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摘要：以培养卓越工程师为目标，从材料力学课程的特点出发，分别就课堂理论分析、计算机模拟仿真和材料力学实验研究等三方面进行了有效的探索与思考。结果表明，将三方面有机结合并贯穿于材料力学课程学习中，培养并锻炼了学生的学习及创新能力，对提升教学质量以及培养卓越工程师具有较为重要的参考价值。
关键词：材料力学；卓越工程师计划；理论改革；模拟仿真；实验创新
中图分类号：O341文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）08-0146-01
一、引言
作为固体力学的一个分支，材料力学主要研究材料在外力作用下产生的强度、刚度、稳定性及材料破坏的极限，在满足构件承载能力的同时，减少材料用量，优化结构设计，达到降低经济成本，减轻重量等目的。材料力学是典型的理论分析与实验研究并重且与工程实际紧密结合的技术基础课程，在培养学生的科学理论素养与工程实际应用能力等方面起着重要的作用。2010年，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”，以实际工程为背景，培养大量具有实践能力和创新能力的工程技术人才。众所周知，大学本科教育不同于高中阶段对知识的全面了解与掌握，也不同于研究生阶段专注某一方向的高精尖培养模式，它是学习各种知识的理论摇篮，更是全面培养学生动手能力、提高科学素养的实验殿堂。材料力学具有基础理论和工程应用的双重特性，其理论部分具有承上启下的作用，既需要用到之前的理论力学静力学与动力学虚位移部分的相关知识，同时又为后续的专业课程奠定了深厚的理论铺垫，实验部分肩负着培养学生掌握科学实验的基本技能、基本方法以及独立实验、解决并分析工程实际的综合能力。本文在材料力学理论与实验教学的内容和手段上进行了尝试和改革，旨在将理论分析、计算机模拟与实验研究结合起来，综合提高学生的科学素养以及自主创新的实践能力。
二、与实际工程结合的理论教学改革
首先，改变以往的传统单一授课模式，教师在讲解理论模型和公式的同时加入相应的工程实例，并对教学内容和知识点的编排进行更新，将具体构件简化为力学模型，教授学生力学模型的适用范围和限制条件，引导学生理论是如何在工程中实际应用的。以日本明石海峡大桥为例，将相关纪录片展示给学生，将杆件轴向拉压、梁的弯曲变形和压杆稳定等力学知识应用到桥梁的设计与计算中，分析研究桥梁的受力原理。生动活泼的实际工程结构与材料力学理论知识相结合，让学生体会到自己与高大上的科学研究以及复杂工程的距离并不遥远，掌握了知识与技术，他们以后也会是各行各业的卓越工程师。
三、接触工程前沿，优化教学方式
随着计算机的发展与科技的不断进步，很多大型工程结构已部分或全部采用计算机软件进行模拟仿真和计算，这使得工科大学生在本科期间也应具备一定的软件操作和使用技能。ANASYS是世界范围内增长最快的大型通用多用途有限元法分析软件之一，在航空航天、机械制造等各个领域有着广泛的应用。教师可以在上课时建立简单模型，如二维或三维悬臂钢梁受集中或均布载荷作用产生弯曲变形，分析结构受力后的应力分布和变形云图，让学生直观的看到软件快速准确解决问题的过程；同时让学生用理论公式计算出同一模型的应力及变形结果，两者比较并分析原因，让学生真正体会到理论解析与模拟仿真计算的优缺点及互补性。培养学生运用大型软件分析研究的能力、激发学习兴趣和主动性。同时也可吸收部分优秀学生参与到教师的科研中，做一些力所能及的工作，尽早培养学生的科研意识、了解科研方法、熟悉科研氛围、锻炼科研能力。
四、实验研究的创新与改革
无论是解析计算还是模拟仿真，最后都需要与实验结果对比验证，这就要求教师要实地演示实验，让学生直观的看到试件在载荷作用下产生的变形与位移，通过计算机输出应力-应变-位移数据及曲线。在实验教学环节中，应尽量增加设计性的实验，鼓励学生亲自参与并设计实验，提高动手能力，激发学生的创新意识。此外，教师也可带领学生到工程现场实地参观学习，让学生更直观的看到理论与工程的实际结合。对大学生来说，通过实验课要学会一系列工程标准化流程，从掌握并熟练使用仪器设备到观测实验现象到数据采集与整理再到最后的理论与实验结果的比对分析，这都是在潜移默化的培养、熏陶和塑造未来的优秀科研人才以及卓越工程师。只有在大学期间培养出良好的理论科学素养以及工程实践动手能力，学生们才会在今后的社会工作中承担更为重要的角色并出色完成复杂的大型工程项目。
五、结束语
在材料力学的课程学习中，理论分析、模拟仿真以及实验创新是未来培养卓越工程师密不可分的三个重要方面。作为传道授业解惑的高校教师，我们有责任和义务不断改进教学方法和手段，有效利用课堂讲授和实验演示时间，最大限度地将最新最优的知识和信息传递给学生，提高学生对理论研究与模拟仿真的学习兴趣、调动学生的主观能动性、强化学生的动手实践能力，真正实现大学生创新精神并培养出适合于时代发展的卓越工程师。
（作者单位：东北农业大学工程学院）
课题项目：黑龙江省教育科学“十二五”规划课题，基于“卓越工程师”培养的农业院校材料力学课程教学改革与实践（编号：GBC1213126）。
参考文献：
[1]孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学.第四版.高等教育出版社，2001.
[2]陆静，袁丽芸.基于卓越工程师教育培养计划的材料力学教学改革探讨[J].高等教育研究，2012，152.
[3]金增洪.明石海峡大桥简介[J].国外公路，2001，1（21）：13-18.
[4]徐鹏，谢占魁，王复兴，关学锋.材料力学教学中加强力学建模能力的探索与实践[J].力学与实践，2014，2（36）： 226-228.
关键词：材料力学；卓越工程师计划；理论改革；模拟仿真；实验创新
中图分类号：O341文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）08-0146-01
一、引言
作为固体力学的一个分支，材料力学主要研究材料在外力作用下产生的强度、刚度、稳定性及材料破坏的极限，在满足构件承载能力的同时，减少材料用量，优化结构设计，达到降低经济成本，减轻重量等目的。材料力学是典型的理论分析与实验研究并重且与工程实际紧密结合的技术基础课程，在培养学生的科学理论素养与工程实际应用能力等方面起着重要的作用。2010年，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”，以实际工程为背景，培养大量具有实践能力和创新能力的工程技术人才。众所周知，大学本科教育不同于高中阶段对知识的全面了解与掌握，也不同于研究生阶段专注某一方向的高精尖培养模式，它是学习各种知识的理论摇篮，更是全面培养学生动手能力、提高科学素养的实验殿堂。材料力学具有基础理论和工程应用的双重特性，其理论部分具有承上启下的作用，既需要用到之前的理论力学静力学与动力学虚位移部分的相关知识，同时又为后续的专业课程奠定了深厚的理论铺垫，实验部分肩负着培养学生掌握科学实验的基本技能、基本方法以及独立实验、解决并分析工程实际的综合能力。本文在材料力学理论与实验教学的内容和手段上进行了尝试和改革，旨在将理论分析、计算机模拟与实验研究结合起来，综合提高学生的科学素养以及自主创新的实践能力。
二、与实际工程结合的理论教学改革
首先，改变以往的传统单一授课模式，教师在讲解理论模型和公式的同时加入相应的工程实例，并对教学内容和知识点的编排进行更新，将具体构件简化为力学模型，教授学生力学模型的适用范围和限制条件，引导学生理论是如何在工程中实际应用的。以日本明石海峡大桥为例，将相关纪录片展示给学生，将杆件轴向拉压、梁的弯曲变形和压杆稳定等力学知识应用到桥梁的设计与计算中，分析研究桥梁的受力原理。生动活泼的实际工程结构与材料力学理论知识相结合，让学生体会到自己与高大上的科学研究以及复杂工程的距离并不遥远，掌握了知识与技术，他们以后也会是各行各业的卓越工程师。
三、接触工程前沿，优化教学方式
随着计算机的发展与科技的不断进步，很多大型工程结构已部分或全部采用计算机软件进行模拟仿真和计算，这使得工科大学生在本科期间也应具备一定的软件操作和使用技能。ANASYS是世界范围内增长最快的大型通用多用途有限元法分析软件之一，在航空航天、机械制造等各个领域有着广泛的应用。教师可以在上课时建立简单模型，如二维或三维悬臂钢梁受集中或均布载荷作用产生弯曲变形，分析结构受力后的应力分布和变形云图，让学生直观的看到软件快速准确解决问题的过程；同时让学生用理论公式计算出同一模型的应力及变形结果，两者比较并分析原因，让学生真正体会到理论解析与模拟仿真计算的优缺点及互补性。培养学生运用大型软件分析研究的能力、激发学习兴趣和主动性。同时也可吸收部分优秀学生参与到教师的科研中，做一些力所能及的工作，尽早培养学生的科研意识、了解科研方法、熟悉科研氛围、锻炼科研能力。
四、实验研究的创新与改革
无论是解析计算还是模拟仿真，最后都需要与实验结果对比验证，这就要求教师要实地演示实验，让学生直观的看到试件在载荷作用下产生的变形与位移，通过计算机输出应力-应变-位移数据及曲线。在实验教学环节中，应尽量增加设计性的实验，鼓励学生亲自参与并设计实验，提高动手能力，激发学生的创新意识。此外，教师也可带领学生到工程现场实地参观学习，让学生更直观的看到理论与工程的实际结合。对大学生来说，通过实验课要学会一系列工程标准化流程，从掌握并熟练使用仪器设备到观测实验现象到数据采集与整理再到最后的理论与实验结果的比对分析，这都是在潜移默化的培养、熏陶和塑造未来的优秀科研人才以及卓越工程师。只有在大学期间培养出良好的理论科学素养以及工程实践动手能力，学生们才会在今后的社会工作中承担更为重要的角色并出色完成复杂的大型工程项目。
五、结束语
在材料力学的课程学习中，理论分析、模拟仿真以及实验创新是未来培养卓越工程师密不可分的三个重要方面。作为传道授业解惑的高校教师，我们有责任和义务不断改进教学方法和手段，有效利用课堂讲授和实验演示时间，最大限度地将最新最优的知识和信息传递给学生，提高学生对理论研究与模拟仿真的学习兴趣、调动学生的主观能动性、强化学生的动手实践能力，真正实现大学生创新精神并培养出适合于时代发展的卓越工程师。
（作者单位：东北农业大学工程学院）
课题项目：黑龙江省教育科学“十二五”规划课题，基于“卓越工程师”培养的农业院校材料力学课程教学改革与实践（编号：GBC1213126）。
参考文献：
[1]孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学.第四版.高等教育出版社，2001.
[2]陆静，袁丽芸.基于卓越工程师教育培养计划的材料力学教学改革探讨[J].高等教育研究，2012，152.
[3]金增洪.明石海峡大桥简介[J].国外公路，2001，1（21）：13-18.
[4]徐鹏，谢占魁，王复兴，关学锋.材料力学教学中加强力学建模能力的探索与实践[J].力学与实践，2014，2（36）： 226-228.