新工科背景下材料力学教学的守正与创新

郎林，李海凌，王亦恩

（西华大学 建筑与土木工程学院，四川成都 610039）

随着时代的发展和产业的变革，工程教育面临着新的挑战和机遇。为了适应社会需求和工程实践，我国提出了新工科建设的重大行动计划，旨在深化工程教育改革，培养具有创新精神和能力的复合型工程人才。材料力学是工程类专业的重要基础课程，对于培养学生的工程实践和创新能力发挥着重要作用。然而，传统的材料力学教学存在一些问题，如教学内容过于理论化、教学方法单一化、实验教学缺乏探索性和创新性，并且与工程实例联系脱节等，不符合新工科人才培养的要求。为了深化本科教育教学改革，全面提高人才培养质量[1]，促进复合型人才培养，我国于2016 年首次提出新工科建设，在“复旦共识”“天大行动”等一系列教育研讨下，形成了新工科教育理念，这是满足国家需要和时代发展需求的重要举措，也是对高校教师的新要求和新挑战。随后，以培养德智体美劳全面发展型人才为导向，为更好契合当前本科教育教学改革方向，教育部于2019年发布了《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》，提出深化教育制度改革，严格教育教学管理，落实“以本为本、四个回归”的要求，勇于创新，注重实效[1]。

材料力学是以固体力学为核心的一个分支科目，是土木工程和机械工程以及相关专业学生必须修读的课程，而且是注重实践应用的一门学科。在新工科和“以本为本、四个回归”的背景下，高校应注重人才培养的需求和专业特色。守正与创新是材料力学课程教学改革的两个重要方面，它们相辅相成，不可偏废。守正是指坚持材料力学的基本理论和方法，保证基本教学质量和水平，培养学生的专业基础和工程素养；创新是指根据新工科的人才培养目标和社会需求，对教学内容、方法、形式、手段等进行改革和优化，培养学生的创新意识和能力。守正与创新要结合材料力学的特点和发展趋势，以学生为中心，以教学效果为导向，以实践为基础，以创新为动力，实现材料力学课程教学改革的目标。

1 材料力学课程教学要守正

1.1 课程定位要守正

材料力学在高等院校是一门为工科类专业奠定基本力学理论的基础课程，大学物理和高等数学是该课程的先修课，也是学生继理论力学之后的又一门基础性力学课程。

材料力学课程以固体力学为核心，主要研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力和导致各种材料破坏的极限，并为结构合理设计提供强度、刚度和稳定性方面的理论依据；使学生了解各类受力杆件的受力特点及变形特征，以及各种力学参数的物理意义和它们之间的联系，分析内在因素和外在条件对其的影响。

由于材料力学课程内容较为抽象，教师在讲授相关基本概念、原理、公式和计算方法时，要挖掘教材内容，注重理论与实践结合，引入工程案例和实验数据，让学生了解材料力学的工程应用和科学规律，同时还要遵循教学大纲和教学计划，保证教学内容的完整性和系统性，培养学生的专业基础和工程素养[2]。

1.2 基本理论要守正

目前，教学课时不断缩减，而材料力学又是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础的重要技术基础课，不能因为课时缩减而忽略基本的力学理论，要遵循材料力学的基本原理和方法，保证教学内容的系统性和完整性[3]。教师应突出材料力学的基本概念、原理和方法，使学生掌握材料力学的基础知识和技能，为后续课程和工程实践打下坚实的力学基础。教师在授课时还要注重材料力学教学内容的系统性和逻辑性，按照从简单到复杂、从静力到动力、从线弹性到非线弹性、从单轴到多轴的顺序，安排教学内容，使学生能够循序渐进地理解和掌握材料力学的基本理论。教师不仅要讲授的基本知识，也要让学生更加了解材料力学理论的变化脉络，夯实材料力学的基础能力。

1.3 基本方法要守正

材料力学为工科经典专业基础课程，经过力学学者的梳理、研讨和提炼，已形成了我国特有的力学体系风格的材料力学求解方法。材料力学中的构件以固体为主，为了能更好地对构件进行分析和计算，提出了变形固体基本假设；而材料力学中杆件在外力作用下的变形又是多样的，因此，根据其变形特征和形式，又分为4 种杆件变形的基本假设。为了方便计算，对材料力学求解方法进行发掘，材料力学的基本求解方式也变化出各种方式，形成一题多解的局面，如求解杆件内力有截面平衡法和力系简化法等，判断扭矩正负有右手定则，求解杆件弯矩有方程叠加解法和描点绘图法等。

教师还要遵循材料力学的教学规律，根据材料力学的特点和难点，选择合适的解题方法，按照导入、讲解、练习、总结等步骤将基本求解知识讲到位。这样安排教学活动，能够使教学过程具有明确的目标、合理的结构和丰富的内容，激发学生的学习兴趣和学习动机，使教学方法与教学内容相适应，让学生打下坚实的力学基础，从而取得良好的教学效果。

1.4 教学价值观要守正

首先，教师要树立以人为本的教学理念，把学生全面发展和终身发展作为教学的根本目标，尊重学生的个性和差异，关注学生的需求和感受，促进学生主动学习和自主发展。

其次，教师要树立以社会主义核心价值观为导向的教学理念，引入工程教育案例，激发学生的安全意识，增强其在工程中应用材料力学的严谨态度。要坚持以教师为主导、以学生为中心、以社会为导向的教学原则，把思想政治教育贯穿人才培养全过程，把课程思政建设作为关键环节，形成“立德树人”工作格局[4]。

最后，教师要树立以合作为基础的教学理念，把建立良好的师生关系和同伴关系作为教学的重要条件，倡导教师和学生在教学中沟通和交流，分享教学经验和资源，协作解决问题和困难，共同促进教学的发展。

2 材料力学课程教学要创新

2.1 教学内容要创新

目前，材料力学教学内容相对陈旧，而且大学中材料力学课程的教学内容与课程体系大部分还是以特定的材料力学教材为主要的授课载体。随着工程行业的不断发展，该领域不断涌现出新技术、新科学、新材料和新工艺，材料力学的教学内容、课程体系缺乏系统性和严密性，学生对课程缺少学习兴趣，难以适应新工科建设要求[5]。

根据上述分析，在新工科背景下，教师要根据力学前沿发展更新教学内容，将力学前沿知识引入，结合各专业的特点，引入工程案例。这样可以拓宽学生的视野和思维，激发学生的兴趣和创造力，使其更有效地汲取到与本专业有密切关系的前沿知识[6]。例如，针对岩土工程专业的学生，可以将新的地下空间工程的力学设计分析通过案例的方式引入；针对风景园林规划工程专业的学生，可以引入新型规划设计理念和案例的创新设计分析；对于建筑工程专业的学生，增加装配式建筑结构构件的新材料、新技术相关内容；还可以介绍复合材料、工程塑料等新型材料的力学性能和应用，并结合港珠澳大桥、北京大兴国际机场等工程案例进行分析。

2.2 教学方法要创新

教师在组织材料力学的课堂教学时，要根据学生的先修知识和专业背景合理安排教学进度和难度。教师应注重基本概念和方法的讲解，对于知识的讲解，可以同时采用多种教学方法，如板书、PPT、视频和教学仪器等。在教学中，材料力学的力学概念比较抽象，需要学生具有一定的空间想象能力和理解能力，如材料力学中杆截面的应力集中概念，教师可以通过仿真软件设置建模、增加边界条件、力学条件等，模拟杆件的应力分布情况，让学生更加直观地感受到其含义，降低学生学习和理解的门槛，增强了教学的形象性和生动性，更好地培养学生的学习兴趣和主动性[7]。

教师要将课堂、实验与工程现场相结合，让学生到实验室实际操作，利用实验让学生了解构件约束情况、变形情况和稳定性情况等，也可以利用仿真模拟实验加以印证，让学生更直观地看到其内部变化与应变关系[8-9]。教师还可以组织学生到工程现场观摩，实际观察，体现产教结合一体化思想。

2.3 实验教学要创新

目前，本科生的材料力学实验固守陈规，缺乏创新性，对学生的吸引力不高，缺乏创新性。因此，教师在设计材料力学的实验教学时，要根据不同层次和模块学生的实验能力和创新能力设计不同难度和层次的实验项目，如基础实验、综合实验、创新实验等[10]。基础实验主要是让学生掌握材料力学的基本原理和方法，如材料的拉伸、压缩、弯曲、扭转等实验，让学生了解材料的应力应变关系、弹性模量、屈服强度等力学参数。综合实验主要是让学生运用材料力学的知识和技能解决工程问题，如材料的疲劳、蠕变、断裂等实验，让学生了解材料在复杂载荷下的变形和破坏机理[11]。创新实验主要是让学生发挥创造力和想象力，设计和实现自己的实验方案，如材料的智能化、功能化、复合化等实验，让学生了解材料的新特性和新应用。

教师在组织材料力学的实验教学时，要根据不同类型的实验项目采用不同的教学方法和评价方式。对于基础实验，教师要注重讲解实验原理和方法，指导学生正确操作仪器设备，规范记录实验数据，撰写实验报告；对于综合实验，教师要注重引导学生分析实验问题和目标，培养学生的工程思维和分析能力，鼓励学生查阅文献资料，参考工程案例，提出解决方案；对于创新实验，教师要注重激发学生的创新意识和能力，支持学生自主选择实验主题和内容，提供必要的指导和帮助，评价学生的创新过程和成果[12]。

2.4 考核方法要创新

传统的材料力学考核方法以闭卷笔试为主，考查学生对于基本概念、原理和方法的掌握程度。这种考核方法虽然有利于检测学生的基础知识和技能，但也存在一些缺点，如忽视了学生的应用能力和创新能力，容易导致应试教育和应试学习。

在新工科背景下，教师要根据材料力学课程教学的目标和内容，采用多元化的考核方法，如开卷笔试、作业、实验报告、课程设计、课堂讨论、小组展示等，综合考查学生的理论水平和实践能力，激励学生主动学习和深入学习[13]。对于开卷笔试，教师要注重考查学生对于材料力学基本理论和方法的理解和运用，设计一些工程问题或案例，让学生分析和解决，考查学生的分析能力和应用能力；对于作业，教师要注重考查学生对于材料力学基本知识和技能的掌握和巩固，设计一些基础题或疑难题，让学生练习和思考，考查学生的计算能力和思维能力；对于实验报告，教师要注重考查学生对于材料力学实验原理和方法的掌握和运用，设计一些实验项目或方案，让学生操作和记录，考查学生的实验能力和撰写报告能力；对于课程设计，教师要注重考查学生对于材料力学的综合运用和创新运用，设计一些工程设计或创新设计，让学生规划和实现，考查学生的设计能力和创新能力；对于课堂讨论，教师要注重考查学生对于材料力学前沿知识和工程应用的了解和探索，设计一些热点话题或问题，让学生讨论和交流，考查学生的沟通能力和合作能力[14]；对于小组展示，教师要注重考查学生对于材料力学知识的整合和表达展示，设计一些专题报告或案例分析，让学生汇报和展示，考查学生的整合能力和表达能力[15]。

3 守正与创新的辩证统一

守正与创新是中华民族的优良传统。中华民族先辈在很久以前就有守正、创新的意识和主张，历代文献屡有“守正”“创新”记载，对“守正”“创新”的倡导相承沿用至今。守正与创新是具有马克思主义哲学内涵的科学范畴[16]，守正即坚守正道，坚持按规律办事；创新即改变旧的、创造新的，是发展的质变、飞跃形式。守正是创新的前提和基础，创新是守正的目的和路径。守正创新是指向未来、创造未来的认识和实践活动。

材料力学教学改革中守正与创新的辩证统一关系：是指在教学改革中既要坚持材料力学的基本理论和方法，又要适应新工科的要求和发展；既要保持材料力学的传统特色和优势，又要引入新的内容和形式；既要遵循材料力学的教学规律和原则，又要进行教学创新和实践。守正与创新是材料力学教学改革的两个方面，其相互依存、相互促进、相互制约、相互转化，不能偏废。守正与创新要结合材料力学的特点和发展趋势，以人才培养为目标，以教育质量为标准，以教育改革为动力，在教育理念、教育内容、教育方法、教育评价等方面有机结合。

在教育理念上，要树立以人为本、以社会为导向、以合作为基础的教育理念，在促进学生全面发展和终身发展的同时，要注重培养学生的社会责任感和工程伦理观；在培养学生专业知识和技能的同时，要注重培养学生的创新精神和能力；在促进学生个性发展和自主发展的同时，要注重培养学生的合作意识和能力。

在教育内容上，要根据新工科的人才培养目标和社会需求更新教育内容，在保证教育内容系统性和完整性的同时，要注重教育内容的前沿性和实用性；在保证教育内容基础性和理论性的同时，要注重教育内容的应用性和创新性。

在教育方法上，要根据材料力学的特点和难点创新教育方法，在保证教育方法规范性和有效性的同时，要注重教育方法的多样性和灵活性；在保证教育方法传统性和经典性的同时，要注重教育方法的现代性和创造性。

在教育评价上，要根据材料力学课程教学的目标和内容开展多元化教育评价，在保证教育评价公正性和科学性的同时，要注重教育评价的全面性和发展性；在保证教育评价基础性和理论性的同时，要注重教育评价的应用性和创新性。

4 结束语

在新工科建设背景和创新人才培养需求下，材料力学课程的教学改革研究从未停歇，笔者认为在教学改革探索中，要牢牢把握住守正与创新这两个重要原则，在守正的基础上进行有效的创新，在创新的过程中不断完善和发展守正。

守正是材料力学教学改革的前提和基础，是保证课程质量和水平的必要条件，教师应坚持材料力学的基本理论和方法，不断巩固和提高学生的力学基础，培养学生的工程思维和分析能力。创新是材料力学教学改革的动力和目标，是适应社会变化和工程实践的必然要求，教师应结合工程实践和社会需求，引入新的内容、教学方法、实验形式和课程考核，激发学生的学习兴趣和创新意识，培养学生的综合素质和应用能力。守正与创新相辅相成，相互促进，共同推动材料力学教学改革的深入发展，在保证基础的前提下，不断探索和尝试，形成适合本校本专业的教学模式。

总之，材料力学课程教学改革是一项系统工程，需要坚持守正与创新两个方面有机结合，不断探索、创新、完善、发展，以适应新工科建设的需要，为培养高素质复合型工程人才做出贡献。