新工科背景下材料力学课程教学改革探索

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　　【摘 要】为促进我国从工程教育大国走向工程教育强国，在世界新一轮工程教育改革中发挥全球影响力，在新工科背景下，以成果为导向，以学生为中心，从教学理念、教学方式、考核评价等方面探索材料力学课程改革，以提高工程类专业人才的科学思维能力及创新能力。为培养更多高素质的新工科人才提供了课程改革的有益经验。
　　【关键词】新工科;人才培养;OBE教育理念;材料力学
　　中图分类号： G642;TP311.5-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）32-0159-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.074
　　0 引言
　　新工科理念形成于2017年的新工科建设“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，同年教育部发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，2018年教育部办公厅公布了《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。提出新工科建设的目的在于促进我国从工程教育大国走向工程教育强国，在世界新一轮工程教育改革中发挥全球影响力[1]。复旦共识提出我国高等工程教育改革发展已经站在新的历史起点，地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，新工科建设需要加强研究和实践[2]。而天大行动认为，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，既是当务之急，也是长远之策。新工科教育不是傳统工科的对立版，而是卓越教育的升级版[3]。北京指南指出要明确目标要求、更加注重理念引领、更加注重模式创新、更加注重质量保障、形成一批示范成果[4]。
　　2016年我国正式加入国际工程联盟（IEA）《华盛顿协议》组织，这标志中国高等教育已实现了历史性跨越[5]，国家以“新工科”建设为契机，进一步推动高等教育改革，以适应新的经济发展需求。当前，国家战略性新兴产业迅猛发展，培养具备全球视野、创新精神和实践能力的新工科复合型人才，在促进多学科交叉融合的新型工程技术学科建设中尤为重要，新工科建设为“工学并举”提供了新动能[6]。在全面提高教育质量已上升为国家战略、政府意志和社会共识这一大背景下，课程的地位、课程的价值、课程的作用日益凸显。材料力学课程作为多个工科专业的重要专业基础课，对学生能力培养及后续专业课的学习具有深远的影响。论文以东北电力大学开设的材料力学课程为背景，从理念引领、内容及方法创新角度开展教学改革，通过教学内容和教学方法的论证与实践，就教学理念、教学方式、考核评价方式等方面进行了分析与总结，以求问技术发展改内容，问学校主体推改革，问学生志趣变方法。目前，改革已取得了较好的阶段性成果，为培养更多高素质的新工科人才提供了课程改革的有益经验。
　　1 注重理念引领，以新工科为契机，以工程教育为导向，推动材料力学课程改革
　　课程是高等教育的心脏，是人才培养和教学工作的依据，也是影响乃至决定教育教学质量的关键要素。材料力学课是工程类专业学生接触到的一门与工程实际有直接联系的课程，属于实践应用型工科课程，其理论性、逻辑性、系统性均较强。该课程既培养学生逻辑思维能力又培养学生分析和解决实际工程问题的能力。任何工程中，物体的受力、变形、失效等力学现象无所不在，力学分析计算在工程设计中占据着重要的地位。材料力学研究构件的承载能力，即研究构件的强度、刚度和稳定性，解决构件经济与安全的矛盾，同时为后继课程和今后工作打好基础。从知识的角度看，该课程理论性强、教学推导多，而传统的课程模式注重的是讲授知识，教学偏向学术化， 这种教学方式已不适应当下高等学校转型发展的要求，因此新的形势下必须按照工程认证要求，把成果导向教育（Outcome based education，简称OBE，）作为一种先进的教育理念，为培养“应用型人才”打下良好基础。培养学生工程应用能力和工程创新能力，提高学生社会职业素养和就业竞争力。为充分发挥材料力学的基础先导作用，必须首先培养好学生的科学思维能力和自主学习的能力，这也是培养学生学习能力、应用能力的先决条件。材料力学课程改革的目标就是以OBE教育理念构建“应用型人才”培养需要的新型课程体系，对教育理念、教学内容、教学方法等诸多方面进行系统优化。以推进“新工科”建设为契机，以工程教育为导向，全面开展材料力学课程改革探索与实践。
　　2 注重内容及方法创新，探索新工科背景下课程改革途径
　　2.1 教学内容创新，从科学和文化层面展现课程魅力
　　以专业需求为出发点，拓展与工程实际密切相关的教学内容，充分提炼材料力学课程中蕴含的文化基因和价值范式，并将其渗透于课程目标、课程结构、课程内容之中，从科学知识层面和文化价值层面具体化、生动化展现课程的魅力，同时作为“课程思政”的有效载体，在知识传授中融入理想信念层面的精神指引。
　　科学知识层面，以材料力学课程的研究对象为背景，通过工程实例分析，与学生一起探讨诸如构件在外力作用下产生变形和破坏的规律、失效形式和失效原因，摒弃泛泛、枯燥的理论内容讲解，把力学理论分析和实际工程问题进行有机融合，在激发学生学习兴趣的同时提高教学效果。比如，结合输电铁塔失效，风力发电机塔筒失效现象，提出材料力学分析思路，引导学生深入探讨产生失效的原因，再通过应力状态分析给出分析结果。从工程材料的力学性质、构件应力状态分析，再到构件失效的原因，以问题导向的教学方式逐步引导学生学习，以成果导向的方式检查教学效果看，不但可以激发学生独立分析工程问题的兴趣，还在教学中培养了学生运用科学知识独立分析和解决工程实际问题的能力，达到了学以致用的预期效果。
　　文化价值层面，注重在材料力学课程教学中培养学生在智慧、情怀、志向、品格上形成良好的人格，在哲学、历史、文化的积淀上形成良好的文化修养。实践中，把专业知识与社会责任感紧密联系是加强文化价值层面教育的重要途径。材料力学的主要任务是解决构件的强度问题，若构件的强度不够，则可能导致严重的安全事故或经济损失。选择工程上典型案例生动讲解，就能在学生心里打下深刻的烙印，这既是社会责任感教育，也能让“安全第一、生命至上”理念深入人心。教学中增加文化教育能使学生了解力学发展历史、领略力学内在文化并培养学生爱国主义情怀。 　　2.2 理念及方法创新，采取多元化的教学方式提高教学效果
　　（1）树立OBE工程教育理念。专业知识传授与引导学生学习需求及明确学习目标并重。教育观点首先由美国心理学家卡尔·罗杰斯在1952年提出，并给高等教育带来了巨大影响，引发了本科教育基本观念、教学方法、教学管理的系列变革。作为高校教师应该明白，学生是自己学习的决策者，而实现自主学习的核心是提高学习的主动性[7]。OBE特别强调学生学到了什么而非老师教了什么。目前，大学生学习积极性不高，这是一个不争的事实[8]，究其原因多种多样，有外因也有内因，其中一个主要的原因是学生不明确上大学对自己意味着什么，因此，学习积极性欠缺，教师在传授专业知识的同时，要引导学生的学习需求，让学生明确学习目标，从而调动学生内在的学习积极性和主动性。
　　（2）采用互动式、启发式、探究式教学等多元化的教学方式，培养新工科人才。教师的魅力不仅仅是在于自身有深厚的专业功底，对现阶段的学生而言，怎样能够让学生接受知识才是至关重要。这就需要教师能够与学生进行恰当、良好的沟通，即采用互动式的教学方式吸引学生学习的注意力。怎样让学生不仅仅是想学习知识，还要能够学好知识，这需要教师采用启发式教学替代以往的诠释性教学方式，再加之探究式的教学方法，由浅入深把知识传递给学生。
　　（3）推广多尺度、多维度立体化的教学方式。多尺度教学具有考虑空间和时间跨尺度跨层次的特点。材料力学课教学内容广、体系较复杂且知识抽象不易理解。将每个教学单元做模块化处理，在多尺度空间上构建循环教学系统，不仅可以提高学生的自学能力，同时为学生提供了一个很好的扩充知识、巩固知识的渠道。 多维度立体化教学可以从理论知识、课程实验、力学竞赛、慕课等网络学习几个方面鼓励和支持学生学习和深化理解知识。既提高学生的自学能力和独立思考问题的能力，亦可潜在提高他们在“新工科”建设背景下的创新意识和创新能力。多维度立体化教学过程实现了从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，也为他们日后工作需要，打开了一道可以不断自主获取知识的大门。
　　（4）考核方式的改革。
　　为适应培养具有创新意识和创新能力的新工科人才，我们对东北电力大学土木工程专业学生材料力学课的考试考核方式进行了探索式的改革。在评分环节上，改变了以往以学生期末考试卷面成绩为主的单调评分模式，增加了平时学习表现和平时作业成绩、体现学生动手能力和相互协作能力的实验成绩等。为使学生重视创新意识和创新能力的培养，体现新工科理念，我们在期末总成绩中增加了一个评分环节，让学生自己设计一个广告牌或路灯架，让力学知识与工程实际有效结合，为将来走上工作岗位奠定了基础。
　　3 结束语
　　在整个高等教育改革中，課程改革是最活跃的部分之一。多年来各高校课程改革和课程建设的实际效果并不尽人意，特别是对于提高人才培养质量所发挥的作用不能估计过高。
　　以新工科为契机，引领高等教育教学改革的主要目标是要培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。本文提出的新工科背景下工程类专业材料力学教学改革探索，经近两年的实践，在更新教育观念，改进教学方法、探索新的考试、考核方式以及采用新的教学手段方面进行了广泛探索，对课程进行了大胆改革和实践，收到了良好的效果。改革是个持续性的概念，我们会不断总结改革的经验，在不断探索中前行，以期达到更好的效果和更高的目标。
　　【参考文献】
　　[1]王树新：以“新工科”理念为牵引推进工程教育改革.新华网[引用日期2018-12-11].
　　[2]“新工科”建设复旦共识.中华人民共和国教育部[引用日期2018-12-13].
　　[3]“新工科”建设行动路线（“天大行动”）.中华人民共和国教育部[引用日期2018-12-13].
　　[4]新工科建设指南（“北京指南”）.新华网[引用日期2018-12-13].
　　[5]吴爱华，杨秋波，郝杰.以”新工科”建设引领高等教育创新变革[J].高等工程教育研究.，2019（1）：1-7.
　　[6]韩旭.坚持工学并举办学思想推动学校新工科建设[J].中国高等教育.2019（03/04）：27-29.
　　[7]蔡玉洁，李秀.大学生学习主动性的调查研究[J].现代教育科学.2018（12）：32-41.
　　[8]刘献君.新时代院校研究的规范发展[J].高等工程教育研究，2019（1）：93-98.
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