基于团队学习的工科大学生创新能力培养实践
摘要：培养学生的创新能力是当前大学生素质教学的重要内容之一。应用团队学习模式，通过力学建模与分析报告、创新实践项目、大学生力学竞赛等多种形式，锻炼了学生的力学知识综合应用能力和创新能力，增强了学生的创新素质。
关键词：团队合作；材料力学；创新能力
作者简介：徐鹏（1969-），男，山西永济人，中北大学理学院副院长，教授。（山西 太原 030051）
基金项目：本文系2011年～2013年山西省高等学校教学改革项目“材料力学教学中提高学生力学建模与创新能力的研究与实践”的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0017-01
当今世界，创新已成为经济社会发展的主要驱动力，创新能力成为国家竞争力的核心要素。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）指出：“加强创新创业教育和就业指导服务。把创新创业教育贯穿人才培养全过程。”同时，当今世界范围内的重大科学与工程技术实践，越来越需要庞大的创新团队进行多学科高度协同合作，所以善于与其他人交流互助、协调合作是创新人才的必备品质。工科大学生除了要掌握本专业的基本理论、方法和知识以外，还应具备开拓创新的意识、思维和能力。专业知识的传授是教育的主要内容之一，而创新意识、思维和能力的开发、培养则是教育更本质、更核心的内容。当前高等学校应在加强工科大学生基础知识学习的基础上，以强化创新能力和合作精神为核心，重构课程体系，优化教学内容，着力推动团队学习方法，加强工科大学生创新能力训练和创新素质培养。[1-4]本文在山西省高等学校教学改革项目支持下，针对机械类和近机械类大学生开展了材料力学课程教学改革，在提高学生创新能力方面进行了有益的探索。
一、创新能力培养的整体思路
材料力学课程是理工科相关专业学生直接面向工程设计的重要技术基础课程，它是结构和强度工程师最主要的专业基础课。随着应用型人才、复合型创新人才的社会需求不断提高，以及有限元模拟和其他数值计算商业软件的广泛应用，材料力学教学在掌握基本概念、方法的基础上，应加强培养学生应用材料力学知识进行创新的能力。创新能力培养的整体思路主要包括：与传统课堂授课模式相结合，通过团队学习方式进行力学建模训练；依托学校创新平台，通过参加全国大学生力学竞赛和山西省大学生创新创业项目，加强对学生创新能力的培养。
二、力学建模分析训练中对创新能力的培养
区别于以往材料力学教学过程中的“大作业”，力学建模分析训练需要以团队合作完成，且更强调学生从工程和生活实际中自主选择问题并提炼力学模型，最后提交PPT报告并选出各组代表上台汇报。整个力学建模过程中每个学生都不是旁观者，必须全力以赴参与，学生在小组中的作用及其参与程度作为评价学生学习的一个方面，从而能最大程度地调动学习的积极性。为了培养学生的团队合作精神，在材料力学课程开始时把学生按学号分成学习小组，每个小组需要合作完成力学建模与分析报告，以《力学建模与分析报告指导建议书》的形式布置给各组。建议书包括以下主要内容：所选取的工程问题描述和解释（需要提供工程和生活实际的照片或网上的图片）；简化得到力学计算简图，包括载荷、约束、结构尺寸以及材料，建立工程问题的力学模型；具体分析计算，包括强度、刚度等；本组的创新点说明；对本组在建模过程中表现的自我评价；小组成员在报告形成过程中的贡献等。学生利用课后时间以小组形式研究讨论，并及时与教师交流，教师因势利导、因材施教，根据各组选择问题的特点，发扬每个学生的长处，挖掘他们的潜能，使每个学生都各得其所，从而达到了创新教育的目的。
学生选择的大多是身边能看到的问题，涉及工程结构和生活器具结构等。例如指甲刀的强度校核、衣架强度与变形分析、普通插销受力力学模型分析、门把手力学分析、单杠模型力学分析、人字梯结构分析、街道信号灯杆的强度刚度分析、塔吊结构模型及其力学分析、空调支架稳定性力学建模、楼房雨棚的强度设计等等，涉及的领域和覆盖的材料力学知识知识都较全面。报告的陈述和评价由学生来完成，主要从下面几个方面进行评价：选题的综合性和难易程度、力学模型建立是否准确、分析计算是否正确、PPT制作和讲解，最后把各组的评分表交回教师作为总评成绩的一部分。
有的组反馈：“本组的创新点：在没有试验器材的情况下充分发挥我组的各个成员的想象力完成了任务；该例子非常接近生活，是我们大家每天都要碰到的力学实例”。“通过本次的力学建模，使我们认识到生活中处处皆力学，更好地利用掌握的力学知识进行创新活动，最重要的是令我学会如何去思考一个问题，思维过程是非常重要的，并且学到了团队协作的重要性。”
三、依托学校创新平台的创新实践
1.山西省大学生创新创业项目
为了提高学生利用力学及其相关知识进行创新活动的能力，迫切需要建立培养创新能力的平台体系，并根据建构主义教育理论和学习方法的指导，设计创新能力培养的综合体系，让有兴趣、有特长、有热情的大学生和教师参与到创新实践中来，从而培育大学生科技创新团体，调动大学生的学习主动性、积极性，形成良好的学风和创新氛围。我们鼓励高年级本科生充当科研助手，笔者从自己承担的科研项目中提炼一部分适合高年级学生完成的内容，和项目组同事组织学生申报并获批了山西省大学生创新创业项目3项。
创新能力的培养首先必须有硬件平台作保证，并且其硬件环境必须与围绕创新能力培养目标所构建的知识框架相适应，山西省大学生创新创业项目就提供了一个非常好的创新平台和机会。这些活动具有实践性强、探索性强和综合性强的特点，有利于提高学生的创新能力和专业素质。在导师的指导下，4-5个人组成小组自主进行研究性学习，包括发现问题、设计实验方案、组织设备及材料、实施实验、考察调研、进行数据分析处理、撰写总结报告和科学论文等。通过项目实施，促进高等学校积极探索创新性人才培养的新模式，倡导以学生为主体的人才培养和研究性学习教学改革，建立以问题和课题为核心的教学模式，强化实践教学、创新创业教育，使学生得到科学研究、发明创造和就业创业的初步训练，形成优良的创新创业氛围和文化，推动高等教育教学改革，不断提高教学质量。
山西省大学生创新创业项目对学生融合其所学知识，激发新知识学习兴趣和创新思维，培养动手能力、创造能力和协作精神具有明显的作用，促进了创新素质教育。
2.全国大学生力学竞赛
以力学竞赛为契机，激发学生学习基础力学的热情与动力，探索力学素质教育新途径。在教学实践中，我们充分利用校级、国家级力学竞赛活动的时间连贯性特点，通过一系列的竞赛辅导方式鼓励学生积极参加比赛，在全程参与力学竞赛、享受竞赛乐趣的同时激发学生学习基础力学的热情与动力。经过校级竞赛选拔，组建竞赛队伍进行培训。因为时间有限，为了提高培训效果，将学生分为若干个小组，每个组由一名老师负责答疑。培训分为两部分，首先是基础知识复习、教材中难点和综合内容的挖掘。因为以前已经学习过了，这部分比较枯燥，除了完成一些难度较大的题目，还要求组长定期集中起来各组的问题，及时请教指导老师。其次，进行历届竞赛试题解析，将看似枯燥的力学基础理论与具有趣味性生活实例结合起来，使学生体验到力学的用武之地。通过这种自由讨论、交流、补充、修正的方式，极大地激活了学生的创新思维，在潜移默化中提高了学生学习基础力学的兴趣。
通过创新基础力学教育教学模式，创造了一种课程体系和课程内容改革的引导机制，探索出一套切实有效的学生学习力学知识和实践相结合的竞赛模式，搭建了一个培养高素质力学人才的平台和载体，转变了教师对材料力学课程的传统教育教学观念，提升了水平能力，推动了力学教育教学改革，较好解决学生创新能力培养的问题。
四、结束语
在材料力学教学中提高学生的创新能力是社会发展的要求，也是课程体系、知识结构变化的需要。
通过团队合作学习和合作研究，最大限度地调动了绝大多数学生学习材料力学的主动性，激发了学生创新的动力，促进了材料力学理论和实践的结合，有利于锻炼学生的实践能力，培养创新性和实用性人才。
参考文献：
[1]陈海英.机械类创新人才培养与教学改革[J].中国电力教育，2009，（7）：82-83.
[2]宋曦，杨静宁.工科专业材料力学教学创新的探索与实践[J].力学与实践，2010，32（2）：142-143.
[3]屈本宁，张曙红.基础力学创新教育的理论与环境[J].中国大学教学，2007，（2）：23-24.
[4]李学平.力学教学中的创新素质培养[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2009，10（1）：38-39.
（责任编辑：刘辉）