基于卓越工程师教育培养计划的材料力学课程改革方案

摘要：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。以东北电力大学“卓越工程师教育培养计划”试点专业开设的材料力学课程为背景，开展了教学改革的内容和具体措施的论证与实践，就教育理念、教学方法、考核方式以及新的教学手段等方面进行了分析与总结，取得了较好的阶段性成果，为培养更多高素质的卓越工程师后备人才提供了课程改革的有益经验。

关键词：卓越工程师；材料力学；改革方案

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0102-02

据报道，截至2013年底我国开设工科专业的本科高校1047所，占本科高校总数的91.5%；高等工程教育的本科在校生达到452.3万人，占高校本科在校生规模的32%。当前我国高等工程教育的目标是培养社会需要的高级工程技术人才，但是现阶段的教育模式并不能满足社会发展所急需要的专业技术人才，随着城镇化建设进程的加速，在今后很长时期内，工程建设领域对创新型高素质工程技术人才的需求将日益迫切。[1]教育部2010年6月正式启动的“卓越工程师教育培养计划”旨在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的各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。然而在实践过程中，高校除了面临着更新教学理念、提高教师能力、增加教育投入、加强学风考风建设等诸多问题之外，课程建设同样面临着配套改革的艰巨任务。

由于材料力学课程作为土木工程、输电工程、给排水、工程管理、热能动力、建筑环境、机械等相关专业的重要专业基础课，因此其课程体系、教学内容与教学方法能否适应卓越工程师教育培养计划要求对于后续专业课的开展具有深远影响。本文以东北电力大学“卓越工程师教育培养计划”试点专业开设的材料力学课程为背景，就教学改革的内容和具体措施开展研讨，旨在探索材料力学课程在卓越工程师教育培养过程中的改革途径，提高教学质量。

一、课程特点及改革的必要性

材料力学课程是一门与工程实际紧密联系的内容体系成熟的经典课程，具有较强的理论性、逻辑性和系统性。课程以杆件的变形破坏分析为主，要求学生掌握杆件的内力、应力和变形的分析研究方法，能对杆件进行合理的强度、刚度和稳定性设计。同时材料力学也是一门与工程实际紧密联系的课程，有助于培养学生科学的思维方式和分析解决工程实际问题的能力。要求学生具备良好的高等数学基础、大学物理基础和理论力学基础，还要求学生具有良好的科学素质和动手能力。在系统地理解基本概念和基本理论的基础上，需要足够的复习时间并完成一定量的作业题，同时结合课程内容设计相应的实践环节。

传统的课程模式注重的是讲授知识，教学偏向学术化、对授课效果和学生掌握程度的考量主要以卷面成绩为主要手段，而对学生工程实践环节学习效果的评价多以考查方式进行。同时教师多是毕业后直接进入高校工作，工程背景不足且缺少深入施工现场的机会和时间，使得教师的课堂教学难以结合工程实例进行。因此造成多数教师和学生对实践环节缺乏足够的重视，经常流于形式。

“卓越工程师教育培养计划”的重要内容之一是强化学生的工程能力与创新能力，因此，传统的课程模式严重影响了卓越工程师教育培养计划的实施效果。为了适应卓越工程师教育培养计划的实施需要，材料力学课程必须从理念、内容、方法等各方面进行相应的改革，必须借助计算机等新技术手段及成果，强化学生的实践能力、设计能力和创新能力培养，探索新的教学改革途径。

二、课程改革途径探索

1.确立“以学生为本”的现代教育理念

鉴于材料力学课程理论性较强，采用传统以教师为中心的教学方法容易产生“枯燥、难懂、不生动”的不良效果。学生长期处于被动接受的状态就会直接或间接扼制创新能力的发展。要在教学过程中充分发挥学生的主动性，必须树立“以学生为本”、“以学生为中心”的理念。教学应以培养学生、发展学生为目的。教师以最专业化、最佳的服务促进学生最大限度的发展，才能体现教师劳动的最大社会价值。应以充分发挥教师的主导作用，突出学生主体地位，体现因材施教、个性培养和鼓励创新的教学思想来指导教学改革。

2.设定合理的课程结构

按照卓越工程师教育培养计划的目标要求，我校“卓越班”的材料力学课程最多安排84学时，其中理论学时72学时，实验12学时；制订了针对不同专业卓越工程师教育培养计划的教学大纲；开设讨论课和综合课，培养学生全局思路和解决方法，引入教学楼、电厂厂房设计等工程实例，引导学生的工程思维。实验教学中增设了综合性、设计性、创新性内容，对培养学生的动手能力、科学研究能力、观察能力、创新能力起到重要作用。安排如桁架设计等小型综合性作业，运用载荷计算、应力分析、截面尺寸设计、变形及稳定性分析等材料力学知识提高学生的综合能力。

3.整合及精简教学内容

根据工程需求整合教学内容及结构。将课程中一些繁琐的理论推导进行部分删减，如惯性积的转轴公式、畸变能公式。内容顺序进行适当调整，如将轴向拉压变形、扭转变形及弯曲变形的超静定问题归纳到一起讲解，优化课程结构。在缩减课时的同时突出了重点。

根据具体授课对象选择教材及授课内容。结合本校实际，调查各开课专业对材料力学内容的职业需求，以及后继课程的需要，进一步精选传统内容，拓宽基础内容，为引入当代前沿技术开设窗口与接口，并进一步强化基本知识、基本理论与基本方法对于卓越工程师人才培养的重要性。

根据最新科技发展对材料力学课程的要求及卓越工程师教育培养计划需要，及时充实新的教学内容。组合出单元式的课程内容模块，形成按需选用的开放式课程体系。

4.强化工程能力的培养

（1）强化工程应用能力的实践训练。以基础性、综合性、设计性实验为主体，将实验内容进行模块化整合。开展“创新性”实验教学活动，提高学生的综合能力和素质。综合性实验培养学生具有良好的团队精神；设计性的实验锻炼学生自主设计方案解决工程实际问题的能力；创新性实验则由学生提出课题，在教师指导下进行，旨在提高学生的动手能力、分析问题及解决问题的能力。

（2）强化工程创新能力的实战训练。围绕“能力”与“创新”，要求学生积极参加大学生创新活动计划项目及国家或省市技能竞赛，接受创新意识和工程能力的训练。让学生学会找出问题、分析问题和解决问题的方法。[2]与材料力学课程直接相关的竞赛（如结构设计竞赛、机械设计竞赛、大学生力学竞赛等各种大学生科技竞赛）可以作为实施卓越工程师教育培养计划的重要实践平台。以2013年吉林省高校联合举办的结构设计竞赛中，学生根据所学的力学知识查阅桁架结构的设计资料，从结构构件的受力特点出发对构件的结构形式、截面选择及节点的受力分析做了大量的工作，设计出了多种高跷方案，并取得了良好的竞赛成绩，让所学知识能够学以致用，通过实战培养了学生的工程创新能力。

（3）强化综合应用能力的先导性训练。材料力学课程是多专业共享的一门重要专业基础课。在许多相关专业中，结合工程实际问题的毕业设计选题都会涉及到材料力学知识的综合运用，如对火力发电厂主厂房建筑物的结构选型、对结构中的梁、柱的结构计算均要用到材料力学知识。因此，在课程教学期间提前组织先导性训练，结合毕业设计题目需求进行适当内容的铺垫能够激发学生的学习兴趣，同时还能促进学生理论与实际的结合，使学生学以致用。

5.改革考试、考核方法

科学的考试制度有助于良好教风、学风的形成，有利于教学质量的稳步提升。“卓越班”的考核既要考查学生掌握知识的情况，更重要的要考查学生运用知识解决实际问题的能力和认知创造能力。以考核来引导学生不拘泥于书本，不迷信权威、独立思考、大胆探索的精神。

实践中，采取分解考核项目，加大平时考核力度，笔试和面试相结合的形式，增加学生课堂上的参与意识，注重学生综合能力的培养。加大平时成绩在总成绩中所占的比例，将实验成绩记入到学生的考试总成绩中。安排有兴趣的同学参与教学课件制作及课堂教学评价来提高学生的学习积极性。对于参加与相关的竞赛取得好成绩的学生，按照一定的比例计入学生的平时成绩或替代实践成绩，取得了满意的考核效果。

6.积极运用现代化教学手段，探索新的教育模式

由麻省理工学院和哈佛大学发起的慕课（MOOCs）是新近涌现出来的一种在线课程开发模式，具有时间空间灵活、使用客观、自动化的线上学习评价系统，运用大型开放式网络处理学生的互动和回应，学生自我管理学习进度、自动批改、相互批改、小组合作等，保证教学互动、全天候开放等优势，为学生提供了更大的选择权。但“慕课”的出现对授课教师也带来了更为严峻的挑战，教师需要更快地提高自己的教育技能。总体来看，“慕课”的出现为卓越工程师教育培养计划的实施提供了更广阔的空间，“慕课”良好的教育资源与培养工程技术人才所需要的实践环节有机结合，必将为材料力学课程改革注入新的生机与活力。

三、结束语

卓越工程师教育培养计划的主要目标是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。本文提出的基于卓越工程师教育培养计划的材料力学课程改革方案，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。东北电力大学材料力学课程2005年荣获吉林省优秀课程称号，2007年被评为吉林省省级精品课程。但新的课程体系还需要经过更多的实践和验证，今后还将继续更新和完善，以培养更多高素质的卓越工程师后备人才。

参考文献：

[1]牛军宜，郭声波，徐福卫.“卓越工程师计划”下土木工程专业教学改革的探索[J].科教文汇，2014，（1）.

[2]马剑，潘志宏，王飞.基于结构设计竞赛的土木工程卓越工程师素质培养研究[J].时代教育，2013，（13）.