工程教育專業認證背景下“材料力學性能”實驗教學改革探析

張志浩

(吉林化工學院,吉林 吉林 132000)

工程教育專業認證是一項國際通行的工程教育質量保障制度,同時也是使公眾、學校和學生的利益得到基本保障的途徑,鼓勵學校在滿足基本條件的基礎上發展多樣性,進一步提高工程教育質量,提升我國技術人才的技術競爭力。在新工科的背景下,我們需要探索一種全新的工程教育人才培養模式,以達到學校高效的管理教學體系,培養出適應現代化應用技術人才。

“材料力學性能”在理論知識方面向學生們系統地介紹了材料在受到外力作用并且處于不同服役環境的作用下所表現出的力學行為,通過分析材料的變形、磨損、斷裂的原因,得出相關機理。通常工程上服役的機件由于變形而導致的整體破壞,需要對其所使用的材料性能進行表征,分析其失效原因,所以該課程是從事材料成型及控制工程專業的核心基礎課程,與專業相關基礎課程也具有密切聯系,同時也是工程專業認證的必修課程。該課程內容涵蓋理論學習、實驗操作以及綜合設計性訓練等多方面內容,具有較強的理論性及實踐性。專業認證的通過與否直接取決于“材料力學性能”課程的教學質量,這表明課程的內在結構與工程專業認證之間存在著緊密的關聯。目前,隨著高校人才培養模式改革的深入發展以及新工科建設進程的不斷加快,對“材料力學性能”課程提出了更高的要求。為了適應這一發展趨勢,必須要進行相應的改革探索。在培養專業型人才的過程中,材料力學性能課程扮演著重要角色,而課程教學改革則是提升教學水平、培養學生能力的核心環節[1]。因此,需要通過理論課程學習和實踐實驗課緊密結合,提升課堂多樣化教學效果,過程中引入工程實際案例,注重培養學生創新能力,進而提升學生培養質量。

1 “材料力學性能”課程現狀和發展

1.1 課程現狀

對于“材料力學性能”課程改革內容,工程教育專業認證以學生為中心,以培養目標為宗旨,對教學內容、師資情況、學校條件等方面提出了極為苛刻的要求。但由于其應用范圍的特殊性以及理論研究方法的局限性,使得該領域一直處于相對滯后狀態。為了實現“材料力學性能”課程培養的全面化和專業化,材料力學類課程改革應當以工程教育專業認證的理念為指導,從“人才培養”向“能力培養”轉變。因此,應該首先適應并滿足工程專業認證的要求,同時又要體現出自身的特色。從另一個角度來看,工程專業認證揭示了材料力學教學內容與課程之間的緊密聯系,這種聯系不應是脫離實際而存在的,應結合工程實際經驗共同推動該課程的發展?；谶@一認識,在材料力學類課程中融入工程專業認證標準的相關要求,不僅有助于提升學生的綜合素質,而且對提高該專業課程教學質量具有良好的效果?？偠灾?將工程認證融入到課程建設中,不僅提高教師教學水平,也同時提高學生實踐能力。工程專業認證應成為課程改革的核心內容,為確保課程質量,不僅要在內容上進行豐富,更要實現基本的教學目標[2]。

1.2 課程改革的發展

作為材料成型及控制工程專業的核心課程之一,國內大多高校采用的培養方案、教學模式大同小異,課堂講解過程中學生對抽象圖形形貌理解不夠透徹,當與實際應用結合時無從下手,無法聯系實際解決根本問題。這表明同質化的“材料力學性能”課程內容已成為亟待解決的問題。從目前情況來看,各院校均已將其作為一門必修課或選修課來開設。而且材料力學性能這門課程教材眾多,教師在選擇教材時只注重選取一些高水平教材,卻沒有考慮到本學校的實驗室設備情況,這樣就會使課堂講解的內容沒有落到實處,學生沒有通過實操,達不到記憶深刻,對課程也失去了興趣。因此應結合實驗室建設情況,再結合老師實際工程經驗,選擇針對本校優勢的教材,使學生在有效的教學時間內全面地認識與了解。工程專業認證的成功離不開課程建設的有力支撐,因此教師需緊跟社會的發展,不斷改革課程講解方向,比如國家標準的變更?，F有的教材內有的國家標準已經廢除,教師應及時修改課程內容,以滿足專業需求的方向[3]。

1.3 課程改革的必要性

現有的科技發展都是以材料為基礎進行推動的,如材料的表面改性,新材料的研發等領域,都是以材料力學性能實驗來表征其性能,然后結合其在使用領域進行服役時間,再次進行實驗,才能確定該材料的使用性能。因此,必須以工程實踐為基礎來進行課程改革,對學生綜合運用所學知識能夠獨立進行科研工作起到了重要作用。

課程改革后的目標是可提高學生動手、單獨思考能力,加深對材料科學學科的深入了解,提升主觀能動性。因此,必須要加強對“材料力學性能”課程建設工作的重視程度,不斷提升該課程教學質量。通過分析目前“材料力學性能”課程教學內容和教學模式的特點,有針對性將整個章節打亂,將實際操作的課程內容集中講解,集中實驗,改變考核方法增加互動環節,激發學生學習興趣。另外可結合其他專業基礎實驗課程,讓學生對材料力學性能有更深層次的認識。

2 “材料力學性能”課程改革思路

2.1 重點突出綜合素質目標

重點突出綜合素質能力培養,脫離死記硬背,引導學生利用所學課程去綜合運用整合,從中獲得能看懂問題,能分析問題,能解決問題的能力。目前我國工科院校在工程教育人才培養方面存在著諸多問題,如教學模式陳舊落后、師資力量薄弱等。在課程教學中重點關注教學思維、教學方法,充分考慮學生學習興趣,由學習型轉變成愛好型,在以后就業過程中,具備迅速成長的能力。為此我們應建立新的教學模式,在改革課堂教學內容及手段、完善實驗考核制度等方面進行探索[4-6]。通過對材料成型及控制工程的專業認證,可對教師的教學能力、學校的管理能力以及對學生學習情況進行全面評估。通過校企深度融合,實現學校、教師、學生在知識上相互補充、相互促進,從而使人才培養更加符合社會需求,滿足行業發展需要。工科院校的培養不僅為了滿足于培養人才,而且通過多方面的指導學習提升其綜合素質來為我國的科技創新、社會發展做出基本貢獻。

2.2 重點強化實踐能力為目標

以工程實踐為基礎,重點聚焦國家發展趨勢,調整教學課程內容,增加實踐敏銳性。有針對性地對行業發展進行研究,發掘企業技術需求,通過教師科研帶動學生攻關,分析解決企業實際問題,在提高教師科研水平同時提升了學生實踐能力,建立“工學結合”培養模式,實現理論聯系實際。

充分了解產業研究方向,將最新技術及技術需求融入到課堂教學中,以理論知識指導實踐,將困難問題作為課題研究,學生通過課后查閱相關文獻并設計相應實驗方案,既擴展了知識范圍,又能解決企業實際需求,增加后續科研興趣。這種實踐不僅提升了學生獨立思考能力,取得的成果也將成為其畢業就業、入學的競爭優勢,教師也能通過教學過程和科研結果進行融合,提升自己專業水平。

從教師的科研項目研究出發,讓學生課上、課后融入到科研工作中,不僅豐富了學生的課余生活,而且激發出學生學習興趣,科研工作有不同于課堂的教學環節,在充分發揮運用基礎知識的同時,提高了查閱文獻能力。在其他專業基礎課程學習的過程中,學生也能夠做出串聯相應知識綜合運用,引導他們在科研中不斷探索和研究,掌握科學方法,提高自身科學素養[7]。

強化實踐操作環節,通過學生的課程實驗,可提高學生對設備、材料的認識,練習實操技能,學校應加強實習基地的投入建設,進一步提升學生實操的能力。結合科研需求,開展基于科研項目的教學改革嘗試,致力培養出一批現代化科研創新專業技術人才[8]。

2.3 材料力學性能課程、實驗內容優化

根據企業考察學習調研,結合企業實際需求及學生就業方向,可將材料力學性能課程、實驗教學大綱進行優化,部分章節如聚合物材料的力學性能、陶瓷材料的力學性能、復合材料力學性能由學生自學或了解,教師對學生進行考核[9-10]。

豐富工程教育專業案例體系,為學生提供更加全面、深入的案例教學。隨著高等教育改革的不斷深化,傳統的課堂教學已經不能滿足現代人才培養的要求。案例教學作為相對貼近實際生產的教學方式,具有直觀性、生動性、趣味性,學生對此可增加濃厚的學習興趣,因此案例教學方法被應用到各種實驗課程的教學環節。因此,必須將工程教育中案例教學應用到具體的課程之中。

低碳鋼是工程上使用廣泛的金屬材料,服役過程中受拉伸應力較多,因此可以將拉伸條件下的低碳鋼力學行為測定分為以下幾個方面,(1)完成低碳鋼材料的文獻調研,根據服役環境完成實驗設計。(2)將不同形態的低碳鋼材料進行分組。(3)教師利用多媒體展示預估低碳鋼材料的應力應變曲線并分析其原因(如圖1-1,1-2,1-3)。(4)學生虛擬操作,確定工作路線。(5)實驗。(6)撰寫實驗報告,教師講解、批閱。對共性問題進行分析探討,最后綜合學生1-6方面進行成績總評。

圖1-1 低碳鋼應力應變曲線

圖1-2 材料未產生屈服應力應變曲線

圖1-3 頸縮斷裂圖

2.4 課程考核辦法優化調整

傳統的課程考核指標相對簡單,主要以平時成績結合期末考試成績為主,而平時成績占到總成績20%～30%,平時成績主要由簽到、課堂回答問題、課堂作業、課后作業為主,但是現在的學生學習情況無法分出很大差別,通過平時成績的評定優劣好壞相對困難,應將平時成績再進行優化調整。

期末測試對知識點掌握程度以及學習過程是否能達到預期效果進行考查,可以分為平時訓練、理論知識理解、實際應用及綜合評價四個部分。期末考試成績通常占70%～80%的比例,試題的內容主要注重的是基礎知識掌握情況及工程實際案例分析。但是缺乏實驗的操作過程考核,應結合學生實驗課程增加實驗分析試題,這樣學生的記憶更加深刻,因此應注重學生實操能力的檢測。

為了更好地提高教學質量,應在期末階段加強學習過程的指導和訓練,包括復習鞏固基礎知識、練習解答題目以及完成作業三個部分。課堂講授環節內加大課堂隨機討論內容,由教師提出具體案例分析問題,學生以分班分組的形式進行探討,聚焦產生問題、解決問題環節,采取學生辯論發言教師最終引導總結。注重將實際生產與問題結合起來,以達到更好的解決效果。期末試卷考查內容應包括基礎知識測試和應用技能測試兩個部分。為了全面評估學生在工程問題中的綜合能力,建議在期末考試中引入綜合類題型,綜合類題型以工程上常見案例為基礎研究,重點讓學生解決失效、斷裂、疲勞、變形等力學行為的區別,對案例進行綜合性分析。這樣可以提升學生的綜合運用基本知識的能力,提出工程上常見問題預防措施。在期末復習階段,通過習題講評,引導學生掌握解題思路和技巧,培養其獨立思考與創新意識。對于學生的學習方法和能力,改革考核方法可增加學生學習樂趣,充分挖掘學生的學習潛能,提高學習效率。

3 結 論

結合材料成型及控制工程專業認證要求,為了提高了該專業學生的核心競爭力,“材料力學性能”作為一門重要的專業基礎課,其教學方法應當與專業教育深度融合,重點突出應用創新實踐,結合就業趨勢不斷優化課程培養方向,進一步融合企業與高校之間的技術供需關系。通過對教學改革的實施、建立良好的課堂體系評價體系,完善高校師資隊伍建設,不僅可以提升教學質量,同時也有助于凸顯工程教育的獨特特色,學生從學習過程中培養良好的學習習慣,具備高效的解決問題能力,為我國的科技創新、社會發展做出一定的貢獻。