工程教育专业认证背景下“材料力学性能”实验教学改革探析

张志浩

(吉林化工学院,吉林 吉林 132000)

工程教育专业认证是一项国际通行的工程教育质量保障制度,同时也是使公众、学校和学生的利益得到基本保障的途径,鼓励学校在满足基本条件的基础上发展多样性,进一步提高工程教育质量,提升我国技术人才的技术竞争力。在新工科的背景下,我们需要探索一种全新的工程教育人才培养模式,以达到学校高效的管理教学体系,培养出适应现代化应用技术人才。

“材料力学性能”在理论知识方面向学生们系统地介绍了材料在受到外力作用并且处于不同服役环境的作用下所表现出的力学行为,通过分析材料的变形、磨损、断裂的原因,得出相关机理。通常工程上服役的机件由于变形而导致的整体破坏,需要对其所使用的材料性能进行表征,分析其失效原因,所以该课程是从事材料成型及控制工程专业的核心基础课程,与专业相关基础课程也具有密切联系,同时也是工程专业认证的必修课程。该课程内容涵盖理论学习、实验操作以及综合设计性训练等多方面内容,具有较强的理论性及实践性。专业认证的通过与否直接取决于“材料力学性能”课程的教学质量,这表明课程的内在结构与工程专业认证之间存在着紧密的关联。目前,随着高校人才培养模式改革的深入发展以及新工科建设进程的不断加快,对“材料力学性能”课程提出了更高的要求。为了适应这一发展趋势,必须要进行相应的改革探索。在培养专业型人才的过程中,材料力学性能课程扮演着重要角色,而课程教学改革则是提升教学水平、培养学生能力的核心环节[1]。因此,需要通过理论课程学习和实践实验课紧密结合,提升课堂多样化教学效果,过程中引入工程实际案例,注重培养学生创新能力,进而提升学生培养质量。

1 “材料力学性能”课程现状和发展

1.1 课程现状

对于“材料力学性能”课程改革内容,工程教育专业认证以学生为中心,以培养目标为宗旨,对教学内容、师资情况、学校条件等方面提出了极为苛刻的要求。但由于其应用范围的特殊性以及理论研究方法的局限性,使得该领域一直处于相对滞后状态。为了实现“材料力学性能”课程培养的全面化和专业化,材料力学类课程改革应当以工程教育专业认证的理念为指导,从“人才培养”向“能力培养”转变。因此,应该首先适应并满足工程专业认证的要求,同时又要体现出自身的特色。从另一个角度来看,工程专业认证揭示了材料力学教学内容与课程之间的紧密联系,这种联系不应是脱离实际而存在的,应结合工程实际经验共同推动该课程的发展。基于这一认识,在材料力学类课程中融入工程专业认证标准的相关要求,不仅有助于提升学生的综合素质,而且对提高该专业课程教学质量具有良好的效果。总而言之,将工程认证融入到课程建设中,不仅提高教师教学水平,也同时提高学生实践能力。工程专业认证应成为课程改革的核心内容,为确保课程质量,不仅要在内容上进行丰富,更要实现基本的教学目标[2]。

1.2 课程改革的发展

作为材料成型及控制工程专业的核心课程之一,国内大多高校采用的培养方案、教学模式大同小异,课堂讲解过程中学生对抽象图形形貌理解不够透彻,当与实际应用结合时无从下手,无法联系实际解决根本问题。这表明同质化的“材料力学性能”课程内容已成为亟待解决的问题。从目前情况来看,各院校均已将其作为一门必修课或选修课来开设。而且材料力学性能这门课程教材众多,教师在选择教材时只注重选取一些高水平教材,却没有考虑到本学校的实验室设备情况,这样就会使课堂讲解的内容没有落到实处,学生没有通过实操,达不到记忆深刻,对课程也失去了兴趣。因此应结合实验室建设情况,再结合老师实际工程经验,选择针对本校优势的教材,使学生在有效的教学时间内全面地认识与了解。工程专业认证的成功离不开课程建设的有力支撑,因此教师需紧跟社会的发展,不断改革课程讲解方向,比如国家标准的变更。现有的教材内有的国家标准已经废除,教师应及时修改课程内容,以满足专业需求的方向[3]。

1.3 课程改革的必要性

现有的科技发展都是以材料为基础进行推动的,如材料的表面改性,新材料的研发等领域,都是以材料力学性能实验来表征其性能,然后结合其在使用领域进行服役时间,再次进行实验,才能确定该材料的使用性能。因此,必须以工程实践为基础来进行课程改革,对学生综合运用所学知识能够独立进行科研工作起到了重要作用。

课程改革后的目标是可提高学生动手、单独思考能力,加深对材料科学学科的深入了解,提升主观能动性。因此,必须要加强对“材料力学性能”课程建设工作的重视程度,不断提升该课程教学质量。通过分析目前“材料力学性能”课程教学内容和教学模式的特点,有针对性将整个章节打乱,将实际操作的课程内容集中讲解,集中实验,改变考核方法增加互动环节,激发学生学习兴趣。另外可结合其他专业基础实验课程,让学生对材料力学性能有更深层次的认识。

2 “材料力学性能”课程改革思路

2.1 重点突出综合素质目标

重点突出综合素质能力培养,脱离死记硬背,引导学生利用所学课程去综合运用整合,从中获得能看懂问题,能分析问题,能解决问题的能力。目前我国工科院校在工程教育人才培养方面存在着诸多问题,如教学模式陈旧落后、师资力量薄弱等。在课程教学中重点关注教学思维、教学方法,充分考虑学生学习兴趣,由学习型转变成爱好型,在以后就业过程中,具备迅速成长的能力。为此我们应建立新的教学模式,在改革课堂教学内容及手段、完善实验考核制度等方面进行探索[4-6]。通过对材料成型及控制工程的专业认证,可对教师的教学能力、学校的管理能力以及对学生学习情况进行全面评估。通过校企深度融合,实现学校、教师、学生在知识上相互补充、相互促进,从而使人才培养更加符合社会需求,满足行业发展需要。工科院校的培养不仅为了满足于培养人才,而且通过多方面的指导学习提升其综合素质来为我国的科技创新、社会发展做出基本贡献。

2.2 重点强化实践能力为目标

以工程实践为基础,重点聚焦国家发展趋势,调整教学课程内容,增加实践敏锐性。有针对性地对行业发展进行研究,发掘企业技术需求,通过教师科研带动学生攻关,分析解决企业实际问题,在提高教师科研水平同时提升了学生实践能力,建立“工学结合”培养模式,实现理论联系实际。

充分了解产业研究方向,将最新技术及技术需求融入到课堂教学中,以理论知识指导实践,将困难问题作为课题研究,学生通过课后查阅相关文献并设计相应实验方案,既扩展了知识范围,又能解决企业实际需求,增加后续科研兴趣。这种实践不仅提升了学生独立思考能力,取得的成果也将成为其毕业就业、入学的竞争优势,教师也能通过教学过程和科研结果进行融合,提升自己专业水平。

从教师的科研项目研究出发,让学生课上、课后融入到科研工作中,不仅丰富了学生的课余生活,而且激发出学生学习兴趣,科研工作有不同于课堂的教学环节,在充分发挥运用基础知识的同时,提高了查阅文献能力。在其他专业基础课程学习的过程中,学生也能够做出串联相应知识综合运用,引导他们在科研中不断探索和研究,掌握科学方法,提高自身科学素养[7]。

强化实践操作环节,通过学生的课程实验,可提高学生对设备、材料的认识,练习实操技能,学校应加强实习基地的投入建设,进一步提升学生实操的能力。结合科研需求,开展基于科研项目的教学改革尝试,致力培养出一批现代化科研创新专业技术人才[8]。

2.3 材料力学性能课程、实验内容优化

根据企业考察学习调研,结合企业实际需求及学生就业方向,可将材料力学性能课程、实验教学大纲进行优化,部分章节如聚合物材料的力学性能、陶瓷材料的力学性能、复合材料力学性能由学生自学或了解,教师对学生进行考核[9-10]。

丰富工程教育专业案例体系,为学生提供更加全面、深入的案例教学。随着高等教育改革的不断深化,传统的课堂教学已经不能满足现代人才培养的要求。案例教学作为相对贴近实际生产的教学方式,具有直观性、生动性、趣味性,学生对此可增加浓厚的学习兴趣,因此案例教学方法被应用到各种实验课程的教学环节。因此,必须将工程教育中案例教学应用到具体的课程之中。

低碳钢是工程上使用广泛的金属材料,服役过程中受拉伸应力较多,因此可以将拉伸条件下的低碳钢力学行为测定分为以下几个方面,(1)完成低碳钢材料的文献调研,根据服役环境完成实验设计。(2)将不同形态的低碳钢材料进行分组。(3)教师利用多媒体展示预估低碳钢材料的应力应变曲线并分析其原因(如图1-1,1-2,1-3)。(4)学生虚拟操作,确定工作路线。(5)实验。(6)撰写实验报告,教师讲解、批阅。对共性问题进行分析探讨,最后综合学生1-6方面进行成绩总评。

图1-1 低碳钢应力应变曲线

图1-2 材料未产生屈服应力应变曲线

图1-3 颈缩断裂图

2.4 课程考核办法优化调整

传统的课程考核指标相对简单,主要以平时成绩结合期末考试成绩为主,而平时成绩占到总成绩20%～30%,平时成绩主要由签到、课堂回答问题、课堂作业、课后作业为主,但是现在的学生学习情况无法分出很大差别,通过平时成绩的评定优劣好坏相对困难,应将平时成绩再进行优化调整。

期末测试对知识点掌握程度以及学习过程是否能达到预期效果进行考查,可以分为平时训练、理论知识理解、实际应用及综合评价四个部分。期末考试成绩通常占70%～80%的比例,试题的内容主要注重的是基础知识掌握情况及工程实际案例分析。但是缺乏实验的操作过程考核,应结合学生实验课程增加实验分析试题,这样学生的记忆更加深刻,因此应注重学生实操能力的检测。

为了更好地提高教学质量,应在期末阶段加强学习过程的指导和训练,包括复习巩固基础知识、练习解答题目以及完成作业三个部分。课堂讲授环节内加大课堂随机讨论内容,由教师提出具体案例分析问题,学生以分班分组的形式进行探讨,聚焦产生问题、解决问题环节,采取学生辩论发言教师最终引导总结。注重将实际生产与问题结合起来,以达到更好的解决效果。期末试卷考查内容应包括基础知识测试和应用技能测试两个部分。为了全面评估学生在工程问题中的综合能力,建议在期末考试中引入综合类题型,综合类题型以工程上常见案例为基础研究,重点让学生解决失效、断裂、疲劳、变形等力学行为的区别,对案例进行综合性分析。这样可以提升学生的综合运用基本知识的能力,提出工程上常见问题预防措施。在期末复习阶段,通过习题讲评,引导学生掌握解题思路和技巧,培养其独立思考与创新意识。对于学生的学习方法和能力,改革考核方法可增加学生学习乐趣,充分挖掘学生的学习潜能,提高学习效率。

3 结 论

结合材料成型及控制工程专业认证要求,为了提高了该专业学生的核心竞争力,“材料力学性能”作为一门重要的专业基础课,其教学方法应当与专业教育深度融合,重点突出应用创新实践,结合就业趋势不断优化课程培养方向,进一步融合企业与高校之间的技术供需关系。通过对教学改革的实施、建立良好的课堂体系评价体系,完善高校师资队伍建设,不仅可以提升教学质量,同时也有助于凸显工程教育的独特特色,学生从学习过程中培养良好的学习习惯,具备高效的解决问题能力,为我国的科技创新、社会发展做出一定的贡献。