曲艷東　賈艷東　孔祥清　翟　誠（遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧錦州121001）

卓越計劃下土建類專業(yè)材料力學(xué)教改研究

曲艷東賈艷東孔祥清翟誠
（遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧錦州121001）

材料力學(xué)知識的了解和掌握透徹與否，直接影響普通高校土建類專業(yè)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和解決工程實際問題的能力[1]。長期以來，由于材料力學(xué)課程自身理論性強，內(nèi)容抽象，公式繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。力學(xué)教師從教學(xué)大綱修訂、現(xiàn)代化教學(xué)手段、實驗教學(xué)改革和考試方法調(diào)整等方面對力學(xué)課程進行教學(xué)改革，在一定程度上提高了教學(xué)質(zhì)量。但是，仍然存在互動性不足、知識面狹窄和缺乏新穎性[2]等問題。此外，力學(xué)教師對學(xué)生主動學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)重視程度不高，這使得土建類專業(yè)材料力學(xué)與后續(xù)課程知識銜接性差，嚴重影響學(xué)生工程素質(zhì)和工程實踐能力的培養(yǎng)?！白吭接媱潯痹谌珖拇蠖鄶?shù)工科院校部分專業(yè)（如土建類）的陸續(xù)開展落實，迫切需要力學(xué)教師盡快適應(yīng)高等教育形勢的發(fā)展，強化學(xué)生的學(xué)科交叉意識和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，從傳統(tǒng)的知識傳授為主的教學(xué)方式向注重學(xué)生工程素質(zhì)能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從單純向?qū)W生傳授知識技能向重視培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力的主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

基于此，結(jié)合材料力學(xué)的課程特點和土建類專業(yè)人才培養(yǎng)目標，本文將探討在土建類專業(yè)材料力學(xué)的教學(xué)過程中如何提高學(xué)生的工程素質(zhì)，培養(yǎng)他們的工程實踐能力和工程創(chuàng)新能力，以期為“卓越計劃”培養(yǎng)模式下土建類專業(yè)材料力學(xué)的教育教學(xué)工作提供建議和參考。

一、培養(yǎng)學(xué)生的工程意識

材料力學(xué)源自日常生活和生產(chǎn)實踐。在理論教學(xué)中，力學(xué)教師可以在課堂教學(xué)中通過恰當?shù)匾肴粘Ｉa(chǎn)、生活中的力學(xué)現(xiàn)象，讓學(xué)生認識到其中所蘊含的力學(xué)思想，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。例如，在講授緒論時，把材料力學(xué)發(fā)展史、科學(xué)家傳記和科技新成就等介紹給學(xué)生，讓他們對材料力學(xué)產(chǎn)生興趣。為了增添課程的學(xué)習(xí)魅力，在對部分章節(jié)進行講授時，可以穿插典型工程和生活實例。例如，在講解扭轉(zhuǎn)部分時，可列舉一些工程實例，如機器傳動軸，鉆桿，水電站機組中機動軸，船舶螺旋槳軸。通過這些具體的工程圖片可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課后，學(xué)生通過自建扭轉(zhuǎn)模型，施加扭矩，并繪出T圖、計算最大剪應(yīng)力τmax和扭轉(zhuǎn)角Ф。在講授彎曲部分時，可以引入生活中的實例。例如，自然界中樹木需要承受不同方向的風(fēng)力，形成合理的截面——圓形以適應(yīng)懸臂梁的彎矩。通過引入教室屋頂上的矩形鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)，為何選擇矩形截面且不是扁放而是立放，為何不選擇圓截面和正方型截面等，加深學(xué)生對梁的合理設(shè)計內(nèi)容的理解。在講授連接件的實用計算時，力學(xué)教材往往只給出計算簡圖，因此，我們可以給出實際工程和日常生活中各種連接件的具體工程實例圖，并指出各種連接件是用來連接何種結(jié)構(gòu)方式，以此增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？傊诓牧狭W(xué)課堂教學(xué)過程中，力學(xué)教師通過引入恰當?shù)墓こ虒嵗蜕顚嵗?，使學(xué)生帶著好奇心進行學(xué)習(xí)，對所學(xué)的力學(xué)知識具有較強的感性認識，提高學(xué)生對力學(xué)知識的理解程度，在被動接受和主動思考的過程中培養(yǎng)了他們的工程意識，起到了事半功倍的效果。

二、培養(yǎng)學(xué)生的工程計算能力

培養(yǎng)學(xué)生材料力學(xué)的工程計算能力主要涉及建立力學(xué)模型、合理選擇計算方法，計算程序開發(fā)和商業(yè)數(shù)值計算軟件使用三個方面。縱觀材料力學(xué)教材，雖然品種繁多，但是均立足于手工計算，解題依賴技巧，只能瞬時分析而沒有過程分析。而對力學(xué)系統(tǒng)的瞬時分析不能滿足后續(xù)課程的需要——課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。隨著商業(yè)計算軟件的不斷完善和應(yīng)用，材料力學(xué)的教學(xué)重點不應(yīng)過度強調(diào)復(fù)雜的計算過程和計算方法，而是應(yīng)著眼于如何培養(yǎng)學(xué)生較強的工程實際問題的力學(xué)建模能力[3]。因此，應(yīng)該研究和完善地方高校土建類專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點和難點，并結(jié)合后續(xù)課程(如《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《土木工程材料》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》和《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)原理》)的教學(xué)內(nèi)容，通過引入仿真模擬軟件如ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA和SAP等數(shù)值計算商業(yè)軟件，并對幾種典型的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行數(shù)值分析，以提高學(xué)生的計算工程能力。

三、培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力

工程實踐能力是指要具備在科學(xué)研究、工程運行、生產(chǎn)勞動、經(jīng)營管理、文化生活等方面的實際工作中，將所學(xué)理論知識與實際工作相結(jié)合的動手、動腦能力[4]。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，可將實驗室和教師科研項目面向本科生開放，充分利用第二課堂將實踐教學(xué)延伸。以科研項目和科技競賽活動等工程活動為載體，通過系統(tǒng)性、綜合性的科研實踐，來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法。此外，我校還嘗試將大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動納入到正常的實踐教學(xué)之中，結(jié)合國家和遼寧省“挑戰(zhàn)杯”競賽，全國大學(xué)生混凝土材料設(shè)計大賽，遼寧省高校本科大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽，校大學(xué)生力學(xué)應(yīng)用能力競賽等科技創(chuàng)新活動，建立課外實踐教學(xué)平臺，將創(chuàng)新活動賽事，教師科研活動等問題作為創(chuàng)新活動內(nèi)容，鍛煉學(xué)生綜合運用力學(xué)知識的能力。

四、培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

（一）加強實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

除配合理論教學(xué)以外，材料力學(xué)實驗教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和團隊協(xié)作能力。如材料力學(xué)性能測定實驗，首先通過計算機模擬有關(guān)實驗過程，并開放實驗室，讓學(xué)生能利用課外時間熟悉各種儀器設(shè)備及相關(guān)實驗程序，再進行上機操作。還可以利用材料力學(xué)實驗課來培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。如材料力學(xué)中有關(guān)金屬材料力系性能的測定實驗，首先利用商業(yè)有限元軟件模擬具體的實驗過程，并開放實驗室，先讓學(xué)生熟悉實驗設(shè)備和實驗程序，再上機操作。學(xué)生可分成若干小組，相互配合和協(xié)作，自行設(shè)計實驗方案，使所學(xué)的力學(xué)知識的應(yīng)用范圍得以擴大。除常規(guī)的材料力學(xué)實驗教學(xué)外，圍繞著如何提高學(xué)生的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，力學(xué)教師還可靈活使用各種教學(xué)方法，充分利用校內(nèi)外資源開展各種工程實踐活動。此外，可以讓學(xué)生參與一些與工程實踐相結(jié)合的實驗項目，例如各種大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、開發(fā)實用軟件、軟件設(shè)計競賽、參與科研課題等。這樣不僅可以培養(yǎng)學(xué)生工程意識，還可提高他們分析和解決問題的能力。借助計算機輔助工程技術(shù)、虛擬儀器開發(fā)技術(shù)和多媒體技術(shù)，設(shè)計材料力學(xué)課程仿真試驗系統(tǒng)等來提高材料力學(xué)實驗的教學(xué)層次和教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)他們的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

（二）學(xué)研結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

研究性教學(xué)具有明顯的開放性，學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)途徑各具特色，在這種開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神尤為重要。為了提高材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識，教師可以嘗試采用研究性教學(xué)方法，通過組建研究性小組，開展科研訓(xùn)練，小型研討課，指導(dǎo)性設(shè)計等方式，使學(xué)生從理解和接受式的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿餍院脱芯渴降淖灾鲗W(xué)習(xí)，擴大學(xué)生的知識面，激發(fā)他們的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研能力。幾乎所有材料力學(xué)教材都以金屬材料，尤其是低碳鋼和鑄鐵為研究對象，研究“拉、壓、彎、剪、扭”及組合變形等材料力學(xué)性能，對其它材料涉及得不多。而學(xué)生對日常生活中的材料的力學(xué)性能比較感興趣，因此，可以組織學(xué)生開展其它金屬材料、紙質(zhì)材料，玻璃材料和混凝土材料的力學(xué)性能研究。通過引導(dǎo)性教學(xué)，啟發(fā)他們自己思考、研究，增強實驗的研究性。結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性及優(yōu)化設(shè)計等問題，鼓勵學(xué)生自行設(shè)計實驗方案、開展創(chuàng)新研究。將所取得的研究成果推廣應(yīng)用于其它工科專業(yè)材料力學(xué)課程的教學(xué)實踐，使教學(xué)水平進一步提高。

綜上，現(xiàn)行普通地方高校土建類專業(yè)的材料力學(xué)課程嚴重影響力學(xué)教師教學(xué)的積極性和學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。為了盡快適應(yīng)我國高等教育形勢的發(fā)展，強化學(xué)生的學(xué)科交叉意識和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，本文探討在土建類專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)中，如何強化學(xué)生的工程意識，提高學(xué)生的工程素質(zhì)。近三年的教學(xué)實踐表明，通過對材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生的基本素質(zhì)、基本知識、基本能力和基本技能，培養(yǎng)了他們分析、解決實際工程問題的能力。

[1]曲艷東，郭鵬飛，賈艷東，等.工程類專業(yè)力學(xué)教育與工程師培養(yǎng)[J].中國電力教育,2011(8):36.

[2]朱云輝，張茂雨，李博.基于工程化思想的土建類專業(yè)材料力學(xué)課程改革研究[J].高等建筑教育,2014 (23):50.

[3]徐鵬，謝占魁，王復(fù)興，等.材料力學(xué)教學(xué)中加強力學(xué)建模能力的探索與實踐[J].力學(xué)與實踐,2014(36):226.

[4]郝永梅，葛秀坤，邵輝，等.地方高校工科學(xué)生工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑[J].常州大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2011(2):113.

（責(zé)任編輯鄭艷鳳）

G642.0文獻標識碼：A

1672-8254（2016）04-0149-02

2015-10-17

遼寧省大學(xué)生實踐教育基地（工程實踐教育中心）建設(shè)項目“遼寧工業(yè)大學(xué)—錦州市市政工程總公司工程實踐教育中心”(項目編號：11，批準號：遼教發(fā)[2013]126號）的研究成果

曲艷東（1978—），男，博士，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院副教授，從事爆炸力學(xué)、爆炸加工和爆炸安全方面的教學(xué)與研究；賈艷東（1969—），男，碩士，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院教授，從事混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)方面的教學(xué)與研究；孔祥清（1982—），女，博士，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院副教授，從事應(yīng)用實驗力學(xué)方面的教學(xué)與研究；翟誠（1981—），男，博士研究生，遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院講師，從事巖土力學(xué)方面的教學(xué)與研究。