新工科背景下材料力學教學的守正與創新

郎林，李海凌，王亦恩

（西華大學 建筑與土木工程學院，四川成都 610039）

隨著時代的發展和產業的變革，工程教育面臨著新的挑戰和機遇。為了適應社會需求和工程實踐，我國提出了新工科建設的重大行動計劃，旨在深化工程教育改革，培養具有創新精神和能力的復合型工程人才。材料力學是工程類專業的重要基礎課程，對于培養學生的工程實踐和創新能力發揮著重要作用。然而，傳統的材料力學教學存在一些問題，如教學內容過于理論化、教學方法單一化、實驗教學缺乏探索性和創新性，并且與工程實例聯系脫節等，不符合新工科人才培養的要求。為了深化本科教育教學改革，全面提高人才培養質量[1]，促進復合型人才培養，我國于2016 年首次提出新工科建設，在“復旦共識”“天大行動”等一系列教育研討下，形成了新工科教育理念，這是滿足國家需要和時代發展需求的重要舉措，也是對高校教師的新要求和新挑戰。隨后，以培養德智體美勞全面發展型人才為導向，為更好契合當前本科教育教學改革方向，教育部于2019年發布了《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》，提出深化教育制度改革，嚴格教育教學管理，落實“以本為本、四個回歸”的要求，勇于創新，注重實效[1]。

材料力學是以固體力學為核心的一個分支科目，是土木工程和機械工程以及相關專業學生必須修讀的課程，而且是注重實踐應用的一門學科。在新工科和“以本為本、四個回歸”的背景下，高校應注重人才培養的需求和專業特色。守正與創新是材料力學課程教學改革的兩個重要方面，它們相輔相成，不可偏廢。守正是指堅持材料力學的基本理論和方法，保證基本教學質量和水平，培養學生的專業基礎和工程素養；創新是指根據新工科的人才培養目標和社會需求，對教學內容、方法、形式、手段等進行改革和優化，培養學生的創新意識和能力。守正與創新要結合材料力學的特點和發展趨勢，以學生為中心，以教學效果為導向，以實踐為基礎，以創新為動力，實現材料力學課程教學改革的目標。

1 材料力學課程教學要守正

1.1 課程定位要守正

材料力學在高等院校是一門為工科類專業奠定基本力學理論的基礎課程，大學物理和高等數學是該課程的先修課，也是學生繼理論力學之后的又一門基礎性力學課程。

材料力學課程以固體力學為核心，主要研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力和導致各種材料破壞的極限，并為結構合理設計提供強度、剛度和穩定性方面的理論依據；使學生了解各類受力桿件的受力特點及變形特征，以及各種力學參數的物理意義和它們之間的聯系，分析內在因素和外在條件對其的影響。

由于材料力學課程內容較為抽象，教師在講授相關基本概念、原理、公式和計算方法時，要挖掘教材內容，注重理論與實踐結合，引入工程案例和實驗數據，讓學生了解材料力學的工程應用和科學規律，同時還要遵循教學大綱和教學計劃，保證教學內容的完整性和系統性，培養學生的專業基礎和工程素養[2]。

1.2 基本理論要守正

目前，教學課時不斷縮減，而材料力學又是一門為設計工程實際構件提供必要理論基礎的重要技術基礎課，不能因為課時縮減而忽略基本的力學理論，要遵循材料力學的基本原理和方法，保證教學內容的系統性和完整性[3]。教師應突出材料力學的基本概念、原理和方法，使學生掌握材料力學的基礎知識和技能，為后續課程和工程實踐打下堅實的力學基礎。教師在授課時還要注重材料力學教學內容的系統性和邏輯性，按照從簡單到復雜、從靜力到動力、從線彈性到非線彈性、從單軸到多軸的順序，安排教學內容，使學生能夠循序漸進地理解和掌握材料力學的基本理論。教師不僅要講授的基本知識，也要讓學生更加了解材料力學理論的變化脈絡，夯實材料力學的基礎能力。

1.3 基本方法要守正

材料力學為工科經典專業基礎課程，經過力學學者的梳理、研討和提煉，已形成了我國特有的力學體系風格的材料力學求解方法。材料力學中的構件以固體為主，為了能更好地對構件進行分析和計算，提出了變形固體基本假設；而材料力學中桿件在外力作用下的變形又是多樣的，因此，根據其變形特征和形式，又分為4 種桿件變形的基本假設。為了方便計算，對材料力學求解方法進行發掘，材料力學的基本求解方式也變化出各種方式，形成一題多解的局面，如求解桿件內力有截面平衡法和力系簡化法等，判斷扭矩正負有右手定則，求解桿件彎矩有方程疊加解法和描點繪圖法等。

教師還要遵循材料力學的教學規律，根據材料力學的特點和難點，選擇合適的解題方法，按照導入、講解、練習、總結等步驟將基本求解知識講到位。這樣安排教學活動，能夠使教學過程具有明確的目標、合理的結構和豐富的內容，激發學生的學習興趣和學習動機，使教學方法與教學內容相適應，讓學生打下堅實的力學基礎，從而取得良好的教學效果。

1.4 教學價值觀要守正

首先，教師要樹立以人為本的教學理念，把學生全面發展和終身發展作為教學的根本目標，尊重學生的個性和差異，關注學生的需求和感受，促進學生主動學習和自主發展。

其次，教師要樹立以社會主義核心價值觀為導向的教學理念，引入工程教育案例，激發學生的安全意識，增強其在工程中應用材料力學的嚴謹態度。要堅持以教師為主導、以學生為中心、以社會為導向的教學原則，把思想政治教育貫穿人才培養全過程，把課程思政建設作為關鍵環節，形成“立德樹人”工作格局[4]。

最后，教師要樹立以合作為基礎的教學理念，把建立良好的師生關系和同伴關系作為教學的重要條件，倡導教師和學生在教學中溝通和交流，分享教學經驗和資源，協作解決問題和困難，共同促進教學的發展。

2 材料力學課程教學要創新

2.1 教學內容要創新

目前，材料力學教學內容相對陳舊，而且大學中材料力學課程的教學內容與課程體系大部分還是以特定的材料力學教材為主要的授課載體。隨著工程行業的不斷發展，該領域不斷涌現出新技術、新科學、新材料和新工藝，材料力學的教學內容、課程體系缺乏系統性和嚴密性，學生對課程缺少學習興趣，難以適應新工科建設要求[5]。

根據上述分析，在新工科背景下，教師要根據力學前沿發展更新教學內容，將力學前沿知識引入，結合各專業的特點，引入工程案例。這樣可以拓寬學生的視野和思維，激發學生的興趣和創造力，使其更有效地汲取到與本專業有密切關系的前沿知識[6]。例如，針對巖土工程專業的學生，可以將新的地下空間工程的力學設計分析通過案例的方式引入；針對風景園林規劃工程專業的學生，可以引入新型規劃設計理念和案例的創新設計分析；對于建筑工程專業的學生，增加裝配式建筑結構構件的新材料、新技術相關內容；還可以介紹復合材料、工程塑料等新型材料的力學性能和應用，并結合港珠澳大橋、北京大興國際機場等工程案例進行分析。

2.2 教學方法要創新

教師在組織材料力學的課堂教學時，要根據學生的先修知識和專業背景合理安排教學進度和難度。教師應注重基本概念和方法的講解，對于知識的講解，可以同時采用多種教學方法，如板書、PPT、視頻和教學儀器等。在教學中，材料力學的力學概念比較抽象，需要學生具有一定的空間想象能力和理解能力，如材料力學中桿截面的應力集中概念，教師可以通過仿真軟件設置建模、增加邊界條件、力學條件等，模擬桿件的應力分布情況，讓學生更加直觀地感受到其含義，降低學生學習和理解的門檻，增強了教學的形象性和生動性，更好地培養學生的學習興趣和主動性[7]。

教師要將課堂、實驗與工程現場相結合，讓學生到實驗室實際操作，利用實驗讓學生了解構件約束情況、變形情況和穩定性情況等，也可以利用仿真模擬實驗加以印證，讓學生更直觀地看到其內部變化與應變關系[8-9]。教師還可以組織學生到工程現場觀摩，實際觀察，體現產教結合一體化思想。

2.3 實驗教學要創新

目前，本科生的材料力學實驗固守陳規，缺乏創新性，對學生的吸引力不高，缺乏創新性。因此，教師在設計材料力學的實驗教學時，要根據不同層次和模塊學生的實驗能力和創新能力設計不同難度和層次的實驗項目，如基礎實驗、綜合實驗、創新實驗等[10]?；A實驗主要是讓學生掌握材料力學的基本原理和方法，如材料的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等實驗，讓學生了解材料的應力應變關系、彈性模量、屈服強度等力學參數。綜合實驗主要是讓學生運用材料力學的知識和技能解決工程問題，如材料的疲勞、蠕變、斷裂等實驗，讓學生了解材料在復雜載荷下的變形和破壞機理[11]。創新實驗主要是讓學生發揮創造力和想象力，設計和實現自己的實驗方案，如材料的智能化、功能化、復合化等實驗，讓學生了解材料的新特性和新應用。

教師在組織材料力學的實驗教學時，要根據不同類型的實驗項目采用不同的教學方法和評價方式。對于基礎實驗，教師要注重講解實驗原理和方法，指導學生正確操作儀器設備，規范記錄實驗數據，撰寫實驗報告；對于綜合實驗，教師要注重引導學生分析實驗問題和目標，培養學生的工程思維和分析能力，鼓勵學生查閱文獻資料，參考工程案例，提出解決方案；對于創新實驗，教師要注重激發學生的創新意識和能力，支持學生自主選擇實驗主題和內容，提供必要的指導和幫助，評價學生的創新過程和成果[12]。

2.4 考核方法要創新

傳統的材料力學考核方法以閉卷筆試為主，考查學生對于基本概念、原理和方法的掌握程度。這種考核方法雖然有利于檢測學生的基礎知識和技能，但也存在一些缺點，如忽視了學生的應用能力和創新能力，容易導致應試教育和應試學習。

在新工科背景下，教師要根據材料力學課程教學的目標和內容，采用多元化的考核方法，如開卷筆試、作業、實驗報告、課程設計、課堂討論、小組展示等，綜合考查學生的理論水平和實踐能力，激勵學生主動學習和深入學習[13]。對于開卷筆試，教師要注重考查學生對于材料力學基本理論和方法的理解和運用，設計一些工程問題或案例，讓學生分析和解決，考查學生的分析能力和應用能力；對于作業，教師要注重考查學生對于材料力學基本知識和技能的掌握和鞏固，設計一些基礎題或疑難題，讓學生練習和思考，考查學生的計算能力和思維能力；對于實驗報告，教師要注重考查學生對于材料力學實驗原理和方法的掌握和運用，設計一些實驗項目或方案，讓學生操作和記錄，考查學生的實驗能力和撰寫報告能力；對于課程設計，教師要注重考查學生對于材料力學的綜合運用和創新運用，設計一些工程設計或創新設計，讓學生規劃和實現，考查學生的設計能力和創新能力；對于課堂討論，教師要注重考查學生對于材料力學前沿知識和工程應用的了解和探索，設計一些熱點話題或問題，讓學生討論和交流，考查學生的溝通能力和合作能力[14]；對于小組展示，教師要注重考查學生對于材料力學知識的整合和表達展示，設計一些專題報告或案例分析，讓學生匯報和展示，考查學生的整合能力和表達能力[15]。

3 守正與創新的辯證統一

守正與創新是中華民族的優良傳統。中華民族先輩在很久以前就有守正、創新的意識和主張，歷代文獻屢有“守正”“創新”記載，對“守正”“創新”的倡導相承沿用至今。守正與創新是具有馬克思主義哲學內涵的科學范疇[16]，守正即堅守正道，堅持按規律辦事；創新即改變舊的、創造新的，是發展的質變、飛躍形式。守正是創新的前提和基礎，創新是守正的目的和路徑。守正創新是指向未來、創造未來的認識和實踐活動。

材料力學教學改革中守正與創新的辯證統一關系：是指在教學改革中既要堅持材料力學的基本理論和方法，又要適應新工科的要求和發展；既要保持材料力學的傳統特色和優勢，又要引入新的內容和形式；既要遵循材料力學的教學規律和原則，又要進行教學創新和實踐。守正與創新是材料力學教學改革的兩個方面，其相互依存、相互促進、相互制約、相互轉化，不能偏廢。守正與創新要結合材料力學的特點和發展趨勢，以人才培養為目標，以教育質量為標準，以教育改革為動力，在教育理念、教育內容、教育方法、教育評價等方面有機結合。

在教育理念上，要樹立以人為本、以社會為導向、以合作為基礎的教育理念，在促進學生全面發展和終身發展的同時，要注重培養學生的社會責任感和工程倫理觀；在培養學生專業知識和技能的同時，要注重培養學生的創新精神和能力；在促進學生個性發展和自主發展的同時，要注重培養學生的合作意識和能力。

在教育內容上，要根據新工科的人才培養目標和社會需求更新教育內容，在保證教育內容系統性和完整性的同時，要注重教育內容的前沿性和實用性；在保證教育內容基礎性和理論性的同時，要注重教育內容的應用性和創新性。

在教育方法上，要根據材料力學的特點和難點創新教育方法，在保證教育方法規范性和有效性的同時，要注重教育方法的多樣性和靈活性；在保證教育方法傳統性和經典性的同時，要注重教育方法的現代性和創造性。

在教育評價上，要根據材料力學課程教學的目標和內容開展多元化教育評價，在保證教育評價公正性和科學性的同時，要注重教育評價的全面性和發展性；在保證教育評價基礎性和理論性的同時，要注重教育評價的應用性和創新性。

4 結束語

在新工科建設背景和創新人才培養需求下，材料力學課程的教學改革研究從未停歇，筆者認為在教學改革探索中，要牢牢把握住守正與創新這兩個重要原則，在守正的基礎上進行有效的創新，在創新的過程中不斷完善和發展守正。

守正是材料力學教學改革的前提和基礎，是保證課程質量和水平的必要條件，教師應堅持材料力學的基本理論和方法，不斷鞏固和提高學生的力學基礎，培養學生的工程思維和分析能力。創新是材料力學教學改革的動力和目標，是適應社會變化和工程實踐的必然要求，教師應結合工程實踐和社會需求，引入新的內容、教學方法、實驗形式和課程考核，激發學生的學習興趣和創新意識，培養學生的綜合素質和應用能力。守正與創新相輔相成，相互促進，共同推動材料力學教學改革的深入發展，在保證基礎的前提下，不斷探索和嘗試，形成適合本校本專業的教學模式。

總之，材料力學課程教學改革是一項系統工程，需要堅持守正與創新兩個方面有機結合，不斷探索、創新、完善、發展，以適應新工科建設的需要，為培養高素質復合型工程人才做出貢獻。