250斤]，这张床不安全;若n=1.5时，σ=200斤<[σ]=[250斤]，这张床安全，且可睡一大人;若n=3时，σ=100斤<[σ]=[250斤]，这张床更安全，且可睡一小孩;依次类推n取越大这张床越安全，故取名为安全系数，也并不是n越大越好，这张床本来能睡一大人的，若n太大变成只能睡一小孩了，这样也浪费材料，所以不仅要考虑安全方面还要考虑经济条件。这样一类比，学生就很容易明白了。通过类比法让学生在进行工程结构设计时深刻理解了极限应力和许用应力及安全系数的关系，能够将比较难理解内容变得比较简单，引导学生积极思考，充分想象，提高学生的创新思维能力。
3.借助多媒体、网络在线课程，加强创新创业教育
在教学手段上，充分利用多媒体在教学上的优势，在教学组织中，仅仅是依靠“黑板+粉笔”的教学模式是远远不够的，老师能够将概念、定理、公式等内容表述清楚，但是无法将复杂的工程实际问题、各种机构展现出来，因此通过多媒体的表现方式，多展示实际的工程案例，图文音像并茂，生动形象。可借助于材料力学网络在线课程，学生既可以自主选择在线学习的时间，也可以根据自身学习的学习进度，将原来的以教为主转变成以学为主，满足了不同層次学生的需求，拓展了学生的创新思维，培养了学生自主学习能力。
（三）改革考核形式，创新教育贯穿其中
（1）以前只采用闭卷的形式进行期末考试，未对学生的实践环节进行考核，无法衡量学生的实践能力好坏。现在采用期末考试、实验和过程性考核相结合的方式，把创新教育贯穿于整个考核过程中。通过撰写课程小论文、小组汇报等形式，增强对学生行为操守和平时学习过程的考核，调动学生学习的积极性。
（2）鼓励以学科竞赛成绩换取课程学分，培养学生创新精神和创新意识。为培养大学生创新意识，提高创新能力，助力大学生创新创业，鼓励学生参加机电产品、新能源创新创业大赛。
三、结论
本文以培养具有创新、创业能力的“新工科”人才为目标，针对材料力学课程中目前存在问题，对《材料力学》课程的教学内容、教学方法以及考核方式等方面融入了培养创新创业能力并提出了改革的措施，将创新创业能力培养与具体的专业教学进行有机融合，培养创新人才。
参考文献：
[1]教育部高等教育司.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[J].教高司函[2017]6 号，2017，2.
[2]教育部高等教育司.新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017，4：20-21.
[3]孙峙华.在《材料力学》课程教学改革中贯彻CDIO理念的探索[J].科技风，2017.6.
[4]刘瑶，吴涛，等.“新工科”背景下基于创新创业能力培养的教学改革探索——以《通信原理》课程为例.教育现代化，2018，3.
[5]段军，班宇鑫，等.基于应用型人才培养的材料力学课程改革研究与探讨[J].课程教育研究，2015.24.
课题来源：1.2019年教育部产学合作协同育人项目：《基于机电类学生层级式创新创业能力提高的创新实践基地构建》;2.青岛黄海学院智能制造学院标杆学院建设中党建课题：“课程思政”试点课程《材料力学》建设项目和“新时代下健全民办高校学生党员发展质量保障体系研究项目”
作者简介：邵瑞影（1981-），女，山东菏泽人，硕士，副教授，主要研究方向为机械工程。
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