對材料力學教材進行適當改革

教育部于2010 年啟動的“卓越工程師教育培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)旨在培養造就大量能為走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，適應經濟社會發展需要且創新能力強的高質量工程技術人才。

　　卓越計劃主要具備如下3 個特點：學校借鑒行業標準制定工程人才培養計劃，企業深度參與人才培養過程，以及實施過程中側重強化培養學生工程與創新能力[4]。該計劃力圖將工科本科生、碩士研究生、博士研究生培養為具備現場處理、設計開發和科學研究等多重工程師能力的后備人才。

　　材料力學是高校本科類工科專業必修的基礎課程，能為后續結構力學、機械設計等專業性更強的課程打下堅實的理論基礎，是卓越計劃人才培養中不可或缺的重要課程。由于材料力學課程知識體系的嚴密性與完備性，很多高校還一直沿用經典教材、傳統教學手段和考核方式開展課程教學，這與當今社會對工程師知識結構的需求存在一定程度的脫節，對該課程的改革迫在眉睫。

　　一、教材建設

　　教材的編寫應該圍繞課程，而課程的設立又應當服務于人才培養�，F今高校采用的材料力學教材種類繁多。一般來說，許多知名院校機械類專業普遍采用劉鴻文主編的教材，土建類則采用孫訓芳主編的教材。由于很多教材普遍存在學術化太強、與實踐脫節、缺乏能力及創新精神培養的不足之處，并不適合于卓越計劃下的人才培養目標，因此，首先需要對材料力學教材進行適當改革。

　　(一)結合工程實際進行內容編排

　　目前，中國很多材料力學教材內容的編排結構基本上沿襲20 世紀50 年代蘇聯模式。由于過分注重學科理論體系的完整性，造成教材學術性太強，與工程實際聯系不夠緊密。卓越計劃下的材料力學教材應密切聯系工程中出現的問題，這也體現了該課程作為專業基礎課專業性的一面。在這方面，美國的材料力學教材編排普遍較好，給予工程中常見問題足夠的重視，將涉及到的理論結合具體問題單獨設章節，強化了學生處理工程實際問題能力，符合工程師人才培養定位，值得借鑒。

　　(二)簡化理論推導，重視結論應用

　　卓越計劃下人才培養的特點首先在于應用型，在材料力學教材知識的推演中，應適當簡化理論推導，側重于結論的應用，多采用能反應相關知識點應用，且符合工程實際的典型例題。通過將生動鮮活的工程實例轉變為簡明扼要的力學模型，再利用相關結論逐步分解求解過程，讓學生準確、熟練的分析、解決各類相關工程問題。

　　(三)培養工程能力，提升創新精神

　　大學教育已經從過去的精英教育轉變為大眾化教育。在這個大環境下，卓越計劃對人才培養提出了新的要求。為了應對人才培養模式的改變，一本好的材料力學教材除了傳授基本理論外，還應重視對學生分析、解決問題能力的培養及創新精神的提升。這種分析、解決問題的能力包括以下兩方面：簡化實際問題，構建力學模型能力及對結果分析、判斷和提升能力。

　　國內大部分材料力學教材在理論推導和建模應用上都非常詳盡，不留下任何疑問。這種知識結構編排的弊端在于分析和解決問題能力訓練不足，導致學生考慮問題過于理想化或遇到復雜情況無從下手。適用于卓越計劃的材料力學教材應以夠用為度，不求面面俱到，具體應用和推論可以作為例題或習題來處理。同時，在例題與習題編寫時應精心設計問題引出，努力開拓學生思路和視野。在求解過程中，通過介紹模型簡化技巧和結果分析方法，提高解決工程實際問題的能力。

　　沒有創新就無法參與競爭，能否培養學生在相關領域開拓和創新精神應作為一部教材是否優秀的評判標準之一。這就要求不僅要讓學生“知其然”，還要“知其所以然”，對于重要內容還應給予學生逆向和多向啟發，靈活運用知識，不因循守舊，敢于創新。除此之外，經典材料力學教材主要局限于傳統材料結構的力學行為分析，而面對當今各種新材料的大量涌現并廣泛應用于現代工程的新形勢力不從心。作為傳統教材知識的引導與補充，應當適當增加一些新型工程材料的力學知識。

　　二、教學方法

　　(一)采用多種教學手段

　　可以采用多種教學手段并用的方式來加深學生對知識的理解。采用多媒體授課形式應該是當前主流教學手段。多媒體教學成功開展有個前提，就是要制作一個能使授課內容在圖像、聲音、配合度等方面完美結合的多媒體課件。這樣的課件能使課程知識變得更加形象生動、容易理解，提高教學效果，但制作起來并非易事，需要花大量的時間、精力以及具備較高的制作技巧。較為理想的做法是將傳統的板書、多媒體及其他各種教學手段結合起來，取長補短，從而提高教學質量。例如，在理論推導時，由于涉及知識點較多，可以采用板書形式。學生跟隨教師在黑板上的推導演繹步伐，理清思路，得到結論。又如，在講到工程實例時，對于簡單的模型可以通過教具形式展示，而當結構較為復雜時，選擇多媒體來演示就更為合適了。另外，考慮到力學仿真軟件在工程計算中使用的廣泛性，講授時也可以將工程實例結果用仿真圖形表示出來，讓學生有更為感性的認識，印象也更為深刻。

　　(二)提高教學互動性

　　知識的傳授是一個系統工程，包括教師的講解以及學生的理解，衡量課堂教學成功與否的關鍵要看學生是否真正掌握了相應知識。在材料力學課堂教學中，除去對知識的準確講解外，還應活躍課堂氣氛，調動學生學習積極性和能動性，增進與學生間的有效交流，營造課堂學習的良好氛圍。例如，針對某些工程實例中的材料力學問題，組織學生進行有準備的分組討論，給學生更多闡述自己觀點和展示自己能力的機會,提高他們的工程師素養。

　　(三)培養學生建模能力

　　教材中的例題很多過于模型化、理想化，缺乏足夠的工程背景。在講授時，可適當交待例題的工程背景，指導學生如何將復雜的工程問題逐步簡化得到所需理論模型，進而結合材料力學相關知識求解。這種簡化建模能力也是卓越計劃下培養的人才所應具備的基本技能，在教學中應當重視對學生這方面能力的培養。

　　三、考核方式

　　現行材料力學考核方式主要采用對學生平時打分、實驗成績、期末考試3 方面按照一定比例綜合而成。期末考試在其中占的比重最大，由于高校擴招導致生源質量參差不齊，期末考試的難度也一降再降，導致很多試題直接套用公式即可解決。造成的后果是部分學生平時對待課程非常松懈，認為只要在考前突擊復習一兩周，把公式、結論記住就能高枕無憂了，完全不顧知識點的工程應用背景。這種考核方式無法真實反映學生對材料力學的掌握程度，更與卓越計劃強調培養學生掌握解決工程實際問題能力的人才培養目標相去甚遠，必須進行改革。

　　卓越計劃下的材料力學課程考核重點應當是考核學生綜合能力，而不僅僅是簡單的考核對知識的理解程度。就平時打分環節而言，可以嘗試采用多樣化的考核形式。例如，可以從課堂教學中的交流、探討來考核學生的掌握情況;也可以通過布置工程具體問題，從學生的大作業或小論文完成情況考察學習情況。在做實驗部分的考核時，除了要求學生完成常規的拉壓、扭轉、彎曲等驗證性實驗之外，還可增設一些工程背景較強的開放性、創新性實驗。學生通過自行設計實驗方案，獨立完成實驗操作及對實驗數據的整理分析后，既能更好的掌握相關材料力學知識，也能促進其工程實踐能力提升及創新精神培養。當然，期末考試也是必不可少的考核環節，但在試卷中應當盡可能多出一些利用材料力學基本概念、基本理論和基本方法解決問題的綜合性和啟發性試題。