材料力学教学中的创新能力培养探究

彭楚才 罗华 李斌 王光辉

【摘要】创新是当今社会发展的主旋律，而创新能力培养也是教育工作重要任务和挑战。本文从创新能力的定义出发，分析了创新能力培养的四个基本要素。通过分析目前材料力学教学的现状，探讨了教育现代化背景下材料力学教学过程中实现课程思政与创新能力培养融合的可行性方法。

【关键词】教育现代化  创新能力  课程思政

【基金项目】湖南理工学院教学研究改革项目（2019B05）;《材料力学》课程思政项目（湖理工政通〔2020〕9号）;湖南省普通高等学校教学改革研究项目（HNJG-2020-1328）;湖南省课程思政建设研究项目（HNKCSZ-2020-0867）;湖南理工学院校级教学研究改革项目《产教融合背景下地方本科院校土木工程专业人才培养模式探索与实践》（湘教通[2019]291号）;南湖学院院级教研教改课题《教育现代化背景下材料力学教学中的实践与创新能力培养探究》（院教字〔2021〕37号）。

【中图分类号】G642.0   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）10-0164-02

《中国教育现代化2035》提出要加强创新人才特别是拔尖创新人才的培养，加大应用型、复合型、技术技能型人才培养比重。加强高等学校创新体系建设，建设一批国际一流的国家科技创新基地，加强应用基础研究，全面提升高等学校原始创新能力[1-2]。目前各大高校主要通过“挑战杯”“互联网+”“创青春”等各种创新创业比赛来激励学生的创新创业热情，通过实践类学科竞赛以及本科生科研训练项目来提高学生的专业创新能力[3]。虽然这些竞赛类项目已经开展多年，但是“赛”和“教”是分离的，尤其是有针对性地对学生创新能力的培养还很缺乏，怎样提高创新能力培养的系统化和普及性是进一步教学改革的方向。本课题将对材料力学教学中的创新能力培养模式进行探索，注重课程思政元素的融入，让课堂教学更立体，综合素质的培养更全面。

一、创新能力的构成要素

创新能力是各种实践活动领域中不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。从不同的侧重和表述来对创新能力进行阐释可以划分为三种观点[4]：第一种观点认为创新能力包括创新意识、创新思维和创新技能等三部分，核心是创新思维。第二种观点认为创新能力表现为两个相互关联的部分，一部分是对已有知识的获取、改组和运用;另一部分是对新思想、新技术、新产品的研究与发明。第三种观点认为创新能力应具备基础性、工具性、专业性、综合性等四类知识。综上分析，创新的本质就是创造新的思想，并将其付诸实践创造新的事物，因此培养创新能力可以从认知基础、创新思维能力、非智力因素、创新实践能力四个方面开展。

其一，认知基础。创新不是无源之水，不是无根之木，它是在已有事物或已有需求的基础上进行的改进或创造。丰富的知识、技能和实践经验积累是创新的源泉。知识面越广，对事物的认知越透彻，其产生新思想、新观点的可能性就越大，也更容易产生高价值的创新。

其二，创新思维能力。创新思维是相对于传统思维而言的，它是指以新颖独创的方法解决问题的思维过程，通过这种思维能突破常规思维的界限，以超常规甚至反常规的方法、视角去思考问题，提出与众不同的解决方案，从而产生新颖的、独到的、有社会意义的思维成果。常运用的创新思维有逆向思维、发散思维、联想思维、纵深思维、系统思维等。

其三，非智力因素。这里的非智力因素主要包括两方面：一方面是内在的求知欲望、兴趣、热情、品德、信念等，它们影响着创新行为的产生和维持，对创新思维起着定向、定性和引导的作用。另一方面是外部的创新环境与氛围，人的社会属性决定了人的认知行为的产生和突破往往是在特定的背景环境下产生的，所谓时势造英雄，外部环境对创新行为起着重要的协调和激励作用。

其四，创新实践能力。创新实践能力包括动手操作能力、语言表达能力、人际交流能力、环境适应能力、组织管理能力、心理承受能力、团队协作能力等。在社会化分工越来越精细，交流越来越密切的今天，往往重大的创新突破都是团队交流合作所碰撞出的智慧火花。因此，任何创新都不是一蹴而就的，创新性想法要演变成新思想、新技术、新产品，都需要在不断的实践中去验证和完善。

二、材料力学课堂教学的现状

材料力学是土木工程专业相当重要的一门专业基础课，将高等数学、理论力学等学科基础课过渡到结构力学、钢结构等专业课，起着承前启后的关键作用。材料力学课堂教学在培养学生的工程创新思维、工程问题处理能力以及工程职业精神和品德方面可以发挥重要作用。目前高校材料力学的教学存在的问题[5]：

1.教学内容缺创新。材料力学属于比较传统的理论课程，课堂教学多以知识讲解和习题训练为主，在课堂上很多老师年年都用着同一个教案和课件在教学。虽然有一些教师尝试将实际工程问题引入到课堂教学，但是工程问题往往只是作为一种概念引入，缺乏深度地创新开发，其内在教育价值还没有充分发掘，与知识点以及课程思政元素的融合也还不够深入。

2.教学方式太传统。2020年的新冠疫情加速了线上教育资源建设的进度，线上线下联合教学为拓展教学新形式创造了条件。然而，线上资源的建设还处于起步阶段，而且小组研讨式教学、情境式教学、翻转课堂等教学方式在实际的理论教学过程中并没有得到普遍应用。

3.教学实践滞后于教学理念。虽然秉持以生为本，我们提出了很多新的教學理念，但是教学实践与教学理念脱节。虽然现在通过打造“金课”建设了一批精品课程，但是这些线上精品课程一方面覆盖面还比较窄，另一方面还只是处在资源建设阶段，在实践中取得的教学成效并不大，难以真正解决让学生从“要我学”向“我要学”的转变。我们一直提倡要授人以渔，但何曾想过，不知鱼味何曾想要鱼，更勿论想要被授之以渔。因此新的教学理念也应从实际出发，在更广泛的实践中去完善。316269DF-501A-4410-851B-AE44F7F4AB8D

4.能力培养针对性不强。培养学生科学思维、工程素养和创新能力，具有土木工程师的职业道德和行为规范是材料力学的培养目标之一。我们一直在强调培养学生的综合能力，但是我们的教学往往还是笼统地进行知识传授，对于知识点或者教学环节所对应的具体能力培养目标我们很少去进行精准的把控。大部分课堂的创新能力和职业道德培养还只是出于口号状态，并没有针对性地落实到具体的每一个教学环节中。

三、创新能力的培养思路

目前我们教学过程中面临的很大挑战就是传统思维的束缚，包括对老师教学的束缚和对学生学习的束缚。因为力学是一门非常经典的传统学科，很多教学思维和教学体系都已经完全成型了，要突破很难，所以创新需要很大的勇气和毅力。在教学任务不减，课时量一再被压缩的今天，怎样提升材料力学课堂教学的质量，将思政元素和创新元素融入到课堂教学中，是力学教师们所面临的挑战，可从以下几方面改革：

首先，从非智力因素入手，将唤起学生好奇与创新兴趣的培养放在首要地位。我们要构建一个活跃的课堂氛围，调动学生的思维活跃性。面向教育现代化，如果仅靠严格的管理制度去约束学生学习，会让学生的天性被压抑住，那么他们的思维也难以真正活跃起来。而如果完全开放，全靠学生自觉学习，也是不现实的。从力学的角度可知，从高中阶段的高压学习氛围中走出来，如果一次性将外部的束缚都去掉，会形成强势的反弹，大部分学生的自制力都不足以抵挡这股反弹力，容易翻跟头。所以我们应当以合适的教学模式来进行管理。可以采用分组教学法，将分组教学法贯穿材料力学的理论和实践教学环节中，通过适当的激励机制和小组互动来营造一个轻松趣味的课堂，让年轻人在团队竞争与合作中点燃学习和创新的热情，引导学生从“要我创新”走向“我要创新”。其次创新是把双刃剑，如果你创新的是“营养”，那么它能让这个世界更加美好，也能帮你在前进的道路上披荆斩棘;如果创新出的是“病毒”，也可能会给这个社会带来无限的危机，让你在歧途中越陷越深。所以正确地引导创新，让学生明白“为什么要创新”“为谁创新”是高校创新教育的核心目标之一。我们要将课程思政元素融入课堂，这种融入应当身教胜于言传，给学生创造判断、选择和讨论的空间，让学生自己来感悟和体会自然哲学和社会哲学的魅力。引导学生形成积极的人生观、价值观和社会责任感，为创新指引正确的方向。

其次，扩展学生的知识储备空间。创新的知识积累可以概括为基础知识、专业知识、工具性知识或方法论知识以及综合性知识这四类。虽然我们进入了信息爆炸时代，但是爆炸的信息更多的是娱乐信息和新闻信息。对于专业领域的这四类知识学生往往接收得比较慢。因此，在课堂教学之外，我们需要向学生提供一些获得基础知识和专业知识的渠道和平台。推荐给他们专业领域的数据库、公众号、视频等优秀的资源。让学生了解最前沿和最实际的工程问题和科学技术，从这些信息中吸取创新的源泉。方法论知识和综合性知识比较抽象，它的获取往往需要从两个方面着手：一是系统地传递给学生这些方法的基本概念;二是在课堂的教学中充分运用这些知识，通过言传和身教并重，帮助学生更好地理解这些知识，并提炼成自己的行为习惯。

再次，培养创新思维。创新思维大家都有，但是大部分人没有学会运用和进一步训练开发，有意识地去培养创新思维。老师在教授新知识的时候要训练大家的观察能力和模仿能力。模仿是通过实践去理解知识，而在深刻地理解后才有更好地运用和创新。在教学资源的创建过程中要鼓励原创，教师应该以身作则，在将热点工程实例与教学内容相结合的过程中，引导学生将工程案例简化成力学模型进行计算，培养学生的分析能力、信息提取能力和联想能力。习题练习我们应当鼓励少题多法，要打击盗版，在解题方法上鼓励和提倡多元化，引导学生将逆向思维、发散思维、联想思维、纵深思维、系统思维等融入到解题的方法中，将创新思维培养成一种思维习惯。

最后，积极引导创新实践。材料力学的创新实践可以通过三个方面来实现：其一是习题创新和解题方法创新。习题练习要注重背景介绍，将学生及其周围熟悉的各种元素融入到题中，在解决问题的同时，增强学生的带入感。其二是实验课上的实践创新。我们鼓励设置开放性实验，并给有需求的学生开放实验室，为学生实践创新提供必要的资源保障。其三是学科竞赛的创新应用，结构设计竞赛是与材料力学相对应的一个很好的实践创新平台，一方面我们应鼓励学生积极参与，同时我们可以将比赛设计中的各种优秀设计案例融入到课堂教学中，让学生更好地理解运用知识来实现创新。

四、总结

创新并不神秘，它是基于解决问题和需求所進行的实践活动，它的形成过程也是有规律可循的。我们谈创新不是要完全打破传统思维，而是要在传承经典的同时，去探索新的知识和将传统的知识发挥出新的活力。“问渠那得清如许，为有源头活水来。”我们的教学应该敢于创新，善于创新，这样高校教学的这汪清泉才能始终充满活力。我们应该牢牢把握住创新能力培养的四要素，将课程思政与创新能力培养融入到材料力学教学环节中。要充分利用理论课，实验课以及学科竞赛，通过教学资源创新，教学方法创新以及教学理念创新来营造一个良好的创新学习与实践环境，全力构建面向现代化的材料力学创新型教学体系。

参考文献：

[1]刘军，李英梅.“材料力学”教学中的思政建设[J]. 科教文汇，2020（34）： 117-118.

[2]陈大鹏，姜琳婧. 基于学科竞赛的土木工程专业实践创新能力培养[J]. 中国冶金教育，2020（6）：62-64.

[3]何倩鸿，王科盛，丁杰雄. 探索新形势下实践创新能力培养新机制[J]. 教育教学论坛，2020（53）： 203-205

[4]康齐力，杨帆. 论大学生创新能力构成要素[J]. 继续教育研究，2018（7）： 57-60.

[5]娄艳辉，王照奎.新形势下理工科本科生创新能力的培养与实践探索[J].创新创业理论研究与实践，2020（21）：174-175.316269DF-501A-4410-851B-AE44F7F4AB8D