基于专业认证及缩减课时背景下的《材料力学》课程教学研究

【摘 要】工程教育专业认证是深化高校工程教育改革和质量保证体系建设的重要举措，缩减课程学时数是学生减负和发挥学习主体能动性的必然选择。《材料力学》是岩土工程专业的核心课程，本文针对其课程目标、主要内容、教学方法和课程考核进行了研究，以期用较少的课时教学活动达成工程教育专业认证的要求。

【关键词】材料力学;工程教育認证;教学改革;岩土工程

Abstract：Engineering education professional certification is an important measure to deepen the reform of engineering education in universities and the construction of the quality assurance system. Reducing the number of course hours is an inevitable choice for students to reduce the burden and give full play to the initiative of the learning body. Material mechanics is the core course of geotechnical engineering. This article studies its course objectives，teaching content，teaching methods and course assessment methods，in order to achieve the requirements of engineering education professional certification with less teaching activities.

Key words：material mechanics;engineering education certification;teaching reform，Geotechnical Engineering

在《高等数学》、《大学物理》、《理论力学》等相关前期课程的学习基础上，一般的工科本科专业都需进行《材料力学》课程学习。材料力学更是土木工程专业一门重要的专业技术基础课，它是后期结构工程专业学习《结构力学》，岩土工程专业学习《土力学》的重要基础课程，也是后期《载荷设计》、《钢筋混凝土结构设计原理》等课程学习的重要理论依据，因此必须对《材料力学》进行严格的教与学。但在减负减学时前提下，如何保证该门课程的教学质量及课程目标能较好的满足岩土工程专业培养目标要求，是个值得深入探究的课题。本文在学习相关课题研究成果的基础上[1，2，3]，参考《工程教育专业认证通用标准（2018版）》要求，结合我校岩土工程专业人才定位、以及《材料力学》教学体会对该问题加以简单探讨。

1、岩土工程专业的《材料力学》课程目标探讨

工程教育认证倡导“以学生为中心，以人才培养目标为导向，持续改进为目的”的教育理念，既以学生全体为对象，以毕业生应具备的各项工程实践能力为目标，用以组织各项教育教学活动，并加以不断持续改进。它是毕业生走上工作岗位后，能够很快成为解决工程实践问题的专家的教育保证。我校岩土工程专业的人才培养目标是一线土木工程师，进而研究确定了该类人才应具备的能力构成，进一步通过专家访谈、结合用人单位意见、学院学术委员会意见和授课教师意见，最终确定了我校岩土工程专业毕业生应具备的能力指标点体系，其中《材料力学》对应四个毕业要求的指标点，因此也就确定了《材料力学》有以下四个课程目标：课程目标1：提高学生对高等数学、大学物理、理论力学等课程相关内容的理解和应用水平，掌握材料力学的基本理论和方法，能够分析、解决一些简单的土木工程实际问题，如构件的强刚度计算，压杆的稳定性计算。课程目标2：对于具体的土木工程构件，要求学生能够应用物理、数学知识和材料力学原理，如几何模型的抽象，约束的简化，载荷的简化;又如原始尺寸法、平面假设、强度理论的应用，以准确表达构件变形形式。课程目标3：能够基于材料力学的基本原理，如材料的力学性能，变形类型及相应的内力分布特点，应力分析和强度理论等，分析复杂工程构件问题的解决方案。课程目标4：熟悉万能试验机的功能，初步领会其工作原理，掌握其操作流程、应变片粘贴和连接、应变仪的使用，确定验证材料力学相关理论正确性的试验方案，搭建实验，领会实验流程并操作仪器，采集数据，形成报告。

2、《材料力学》的教学内容及课时探讨

作为一门独立的学科课程，必然具有其独特的学科价值，也必承担着推动学科自身发展的使命;作为一门专业基础课，其又承担着承上启下、特别是启下的课程作用。在国家加大大学办学自主权的宏观形势下，以教育部学科高指委颁布的《材料力学本科教学大纲》为蓝本，各高校可以根据自身办学定位，制定符合本校专业人才培养目标的合理教学内容，关于合理的课程体系及教学内容的探讨从未停息[4]，在此认为，一本院校合理的教学内容应该是在基本保留《材料力学》自身学科价值的同时，更要能体现作为专业培养课程体系一环的专业基础价值，方能达成人才培养目标所规定的《材料力学》课程目标，所以合理的教学内容和课时主要是由这两方面决定。

2.1《材料力学》的学科价值

法国人纳维埃于1826年出版了一部以《材料力学》命名的著作，该著作明确以杆件的强度、刚度为研究对象，应用其他学科从未用过的研究方法，既从几何关系、物理关系及静力关系三方面协同解决变形体的力学问题，从而将人类对该问题的认识从文艺复兴之前的经验主义泥潭中带了出来，同时也一举奠定了《材料力学》的作为固体力学鼻祖学科的学科地位。即使是现代的固体力学，如弹性力学，弹塑性力学，甚至是有限元技术等，所运用的主要力学理论研究方法仍然是这三个层次，只是上升为平衡、几何偏微分方程及本构关系。

2.2《材料力学》对岩土工程专业的价值

虽然《材料力学》中基本变形的理论成果都是基于平面假设得到的，属于一门实用学科，但其概念明确，理论结果简单，应用起来自然方便。岩土工程专业课程体系涉猎广泛，对力学基础要求相对较高，《材料力学》的内容及特点可以较好满足本科生较快进入专业学习。如内力图的快速绘制是学习《结构力学》及《房屋建筑学》等课程的基本功，熟悉材料的力学性能是计算结构极限载荷的基础，应力分析及强度理论是《土力学》分析承载力及稳定性的重要理论依据，剪切与挤压是基础设计及结构连接强度计算的基础，材料力学中得到的内力分布规律是学习《载荷设计》及《钢筋混凝土结构设计原理》等课程的重要理论基础，总之，《材料力学》在岩土工程专业中的作用可以说是无处不在。

2.3合理的教学内容与课时探讨

由上述讨论可见，学生通过该门课程的学习，不仅要会对杆件进行刚度、强度、稳定性计算，还需对材料的力学性质，点的应力状态和强度理论有较为深刻理解;其次，鉴于岩土工程专业的《结构力学》中，力法重点是莫尔积分法，而对非线性材料只能使用单位力法，可原力系作用下的微变形位移需随时推导，再者《结构力学》研究对象绝大部分限制于杆件，所以能量法中，对于非线性材料的一般构件（不一定是杆件），显然内力直接求偏导的卡氏定理用着更为方便，所以卡氏定理需要讲;最后，建筑构件中承压情况很多，所以欧拉公式也需讲授。鉴于《材料力学》为岩土工程专业核心课程，其课时为优先满足课程，所以合理的教学内容及课时为：轴心拉伸（压缩）变形及材料性能（8h），扭转变形（6h），彎曲变形（14h），剪切和挤压变形（2h），应力分析理论（4h），强度理论（2h），组合变形（6h），压杆稳定（3h），应变能及卡氏定理（6），相应的课程实验主要是利用万能试验机进行拉压，扭转，纯弯曲，测E和G实验，以及开放性自主试验。

3、《材料力学》教学理念和方法的探讨

我国高校的教学理念主要是受前苏联的教学理念的影响，即偏向于学科教育，主要关注知识传授和学科内涵的建设。然而，工科专业最终必须面对具体的工程实践的检验，尤其岩土工程往往都是百年大计的工程，投资大，建设周期长，使用寿命长，所以降低建设成本，保证施工及交工后的使用安全至关重要;再者，中国土木工程走向世界是发展大势所趋，所以我们培养的土木工程人才理应是专业知识武装起来的、能够解决工程实际问题的、且能够被世界认可的专业人才。所以，岩土工程专业的材料力学的教学理念，一方面要继续重视理论的推演和知识的传承，更要重视知识所挈带的能力内涵的拓展和培养，以达成课程目标和最终的人才培养目标。

教学方法虽然可以千变万化，甚至每个教师都可以有自己的方法和风格，但万变不离其宗的一点是，该方法必须有利于教学目标的达成。较好地实现《材料力学》的学科价值和专业价值，是达成《材料力学》课程目标的必充条件，因此该门课程较为理想的教学方法是：首先要让学生明白解决固体力学问题的一般方法、或者说是思想，既从几何关系、物理关系和静力关系三方面考虑固体力学问题，课程中这种思考方法的宏观体现是在各种基本变形内力分布规律的理论推导环节，这一思考方法的细微用处可能小到回答一个小问题、甚至是一个小填空题。所以前面讲述基本变形的几章可以围绕这个主题展开来讲。其次，材料力学是学生遇到的第一门变形体力学，所以应让学生逐步加深明白什么是物体变形，为此，可以多对照物体位移，多关注求解或者推导应变的变形图绘制。再次，摩尔的应力分析理论是《材料力学》的重要理论精华，在整个固体力学中有不可替代的学术地位，强度理论属于塑性力学的范畴，也是重点和难点。以上诸点共同构成了材料力学的学科价值和专业价值，也是各项教学活动、任何教学方法都需以特别关注的重点。

4、《材料力学》考核方法的探索

由前述材料力学的课程目标可见，与传统学科培养模式下的课程目标比较，二者显然有巨大差别，主要表现在提高了对土木工程专业能力培养的要求。而能力只有通过不断的实践方可得到提高，同样学生的能力也只有在教育教学过程中才能显示出来，才能被全面客观的评价。所以，目标导向下的材料力学考核方式及内涵应该有所调整。

传统的材料力学课程考核方式是：A期末考试占总成绩的70%，主要由期末考试的卷面成绩决定;B平时成绩占总成绩的 20%，主要是由学生的出勤和作业情况决定;C实验成绩占比为10%，主要由学生的实验报告决定，由上述三方面构成课程总成绩。不难看出这样的考核方式，过于看重结果而忽视了学习过程，造成的结果是相当一部分学生平时不用功，课上不好好听，课下抄作业，考前搞突击，60分万岁。

因此，考核改革总的思路是：A注重学习过程的考核，且考核的重点除了关注知识的掌握程度，更要关注应用知识的能力，尤其是相关的工程实践能力的表现。B增加材料力学大作业环节，以锻炼解决综合性工程实际问题的能力，C提高实验成绩占比。具体的总评成绩构成为：期末占20%，平时60%（课后作业+大作业+课堂表现+考勤），实验占20%。

总之，通过多年来的不断探索和努力，我校岩土工程专业得到专业认证组专家的肯定，《材料力学》教育教学也经受住了考验，尤其是通过成绩考核内涵的的改革，不仅满足了专业认证的核心要求，更是得到了大部分学生认可，也极大调动了学生平时学习的积极性。

参考文献：

[1]张晓亮，武春霞，杨文姝，王彦明. 工程教育专业认证背景下材料力学性能课程教学改革研究[J]. 广东化工，2020（22）：182-183.

[2]陈平.专业认证理念推进工科专业建设内涵式发展[J].中国大学教学，2014（1）：42-47.

[3]王怀文，计宏伟 .卓越工程师计划下工科专业材料力学课程教学改革[J]. 中国冶金教育，2020（6）：42-44.

[4]王明禄.材料力学课程知识体系调整研究与实践[J].中国教育技术装备，2017（22）：90-92.

作者简介：

刘新龙，1965年8月出生，男，汉族，西安工业大学建筑工程学院副教授，主要从事岩土工程教研工作。