新工科背景下材料力学课程教学改革与实践

章芳芳

[摘           要]  以新工科为背景，以学院土木工程专业材料力学课程为例，着力于强化学生对土建工程的认知，课堂中结合工程案例丰富教学;着力于深化学生知识点的掌握，加强专业软件运用能力，课堂中引入midas数值仿真技术深化教学;着力于提升学生创新实践的能力，课堂中采用分层次开展实验拓展教学。为迎合新工科需求，培养工程实践和创新能力强的高素质复合型人才，根据教学现状和土木专业设置情况，对材料力学课程进行教学改革与实践。以19级土木专业学生为实践对象，实践证明，教学效果良好，教改措施有效。

[关    键   词]  新工科;材料力学;教学改革;midas;分层次实验

[中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）20-0051-02

一、引言

新工科建设是我国深化工程教育改革的重大行动计划，以适应时代需求。不同于传统工科人才要求，新工科人才需要具备高素质，且工程实践和创新能力强。应用型本科土木工程专业应从基层出发，从各门课程教学改革着手，渗透新工科理念，响应新工科建设，着眼于培养学生的创新精神和实践能力[1-3]。

材料力学是本校应用型本科土木工程专业的学科基础课，兼具理论性和实践性，是新工科建设下的一门重要课程。根据材料力学课程教学现状，结合新工科人才的培养要求，如何对该门课程进行教学改革和实践，创新教学内容和方法，是文章探索研究的关键所在。

二、材料力学课程现状和主要问题

作为应用型普通本科高校，武汉科技大学城市学院土木工程专业建设响应新工科创新人才培养需求，旨在培养应用型技术人才和增强学生的就业创业能力。在制定人才培养方案时，既考虑新工科需求，又考虑学生需求，提出了“A+B”选课模块，不同模块对应的专业必修课和专业选修课有区别。A代表设计模块，适用于今后就业从事设计和考研的学生;B代表施工模块，适用于今后就业从事施工的学生。

材料力学作为土木专业A和B模块学生的专业基础课，以高等数学、大学物理和理论力学作为先修课，面向大二学生，开设在上学期。共64学时，其中理论学时56学时，实验学时8学时。目前，教学中主要存在以下问题：

（一）内容繁多学时有限，新材料体现较少

课程内容包括拉压、扭转、弯曲和剪切四种基本变形下和组合变形的内力、应力和变形计算，压杆失稳及强度理论等。教材章节繁多，且理论学时有限，导致每堂课教学知识点和公式过多，使学生理解掌握有难度。同一教学大纲针对不同模块层次的学生进行教学，教学效果不理想。另外，当前教材对于土建行业中出现的新材料新工艺等前沿内容介绍较少，不能满足新工科背景下工程教育对教学内容的新要求。

（二）与工程实例联系脱节

材料力学研究对象是理想化的杆件模型，需要满足连续性、均质性和各向同性三大基本假定。书本中例题几乎直接为简化后的模型，学生直接照简化模型进行受力分析和计算，并不了解这些简化的力学例题模型是如何从工程实例中转变而来的[4]。教学中若不结合具体工程实例进行模型简化和受力分析，不重视学生对实际工程力学模型抽象化构建过程，将使学生难以将理论联系实际并用于实际，只能一知半解、囫囵吞枣。在今后的其他专业课程设计和毕业设计等實践中遇到工程实例，将无从下手，不符合应用型本科培养学生实践能力和创新意识的目标。

（三）实验类型较单一

目前实验大纲中为基本型实验，包括拉压、扭转、弯曲等典型基本变形构件的力学性能实验，以理论验证性为主，类型较单一，与工程实际有所偏离。且基本型实验原理和操作步骤固定统一，工程实践应用性不强，不具有探索创新性。

（四）教学方法和手段不够灵活

在理论教学中，为提高学生的积极性，教师已逐步采用翻转课堂等现代教学方式，但因理论知识点多且较抽象，学生理解程度不深，学习热情不高。在实验教学中，仍以教师先讲授，学生后动手为主。教师在课堂开始时讲授实验原理、操作步骤和相关注意事项。学生随后分组参照已有实验步骤进行实验，仅部分学生跟着进度动手，实验效果不佳。

因此，为提高学生的学习兴趣，培养学生较强工程实践和创新能力，进行材料力学的教学内容和教学方法改革，势在必行。

三、新工科背景下的教学改革

（一）教学内容改革

为有效利用有限学时，材料力学应根据人才培养方案精简教学内容，避免与先修课程理论力学和后续课程结构力学及钢结构等的教学内容重复。

同时，针对本院土木专业A和B模块学生，应选用不同的教学大纲进行教学，达到分类教学的目的。两个模块均需重点讲解基本变形下和组合变形下的应力应变计算、强度和刚度计算;应力状态和四大强度理论;压杆失稳。A模块内容偏设计方向，应强调各公式推导过程和应用，为今后设计和研究打基础。B模块偏施工方向，则应重点强调各公式的具体应用。

其次，将最新前沿材料力学知识融入教学，保证新增内容的先进性。科技进步迅猛，新型材料不断涌现，例如复合材料和工程塑料等[5]。但目前教材中关于工程中的新材料知识不多，几乎都是介绍常见的低碳钢和铸铁的拉伸和压缩性能。教师可专门制作讲义，将材料力学的前沿内容以图片或视频等形式展现给学生，让学生了解最新发展态势，跟上时代步伐。