基于OBE理念的“复合材料力学”课程建设探索

孙双双

（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）

近年来，随着经济全球化的快速发展，国际竞争日益激烈，国家对综合型、创新型高素质人才的需求日趋增大［1］。如何培养出既具有扎实的专业知识，又具有较强的创新意识、国际化视野和问题解决能力的综合型、创新型高质量人才，以适应当今社会的发展和需求，是高校各专业人才培养共同面临的一个问题。

青岛科技大学是一所以工科为主、培养应用型人才的省属重点大学。“复合材料力学”是面向青岛科技大学工程力学、机械工程等相关专业硕士研究生开设的一门重要专业基础课，共32学时。作为固体力学的一个重要分支，本课程不仅向学生传授复合材料及结构的力学性能分析、评估及优化相关专业知识，还在培养学生分析解决问题能力、科研能力、创新意识及国际化视野等综合素质方面发挥了十分重要的作用。

本课程在青岛科技大学开设的时间不长，教学资源不够丰富，尤其是英文教学资源匮乏。此外，教材上的内容理论性强，且以各向异性复合材料的力学性能分析为主，较各向同性材料的力学性能分析复杂得多，学生在学习时普遍存在畏难情绪，传统教学模式下的课堂气氛也比较沉闷。为了提高教学效果，提升研究生的培养质量，笔者基于OBE目标导向教育理念［2］，在教学资源、教学体系与内容、教学方法与手段、考核方式等方面进行了一系列探索与实践，取得了一定的建设成效。基于OBE目标导向理念的“复合材料力学”课程建设思路如图1所示。

图1 基于OBE目标导向理念的“复合材料力学”课程建设思路

一、教学资源建设

教学资源是保证教学有效开展、达成教学目标的重要条件。为此，首先对“复合材料力学”课程的教学资源进行建设。在本课程建设初期，以中文教学资源建设为主，选定沈观林、胡更开编著的《复合材料力学》［3］作为教材。为了帮助学生理解一些枯燥、抽象的基本概念和公式，提高学生的学习兴趣，配套制作了工程实例、生活实例及科研实例等较为丰富的多媒体课件，并购置了刘新东、刘伟主编的《复合材料力学基础》［4］，陈建桥主编的《复合材料力学》［5］，等等中文参考书，既拓展了教材内容，也为学生的课外学习提供了参考。此外，按照专业人才培养目标和培养要求，制定了较为科学、合理的教学大纲，撰写了教案和讲稿等教学资源，并在教学实践中对教案、讲稿及课件等教学资源进行完善、更新和优化。

近两年，在山东省“研究生优质课程”建设经费的资助下，我校对“复合材料力学”课程的英文教学资源进行了建设，购置了AUTAR K.KAW主编的《复合材料力学》［6］和ROBERT M.JONES主编的《复合材料力学》［7］的英文原版教材和参考书，并修订完成了双语版的“复合材料力学”教学大纲、教案及课件，这为开展研究生“复合材料力学”双语教学、拓宽学生的国际化视野等奠定了基础。

二、教学体系优化与教学内容创新

基于青岛科技大学研究生的知识基础及专业人才的培养要求，笔者对“复合材料力学”课程的教学体系进行了调整和优化，对教学内容进行了重塑和更新。

在教学体系方面，以连续纤维增强复合材料为主要研究对象，将教材中的以复合材料力学性能分析方法为主线组织教学内容的教学体系，调整为按照复合材料力学基础、复合材料刚度分析、复合材料强度分析三个模块组织教学内容的新的教学体系，以减少教学内容的交叉与重复。其中，复合材料力学基础模块包括复合材料概述及各向异性弹性力学基础。复合材料刚度分析模块包括正交各向异性复合材料的工程弹性常数、单层复合材料的本构关系、单层复合材料变形的宏、细观分析及实验测定、层合板的本构关系及变形的宏观分析、单层板及层合板的湿热变形计算等。而复合材料强度分析模块包括单层复合材料强度的宏、细观分析及实验测定、层合板强度的宏观分析及湿热应力计算等。经过几个学期的教学实践证明，调整后的教学新体系，因教学内容编排的脉络更加清晰，有利于学生理解和掌握教学内容，而且因减少了一些不必要的重复内容，更有利于在有限的学时内较好地完成课程教学目标。

在教学内容方面，注重将基础理论与实际应用相结合，增加了许多工程实例、生活实例和科研案例，以提高学生的学习兴趣，培养学生利用复合材料力学知识解决实际问题的能力。例如，在层合板强度的宏观力学分析部分，增加了分析大型风力机复合材料叶片破坏的例子；在层合板刚度的宏观力学分析部分，结合自己的科研方向，增加了对微机电系统驱动器的记忆合金/Si复合膜的变形分析［8］等。此外，在教学内容中还融入了一些科研成果及学科发展前沿的相关内容，以启发和拓宽学生的思维能力，培养学生利用复合材料力学知识独立分析解决工程问题和科研问题的能力。例如，在学习单层复合材料刚度的细观力学分析时，笔者结合自己的科研项目，以“基于形状记忆合金（以下简称SMA）的智能复合材料与结构”为例，介绍了利用细观力学分析方法对SMA智能复合材料与结构进行力学建模及仿真分析等一系列研究成果。又如，在复合材料概述部分，增加了“超材料”的内容；在复合材料的湿热效应部分，增加了“极端力学”等学科的前沿内容。

在教学内容中润物无声地融入思政元素，以培养学生的民族自豪感、责任担当意识及创新意识等。例如，在学习复合材料概述时，以C919飞机、神舟系列载人飞船等大国重器为例，介绍了先进复合材料在我国航空航天事业中的应用，以培养学生的民族自豪感和爱国热情。又如，在学习层合板的刚度问题时，以大型风力机复合材料叶片气动性能分析为例，让学生进行探讨：若要提高复合材料叶片的气动性能，应该如何改变或优化风电叶片的结构、选材、铺层顺序等问题，由此培养学生的创新意识和科学思维。

三、教学方法与手段的改革

与“材料力学”“弹性力学”等力学课程相比，“复合材料力学”以各向异性复合材料的力学性能分析为主，研究内容相对来说较复杂。为了调动学生的学习积极性，加强学生对教学内容的理解，笔者依据教学内容的特点，灵活采用启发式、讨论式、类比式、案例式等多种教学方法。例如，在学习层合板强度的宏观力学分析时，一般采用小组讨论法或案例教学法。以大型风力机复合材料叶片破坏为例，让学生相互讨论、分析风力机叶片破坏的原因，提出提高风力机复合材料叶片强度的措施，等等。在学习正交各向异性复合材料的本构方程、复合材料强度理论时，一般采用启发式、类比式的教学方法。首先引导学生思考各向同性材料的本构方程的表达形式是什么、各向同性材料中常用的强度理论有哪些，然后让学生自己分析、比较各向同性材料与正交各向异性复合材料在本构方程和强度理论等方面有哪些异同点。

此外，将多媒体与黑板板书有机结合，优势互补，提高课堂的教学效果。一般来说，对于基本概念、基本理论的介绍，采用多媒体手段，以图片、动画或视频的形式展现，同时在课件中增加了对教学内容的英文翻译。对于公式推导或计算举例的内容，基本以板书为主，便于学生跟上教学节奏，及时掌握教学内容。

自2019—2020年第二学期线上教学以来，笔者将雨课堂引入“复合材料力学”课程教学中。通过雨课堂的随机点名、考勤、随堂练习、布置课后作业等功能来辅助教学，及时了解学生的出勤情况及对教学内容的掌握情况，这不仅助力教师及时改进教学、提高了教学效果，还为做好课程过程的考核记录提供了便利。

四、考核方式的改革

为了强化学生分析解决问题的能力，培养学生的创新意识及国际化视野等综合素质，“复合材料力学”课程从最初的采用100%期末考核的方式逐渐转变为采用过程考核与期末考核相结合的方式。目前过程考核占总评成绩的50%，期末考核占总评成绩的50%。过程考核包括写文献阅读报告或研究性小论文、中英文文献互译、完成编程计算或通过商用软件计算的综合性大作业、实验方案设计等。期末考核一般采用开卷的形式，题型比较灵活，有判断题、简答题、证明题、综合分析计算题等。各考核环节与教学目标的对应关系如表1所示。此外，根据每学期教学目标的达成情况，教师会对考核环节进行持续改进。

表1 “复合材料力学”课程考核环节与教学目标的对应关系

结语

经过几年的持续建设和教学实践，“复合材料力学”的课程资源及教学内容逐渐丰富，教学方法和手段变得灵活多样，教学体系和考核方式也更加科学合理，教学目标的达成度及人才培养质量逐年提高。通过调查问卷可知，学生对“复合材料力学”课程的教学效果比较满意，教学督导员也对本课程教学给予了肯定，这说明“复合材料力学”课程建设已取得了一定的成效。