孫雙雙

（青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266061）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，國(guó)家對(duì)綜合型、創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的需求日趨增大［1］。如何培養(yǎng)出既具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，又具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)、國(guó)際化視野和問題解決能力的綜合型、創(chuàng)新型高質(zhì)量人才，以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展和需求，是高校各專業(yè)人才培養(yǎng)共同面臨的一個(gè)問題。

青島科技大學(xué)是一所以工科為主、培養(yǎng)應(yīng)用型人才的省屬重點(diǎn)大學(xué)?！皬?fù)合材料力學(xué)”是面向青島科技大學(xué)工程力學(xué)、機(jī)械工程等相關(guān)專業(yè)碩士研究生開設(shè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，共32學(xué)時(shí)。作為固體力學(xué)的一個(gè)重要分支，本課程不僅向?qū)W生傳授復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析、評(píng)估及優(yōu)化相關(guān)專業(yè)知識(shí)，還在培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力、科研能力、創(chuàng)新意識(shí)及國(guó)際化視野等綜合素質(zhì)方面發(fā)揮了十分重要的作用。

本課程在青島科技大學(xué)開設(shè)的時(shí)間不長(zhǎng)，教學(xué)資源不夠豐富，尤其是英文教學(xué)資源匱乏。此外，教材上的內(nèi)容理論性強(qiáng)，且以各向異性復(fù)合材料的力學(xué)性能分析為主，較各向同性材料的力學(xué)性能分析復(fù)雜得多，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)普遍存在畏難情緒，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的課堂氣氛也比較沉悶。為了提高教學(xué)效果，提升研究生的培養(yǎng)質(zhì)量，筆者基于OBE目標(biāo)導(dǎo)向教育理念［2］，在教學(xué)資源、教學(xué)體系與內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、考核方式等方面進(jìn)行了一系列探索與實(shí)踐，取得了一定的建設(shè)成效?；贠BE目標(biāo)導(dǎo)向理念的“復(fù)合材料力學(xué)”課程建設(shè)思路如圖1所示。

圖1 基于OBE目標(biāo)導(dǎo)向理念的“復(fù)合材料力學(xué)”課程建設(shè)思路

一、教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)資源是保證教學(xué)有效開展、達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的重要條件。為此，首先對(duì)“復(fù)合材料力學(xué)”課程的教學(xué)資源進(jìn)行建設(shè)。在本課程建設(shè)初期，以中文教學(xué)資源建設(shè)為主，選定沈觀林、胡更開編著的《復(fù)合材料力學(xué)》［3］作為教材。為了幫助學(xué)生理解一些枯燥、抽象的基本概念和公式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，配套制作了工程實(shí)例、生活實(shí)例及科研實(shí)例等較為豐富的多媒體課件，并購(gòu)置了劉新東、劉偉主編的《復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)》［4］，陳建橋主編的《復(fù)合材料力學(xué)》［5］，等等中文參考書，既拓展了教材內(nèi)容，也為學(xué)生的課外學(xué)習(xí)提供了參考。此外，按照專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，制定了較為科學(xué)、合理的教學(xué)大綱，撰寫了教案和講稿等教學(xué)資源，并在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)教案、講稿及課件等教學(xué)資源進(jìn)行完善、更新和優(yōu)化。

近兩年，在山東省“研究生優(yōu)質(zhì)課程”建設(shè)經(jīng)費(fèi)的資助下，我校對(duì)“復(fù)合材料力學(xué)”課程的英文教學(xué)資源進(jìn)行了建設(shè)，購(gòu)置了AUTAR K.KAW主編的《復(fù)合材料力學(xué)》［6］和ROBERT M.JONES主編的《復(fù)合材料力學(xué)》［7］的英文原版教材和參考書，并修訂完成了雙語版的“復(fù)合材料力學(xué)”教學(xué)大綱、教案及課件，這為開展研究生“復(fù)合材料力學(xué)”雙語教學(xué)、拓寬學(xué)生的國(guó)際化視野等奠定了基礎(chǔ)。

二、教學(xué)體系優(yōu)化與教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

基于青島科技大學(xué)研究生的知識(shí)基礎(chǔ)及專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，筆者對(duì)“復(fù)合材料力學(xué)”課程的教學(xué)體系進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重塑和更新。

在教學(xué)體系方面，以連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為主要研究對(duì)象，將教材中的以復(fù)合材料力學(xué)性能分析方法為主線組織教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)體系，調(diào)整為按照復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)、復(fù)合材料剛度分析、復(fù)合材料強(qiáng)度分析三個(gè)模塊組織教學(xué)內(nèi)容的新的教學(xué)體系，以減少教學(xué)內(nèi)容的交叉與重復(fù)。其中，復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)模塊包括復(fù)合材料概述及各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ)。復(fù)合材料剛度分析模塊包括正交各向異性復(fù)合材料的工程彈性常數(shù)、單層復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系、單層復(fù)合材料變形的宏、細(xì)觀分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)定、層合板的本構(gòu)關(guān)系及變形的宏觀分析、單層板及層合板的濕熱變形計(jì)算等。而復(fù)合材料強(qiáng)度分析模塊包括單層復(fù)合材料強(qiáng)度的宏、細(xì)觀分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)定、層合板強(qiáng)度的宏觀分析及濕熱應(yīng)力計(jì)算等。經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐證明，調(diào)整后的教學(xué)新體系，因教學(xué)內(nèi)容編排的脈絡(luò)更加清晰，有利于學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，而且因減少了一些不必要的重復(fù)內(nèi)容，更有利于在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)較好地完成課程教學(xué)目標(biāo)。

在教學(xué)內(nèi)容方面，注重將基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，增加了許多工程實(shí)例、生活實(shí)例和科研案例，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生利用復(fù)合材料力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。例如，在層合板強(qiáng)度的宏觀力學(xué)分析部分，增加了分析大型風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片破壞的例子；在層合板剛度的宏觀力學(xué)分析部分，結(jié)合自己的科研方向，增加了對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的記憶合金/Si復(fù)合膜的變形分析［8］等。此外，在教學(xué)內(nèi)容中還融入了一些科研成果及學(xué)科發(fā)展前沿的相關(guān)內(nèi)容，以啟發(fā)和拓寬學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)學(xué)生利用復(fù)合材料力學(xué)知識(shí)獨(dú)立分析解決工程問題和科研問題的能力。例如，在學(xué)習(xí)單層復(fù)合材料剛度的細(xì)觀力學(xué)分析時(shí)，筆者結(jié)合自己的科研項(xiàng)目，以“基于形狀記憶合金（以下簡(jiǎn)稱SMA）的智能復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)”為例，介紹了利用細(xì)觀力學(xué)分析方法對(duì)SMA智能復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)建模及仿真分析等一系列研究成果。又如，在復(fù)合材料概述部分，增加了“超材料”的內(nèi)容；在復(fù)合材料的濕熱效應(yīng)部分，增加了“極端力學(xué)”等學(xué)科的前沿內(nèi)容。

在教學(xué)內(nèi)容中潤(rùn)物無聲地融入思政元素，以培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感、責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)及創(chuàng)新意識(shí)等。例如，在學(xué)習(xí)復(fù)合材料概述時(shí)，以C919飛機(jī)、神舟系列載人飛船等大國(guó)重器為例，介紹了先進(jìn)復(fù)合材料在我國(guó)航空航天事業(yè)中的應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和愛國(guó)熱情。又如，在學(xué)習(xí)層合板的剛度問題時(shí)，以大型風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片氣動(dòng)性能分析為例，讓學(xué)生進(jìn)行探討：若要提高復(fù)合材料葉片的氣動(dòng)性能，應(yīng)該如何改變或優(yōu)化風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)、選材、鋪層順序等問題，由此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)思維。

三、教學(xué)方法與手段的改革

與“材料力學(xué)”“彈性力學(xué)”等力學(xué)課程相比，“復(fù)合材料力學(xué)”以各向異性復(fù)合材料的力學(xué)性能分析為主，研究?jī)?nèi)容相對(duì)來說較復(fù)雜。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，筆者依據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，靈活采用啟發(fā)式、討論式、類比式、案例式等多種教學(xué)方法。例如，在學(xué)習(xí)層合板強(qiáng)度的宏觀力學(xué)分析時(shí)，一般采用小組討論法或案例教學(xué)法。以大型風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片破壞為例，讓學(xué)生相互討論、分析風(fēng)力機(jī)葉片破壞的原因，提出提高風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片強(qiáng)度的措施，等等。在學(xué)習(xí)正交各向異性復(fù)合材料的本構(gòu)方程、復(fù)合材料強(qiáng)度理論時(shí)，一般采用啟發(fā)式、類比式的教學(xué)方法。首先引導(dǎo)學(xué)生思考各向同性材料的本構(gòu)方程的表達(dá)形式是什么、各向同性材料中常用的強(qiáng)度理論有哪些，然后讓學(xué)生自己分析、比較各向同性材料與正交各向異性復(fù)合材料在本構(gòu)方程和強(qiáng)度理論等方面有哪些異同點(diǎn)。

此外，將多媒體與黑板板書有機(jī)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高課堂的教學(xué)效果。一般來說，對(duì)于基本概念、基本理論的介紹，采用多媒體手段，以圖片、動(dòng)畫或視頻的形式展現(xiàn)，同時(shí)在課件中增加了對(duì)教學(xué)內(nèi)容的英文翻譯。對(duì)于公式推導(dǎo)或計(jì)算舉例的內(nèi)容，基本以板書為主，便于學(xué)生跟上教學(xué)節(jié)奏，及時(shí)掌握教學(xué)內(nèi)容。

自2019—2020年第二學(xué)期線上教學(xué)以來，筆者將雨課堂引入“復(fù)合材料力學(xué)”課程教學(xué)中。通過雨課堂的隨機(jī)點(diǎn)名、考勤、隨堂練習(xí)、布置課后作業(yè)等功能來輔助教學(xué)，及時(shí)了解學(xué)生的出勤情況及對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，這不僅助力教師及時(shí)改進(jìn)教學(xué)、提高了教學(xué)效果，還為做好課程過程的考核記錄提供了便利。

四、考核方式的改革

為了強(qiáng)化學(xué)生分析解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及國(guó)際化視野等綜合素質(zhì)，“復(fù)合材料力學(xué)”課程從最初的采用100%期末考核的方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎眠^程考核與期末考核相結(jié)合的方式。目前過程考核占總評(píng)成績(jī)的50%，期末考核占總評(píng)成績(jī)的50%。過程考核包括寫文獻(xiàn)閱讀報(bào)告或研究性小論文、中英文文獻(xiàn)互譯、完成編程計(jì)算或通過商用軟件計(jì)算的綜合性大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等。期末考核一般采用開卷的形式，題型比較靈活，有判斷題、簡(jiǎn)答題、證明題、綜合分析計(jì)算題等。各考核環(huán)節(jié)與教學(xué)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。此外，根據(jù)每學(xué)期教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況，教師會(huì)對(duì)考核環(huán)節(jié)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

表1 “復(fù)合材料力學(xué)”課程考核環(huán)節(jié)與教學(xué)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

結(jié)語

經(jīng)過幾年的持續(xù)建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐，“復(fù)合材料力學(xué)”的課程資源及教學(xué)內(nèi)容逐漸豐富，教學(xué)方法和手段變得靈活多樣，教學(xué)體系和考核方式也更加科學(xué)合理，教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度及人才培養(yǎng)質(zhì)量逐年提高。通過調(diào)查問卷可知，學(xué)生對(duì)“復(fù)合材料力學(xué)”課程的教學(xué)效果比較滿意，教學(xué)督導(dǎo)員也對(duì)本課程教學(xué)給予了肯定，這說明“復(fù)合材料力學(xué)”課程建設(shè)已取得了一定的成效。