“材料力學(xué)”課程教學(xué)改革實(shí)踐

摘要：“材料力學(xué)”是工科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。為了提高課程的教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量和滿足21世紀(jì)對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的需求，針對(duì)“材料力學(xué)”的教學(xué)現(xiàn)狀和課程特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了探討。為了取得較好的教學(xué)效果，“材料力學(xué)”的教學(xué)應(yīng)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，科學(xué)確定教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段，并注重加強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；學(xué)習(xí)興趣；比較法；歸納法；多媒體

作者簡(jiǎn)介：張揚(yáng)（1977-），女，河南南陽(yáng)人，南陽(yáng)理工學(xué)院土木工程系，講師，上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院博士研究生（上海

200240）。（河南 南陽(yáng) 473004）李四平（1965-），男，河南焦作人，上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，副教授。（上海 200240）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）28-0059-02

“材料力學(xué)”是機(jī)械、土木等工科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的任務(wù)是在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。“材料力學(xué)”具有較強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性和實(shí)踐性，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，它為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)知識(shí)、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題打下必要基礎(chǔ)。

“材料力學(xué)”是新生入學(xué)后接觸較早的聯(lián)系工程實(shí)際的一門課程，其內(nèi)容龐雜、公式繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)有一定的難度。隨著高等教育教學(xué)改革的不斷深入，“材料力學(xué)”的教學(xué)學(xué)時(shí)在總學(xué)時(shí)分配上呈下降趨勢(shì)。為了幫助學(xué)生學(xué)好這門課程，適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”創(chuàng)新人才的需求，達(dá)到理想的教學(xué)效果，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)最大限度地提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，是需要材料力學(xué)任課教師不斷思考、研究和探索的問(wèn)題。

一、根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，科學(xué)確定教學(xué)內(nèi)容

“材料力學(xué)”的教學(xué)應(yīng)首先根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，科學(xué)確定教學(xué)內(nèi)容，做到與專業(yè)一致。以土木、機(jī)械專業(yè)為例，在土木工程中常用到受壓和受彎構(gòu)件（如柱、梁），受扭構(gòu)件則較少用到，所以對(duì)于土木專業(yè)來(lái)說(shuō)，構(gòu)件基本變形部分應(yīng)以軸向拉（壓）和彎曲變形為教學(xué)重點(diǎn)。而在機(jī)械工程中受扭構(gòu)件（如傳動(dòng)軸）也被大量應(yīng)用，所以對(duì)于機(jī)械專業(yè)，軸向拉（壓）、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形都要作為教學(xué)重點(diǎn)。又如，土木工程中的結(jié)構(gòu)通常都是靜不定結(jié)構(gòu)，靜不定結(jié)構(gòu)的求解應(yīng)作為土木專業(yè)的一個(gè)教學(xué)重點(diǎn)，需要反復(fù)舉例演練，例題和作業(yè)最好也與專業(yè)一致。俗話說(shuō)“隔行如隔山”，例題和作業(yè)與專業(yè)相關(guān)，不僅能夠達(dá)到良好的教學(xué)效果，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生解決本專業(yè)工程實(shí)際問(wèn)題的能力，為學(xué)生以后的工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)，取得事半功倍的效果。

在“材料力學(xué)”的教學(xué)中應(yīng)注意與其他專業(yè)課程的銜接，保持連貫統(tǒng)一，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)作好準(zhǔn)備。例如，材料力學(xué)中規(guī)定正、負(fù)彎矩分別畫在構(gòu)件的上方和下方，同時(shí)要標(biāo)明彎矩符號(hào)。而結(jié)構(gòu)力學(xué)中規(guī)定彎矩畫在構(gòu)件受拉的一側(cè)，無(wú)需標(biāo)明彎矩正負(fù)。所以對(duì)于土木專業(yè)來(lái)說(shuō)，為了能夠盡早按照專業(yè)要求對(duì)學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練，在講到材料力學(xué)的彎矩圖部分時(shí)，應(yīng)引入結(jié)構(gòu)力學(xué)中的相關(guān)規(guī)定，也提前為“材料力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

隨著新型材料研究的不斷深入，復(fù)合材料在土木工程、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。例如，美國(guó)阿蘭公司不用鋼、木、混凝土等傳統(tǒng)建筑材料，全部使用復(fù)合材料四層玻璃鋼建筑，不僅施工非常方便，而且工程造價(jià)比用傳統(tǒng)建筑材料低20％，抗震性能好，經(jīng)受8.5級(jí)地震后安然無(wú)恙，而類似的鋼筋混凝土建筑早已倒塌。在“材料力學(xué)”教學(xué)中應(yīng)結(jié)合專業(yè)介紹一些復(fù)合材料的應(yīng)用實(shí)例，并對(duì)復(fù)合材料力學(xué)理論作簡(jiǎn)要介紹。這些介紹不僅能夠使學(xué)生了解到專業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)能夠吸引學(xué)生，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

二、加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

孔子曾說(shuō)過(guò)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者。”只有學(xué)生“好之”、“樂(lè)之”，才能有高漲的學(xué)習(xí)熱情和強(qiáng)烈的求知欲望，才能充分發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，以學(xué)為樂(lè)，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。可見(jiàn)，興趣是學(xué)習(xí)的源動(dòng)力。所以，在“材料力學(xué)”的教學(xué)中應(yīng)注意理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)引入一些大家都很熟悉的典型實(shí)例，加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，可以舉日常生活中“切割玻璃”的例子來(lái)講解“應(yīng)力集中”概念。又如，為了使學(xué)生更形象直觀地了解梁橫截面的應(yīng)力分布，可以在課堂上用一根矩形截面的木梁做演示試驗(yàn)，事先在其上、下表面的正中位置各挖出一小塊，當(dāng)演示木梁彎曲時(shí)，上、下表面的兩個(gè)小木塊中的一個(gè)將脫落，而另一個(gè)將被擠壓，從而可以讓學(xué)生形象直觀地認(rèn)識(shí)到梁橫截面上、下兩部分的正應(yīng)力方向相反，一個(gè)是拉應(yīng)力，而另一個(gè)是壓應(yīng)力。

為了調(diào)節(jié)課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在材料力學(xué)的教學(xué)中還可以引用一些大家比較熟悉的與結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)的事件。例如，豪華游輪泰坦尼克號(hào)的沉沒(méi)災(zāi)難，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)的失事災(zāi)難，重慶綦江“彩虹橋”倒塌事故等。舉這樣一些實(shí)例，不僅能夠幫助學(xué)生理解材料力學(xué)的有關(guān)內(nèi)容，而且將書本知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生活有機(jī)聯(lián)系在一起，使這門課程充滿趣味性、實(shí)用性，能夠起到激發(fā)學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)積極性的作用。

材料力學(xué)的發(fā)展是理論與試驗(yàn)的最好融合。理論研究離不開(kāi)試驗(yàn)作基礎(chǔ)，試驗(yàn)又反過(guò)來(lái)檢驗(yàn)理論的正確性。試驗(yàn)教學(xué)不僅能夠加深學(xué)生對(duì)理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。在保證完成基本試驗(yàn)的前提下，要盡可能多地開(kāi)展綜合性試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)，體現(xiàn)學(xué)生的試驗(yàn)主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

三、綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段

為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，在“材料力學(xué)”的教學(xué)中應(yīng)綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段。“材料力學(xué)”的教學(xué)方法主要包括比較法、歸納法、啟發(fā)式教學(xué)等。除了傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”教學(xué)手段外，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，多媒體教學(xué)已被廣泛應(yīng)用于材料力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中。

1.比較法

“材料力學(xué)”的公式繁多，學(xué)生能否準(zhǔn)確記憶公式是決定材料力學(xué)教學(xué)效果的一大關(guān)鍵。在教學(xué)中應(yīng)注意運(yùn)用比較法，對(duì)相似公式進(jìn)行比較，找出其中的規(guī)律，從而能夠把不同的內(nèi)容聯(lián)系在一起，幫助學(xué)生記憶，減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。例如，比較軸向拉（壓）、扭轉(zhuǎn)、彎曲變形時(shí)橫截面的應(yīng)力公式，可以得出如下規(guī)律：，具體見(jiàn)表1。這樣不僅把三個(gè)公式變成了一個(gè)公式，使學(xué)生能夠輕松記住這三種基本變形時(shí)橫截面的應(yīng)力公式，而且還把不同章節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)。

2.歸納法

“材料力學(xué)”的內(nèi)容煩雜，教師每講完一章后，都要對(duì)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，將概念和知識(shí)點(diǎn)串成一個(gè)整體，使學(xué)生能夠從整體上掌握章節(jié)內(nèi)容，便于課后復(fù)習(xí)。為了提高學(xué)生的解題能力和解題效率，在教學(xué)中還要特別注意對(duì)解題思路、解題方法等內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，最好以口決形式給出，便于學(xué)生記憶。例如，軸力圖的畫法可歸納為：從左向右畫，力向左則向上畫，力向右則向下畫，沒(méi)有力的區(qū)段為平直線。又如，剪力圖的畫法可歸納為：從左向右畫，按力的走向直接畫（即力向上則向上畫，力向下則向下畫），沒(méi)有力的區(qū)段為平直線，有均布荷載q的區(qū)段為斜直線，斜向按q的走向畫（即q向上則向上斜，q向下則向下斜）。

3.啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)能夠引導(dǎo)學(xué)生積極思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，活躍課堂氣氛。在“材料力學(xué)”的教學(xué)中應(yīng)注意運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，根據(jù)具體情況有針對(duì)性地分層次設(shè)問(wèn)，循循善誘，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。

例如，講到求解靜不定結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力時(shí)，可以分以下六個(gè)層次設(shè)問(wèn)。復(fù)習(xí)：求解桿件內(nèi)力的方法是什么；靜定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么；與靜定結(jié)構(gòu)比較，靜不定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么；靜不定結(jié)構(gòu)的未知數(shù)多于平衡方程的數(shù)目，無(wú)法直接列平衡方程求解桿件內(nèi)力，怎么辦；變形協(xié)調(diào)方程表示的是桿件變形之間的關(guān)系，在式子中未出現(xiàn)所要求的未知數(shù)（內(nèi)力），怎么辦。總結(jié)：求解靜不定結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力的方法是什么。在設(shè)問(wèn)時(shí)，要注意觀察學(xué)生的課堂反應(yīng)，及時(shí)給出問(wèn)題的相關(guān)提示，啟發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)地思考。

4.多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)是通過(guò)文本、聲音、圖像、動(dòng)畫等多種媒體刺激學(xué)生的感官，吸引學(xué)生的注意力和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具有生動(dòng)形象、容易接受、節(jié)省時(shí)間、靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)。但由于多媒體的信息量大，過(guò)快的信息更新不利于學(xué)生思考，所以多媒體教學(xué)只能作為“材料力學(xué)”的一種輔助教學(xué)手段，不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“黑板+粉筆”教學(xué)模式。在“材料力學(xué)”的教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)具體情況，綜合運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)模式和多媒體教學(xué)，各取所長(zhǎng)，以期達(dá)到理想的教學(xué)效果。

例如，利用多媒體技術(shù)可以把低碳鋼拉伸試驗(yàn)中的試件變化、載荷P、曲線和曲線都做成動(dòng)畫形式，并放在一起，這樣就可以把隨著載荷P的增加，曲線和曲線的彈性、屈服、強(qiáng)化和局部變形四個(gè)階段以及試件變形的全過(guò)程清楚、形象地展現(xiàn)出來(lái)，能夠加深學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的理解，也提前為學(xué)生試驗(yàn)做好準(zhǔn)備。

四、結(jié)語(yǔ)

為了適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)復(fù)合型創(chuàng)新人才的需求，“材料力學(xué)”的教學(xué)需要在教學(xué)內(nèi)容、試驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)方法和教學(xué)手段上不斷進(jìn)行深入改革，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，提高課程的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。為了取得較好的課堂教學(xué)效果，應(yīng)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，科學(xué)確定“材料力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段，并注重加強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）