土木工程专业应用型本科人才培养模式下的材料力学课教改初探

一引言

材料力学是工科本科院校土木工程专业的一门主干专业基础课,也是一门与工程实际紧密联系的课程,对培养学生的专业素质起着至关重要的作用。[1]材料力学作为一门经典的力学课程,其体系和内容已相当完善,但是随着高等教育体制的改革与深化,随着新时代大学生专业素养的不断提高,材料力学的教学学时数、教学目标等有了很大的变化,传统材料力学的教学方法、课程体系、教学大纲和考核方法等等都表现得与现实越来越不相适应,其教学改革势在必行。本文根据笔者所在的淮阴工学院近几年对土木工程专业材料力学教学改革的尝试,提出了几点想法,旨在抛砖引玉,以期与从事土木工程专业材料力学教学的同仁共同讨论,建立一种适应应用型本科人才培养模式需要的材料力学教学新思路。

二材料力学课程改革的必要性

1应用型人才培养的需要

高层次应用型人才培养的目标是培养面向地方和行业的“学以致用,全面发展”的高素质应用型人才[2],故其教学应以对综合实践能力的培养为中心,应以实践能力培养的系统性代替知识培养的系统性。那么材料力学的教学当然应围绕这一目标,让学生掌握对杆件的强度、刚度和稳定性的校核及单个构件的设计问题,并能够运用材料力学的理论和方法分析、解决一些工程实际问题。材料力学课程本身具有强烈的工程背景,如何由工程实例得到力学模型,提高学生的建模能力,这是材料力学课堂教学目标的一部分。而传统的材料力学课程教学基本上都是现成的力学模型,遇到工程实际问题就束手无策。因此,面向应用型人才培养的材料力学课程教学应该着重于培养学生面对复杂工程对象时正确建立力学模型的能力。

2材料力学课程本身教学改革的需要

随着社会的不断发展,随着高等教育体制改革的不断深化,一方面要求对学生加强基础教育,另一方面要求拓宽学生知识面,于是不可避免地造成课时的缩减。笔者所在的学校土木工程专业的材料力学课程总学时为64(含8学时实验),仅相当于删减前的2/3。但是,材料力学的教学内容并没有相应减少,相反还要增加一些新材料的材料力学内容。这样就有必要对其教学方法和考核方法等进行改革。

3应用型的本科大学生知识结构的需要

随着市场经济的不断发展,用人单位对毕业生的要求也越来越高,不仅要求具有扎实的理论知识,还要求具有解决实际问题的能力。一定意义上讲更加注重实际能力。大多数的材料力学教材都不能满足对当今大学生实际能力的需要,传统的教材仅在弯曲内力部分涉及到力学模型的建立问题,其余部分都是既成的力学模型。还有目前的材料力学课程体系仍侧重于手工计算,没有涉及到电算和工程数学的概念,与电算和工程数学的快速发展不相协调。

三深化材料力学课程教学改革的几点想法

1转变教学观念,树立“大土木”指导思想

基于培养学生“厚基础,宽口径”知识结构的培养目标,新的土木工程专业相应的培养方案和培养目标均已作了调整,但要真正实现这一目标,教师在各自的教学环节上切实贯彻“大土木”专业思想是关键。但由于众多因素,一些高校在授课的过程中没能更多考虑“大土木”的教学要求。如教龄较长的老师可能由于已经习惯固有的教学模式,在选用教材、授课内容、授课方式及对学生的要求等方面没有做出相应的改变;经验缺乏的年轻教师可能由于不能驾驭宽知识面的教学模式,而将教学内容局限于材料力学概念与理论的本身,不能作相应的拓展。高校教师必须明确现在培养的学生是可能从事土木工程各项工作的人才。因此,作为主讲材料力学的高校老师也一定要跳出行业壁垒。

2合理分配教学学时数,加强实践能力培养

在“大土木”的“厚基础,宽口径”的培养目标下,理论课时被普遍压缩了[3],这就要求高校在有限的课时内合理安排教学计划,调整好教学内容,进行必要的删减和补充。安排教学计划时应以理论够用和突出实用性为原则,协调好理论课、习题课和实验课之间的关系。材料力学作为一门专业基础课,它的有关实验内容具有很强的实用性,如应变的测量、光弹性实验等。作为应用型的本科毕业生,这些实践能力应该都是必备的。但是目前应用型本科实验教学仍存在诸多问题,主要表现在以下几个方面:(1)囿于实验设备、仪器及师资等方面的不足,实验教学仍以课堂授课形式进行;(2)受传统教学理念的束缚,墨守成规,所有材料力学实验基本上是验证性实验,均为对理论的补充和验证;(3)由于考核评价方式的原因,绝大数学生对实验部分采取敷衍的态度,学习态度不端正;(4)教学部门不够重视实验教学的设计与组织管理。

针对以上现象,笔者所在的学校采取了以下方面的措施或尝试:(1)不断丰富实验教学资源,除了增购实验设备外,还增加了教学辅助资源,如实验多媒体课件,实验教学视频;(2)加强教学团队建设,鼓励高职称教师指导实验课,除了开设必要的验证性实验外,还可开设一些设计性和综合性的实验;(3)构建适宜能力发展的考核评价体系,更加强调对学生动手能力的培养;(4)通过政策的倾斜,让实验老师自觉重视实验设计和实验教学的组织。

3引入Maple数学运算软件

随着数值计算软件在工程计算方面的广泛应用,作为一名本科毕业生,熟练掌握一门工程计算软件也非常必要。Maple是Waterloo公司发行的一种数学运算软件,是目前世界上最为通用的符号计算软件之一,具有强大的数学运算功能和一些功能强大的程序包。[4]在材料力学课程教学中引入Maple软件有以下一些优势:(1)利用Maple语言建模解决实际问题,可缩短理论学习和实践工作的距离;(2)它可用一种似乎通常笔算式的简练程序,让繁杂的计算由计算机去完成;(3)由于Maple的表达式简练,可以简化材料力学中公式的推导和概念的叙述;(4)由于Maple可迅捷的用三维图形、图像和动画表达计算结果,这样可帮助学生对力学概念的理解。

笔者认为,应该把Maple软件作为一种贯穿大学学习全过程的语言教给学生,并在以后的各门主干课程中不断地应用和深化。

4处理好材料力学与后续课程的关系

对于土木工程专业来说,材料力学课程与诸多后续课程(结构力学、钢结构等)联系紧密。结构力学与材料力学的关联性更不用多说。如对于钢结构课程特点来说,其计算公式,设计思路不难,只要将相关参数带入公式验算即可,但这些参数与材料力学基础密切相关,如力学计算简图、截面几何性质(A、S、I、W)、内力(M、Q、N)等等,钢结构的设计计算是以这些力学参数的计算为前提的。笔者认为作为土木工程专业的力学老师一定要充分了解力学课程与后续课程的关系,在授课时,不能仅仅停留在力学概念和力学理论的本身。

四尝试性改革的基本情况

2008-200年的第二学期,在土木1073、1074等两个班级合计75名学生中进行试点。同年级的土木1071、1072等两个班未参加教改,共67人。

基于教考分离的原则,整个土木2007级的材料力学期末考试试卷采用相同的试卷,且采用从试题库中随机抽取的方式。同一年级,同一份试题,同一考试时间,学生考试成绩分布如表1所示。

由表1的成绩分布看,参加教改的班级考试成绩略好于未参加教改的班级考试成绩(土木1073班的情况更好一些,其为单招班)。考试成绩只是一个方面,除此之外,参加教改的学生具有另一优势,即掌握了运用计算机软件进行分析或求解材料力学有关问题的能力,提高了自身的建模能力,并进一步增强了理论联系实际的能力。

五结语

通过对土木2007级的学生进行材料力学教学改革,对比分析最后学生的考核成绩,可以得出结论:教学改革是成功的。诚然,本次教学改革仍存在一些问题,如仍未对材料力学课程的考试方式加以改进;学生毕业后对工程实际处理能力有多大程度的提高有待于验证;改革后的材料力学教学对研究生入学考试成绩的影响也还有待于进一步认证。

参 考 文 献

[1]马崇武,车京兰.对材料力学教学改革的研究[J].高等理科教育,2004,6:76-78.

[2]杜卫.借鉴德国经验,培养高层次应用型人才[N].浙江科技学院学报,2007-09-25(1).

[3]付朝江.应用型本科钢结构课程教学实践与改革探讨[J].福建工程学院学报.2008,6(5):484~486.

[4]李银山.Maple材料力学[M].北京:机械工业出版社,2008.