淺談《材料力學》的興趣培養

白 楊 陳俊旗

河南工業大學土木建筑學院（45000 1）

1 《材料力學》教學現狀

《材料力學》是一門專業基礎課，是連接基礎課和專業課的重要橋梁。尤其對于機械類專業的學生而言，材料力學是考研的專業課程之一，其重要性不言而喻。《材料力學》的課程特點是概念多、公式多、實驗多，內容瑣碎而枯燥，容易形成教師不好講、學生不愿學、教學效果差的惡性循環。

捷克著名教育學家夸美紐斯說:“教育是一種教起來使人感到愉快的藝術，就是說，它不會使教員感到煩惱，或是學生感到厭惡，它能使教員和學生全都得到最大的快樂”。[1]

如果在授課過程中能積極培養學生對《材料力學》的興趣，必然使學生由被動地聽轉變為主動地學，并形成一種輕松愉悅的課堂氛圍，師生都將樂在其中。通過借鑒他人的教改成果[2]并結合本人的教學經驗,現提出以下三種培養學習興趣的淺見，以作拋磚引玉之用。

2 培養學習興趣的方法

2.1 開篇設疑

平鋪直敘地介紹課本知識顯然沒有先設疑再解答的方式更引人入勝，因此可以從以下兩部分著手:即緒論部分的總體設疑和各章內容的分別設疑。

緒論部分主要介紹了材料力學的任務和一些基本概念、基本方法和基本假設，如果在介紹完課本知識后能將生活和工程中的實例作為問題提出來，并讓學生在以后的學習中慢慢尋找答案，就會使學生以一種好奇渴望的心態去學習《材料力學》。例如,為什么梁的橫截面是豎著放而不是橫著放的?一張紙在折疊前后的承重能力和變形情況為什么有顯著的差異?自行車的主要承重構件為什么用空心鋼管而不用實心鋼管?自行車、電動車和汽車在和障礙物發生水平碰撞時的沖擊力分別有多大?

各章內容的分別設疑是指在講解每一章的內容時應先通過具體的實例提出問題，從而引出要介紹的章節內容，然后介紹一些相應的工程背景或力學發展簡史,已達到激發學生興趣的良好效果。例如壓桿穩定這一章就可以通過細長鋼板條 （塑性材料）和松木板條（脆性材料）的受壓試驗提出問題：為什么在強度滿足的情況下構件會發生失效?引導學生分析思考后就能得到答案:因為引起構件失效的原因除了強度、剛度以外還有穩定性，自然而然引出了本章主題——壓桿穩定。

2.2 提高課堂參與度

在課堂授課過程中一般都是以教師為主體，學生的參與度較低，從而導致課堂氣氛沉悶而缺乏活力，自然無法提起學生的學習興趣。要提高學生的課堂參與度，可以試著讓學生變成小老師。例如，在每節課開始時請學生為大家總結上一節課的主要內容,或是在習題課上請學生講解做過的作業，不足之處再由老師修正完善。讓學生作總結既可以使他們養成課后復習的好習慣，也鍛煉了他們的總結概括能力和在公眾場合下的表達能力，可謂一舉三得。由學生講解課后作業還可以起到預防抄襲作業的目的。

除此之外,《材料力學》課本上每章都有思考題，特別有助于學生對概念的深層理解。因此可以在講完相應的知識點后挑一些典型的思考題放在課堂上討論，讓同學們通過積極討論活躍課堂氣氛，變被動聽講為主動思考,從而大大提高聽課效率，杜絕了“課上一聽就懂，課下一做就錯”的現象。

2.3 介紹趣味力學現象

學生們都喜歡聽老師講故事、講笑話，這也是老師調節課堂氣氛和調動學生情緒的有效手段。如果把一些趣事與材料力學知識聯系起來講，不僅使學生更愛聽課，也鍛煉了他們利用所學知識分析解決問題的能力。

例如，在講完材料拉壓時的力學性能、軸向拉（壓）桿的應變能和應力集中這些知識點后，就可以引導學生從力學的角度來分析唐代詩人盧綸的《塞下曲》:“林暗草驚風，將軍夜引弓。平明尋白羽，沒入石棱中。”詩中所描述的將軍引弓而“滅矢飲羽”是否可能?這個問題需要從兩方面進行分析，可以培養學生分析問題的全面性。

1）射箭的過程中，射手的臂力使弓和弦變形，變形了的弓積蓄了應變能，然后應變能通過弓弦轉化為箭的動能，使箭飛向目標。弓的變形越大，箭的初動能也越大。箭的初動能在飛行過程中，因克服空氣阻力和發聲（轉化為聲能）將有所損耗。以現代武器來比擬，加農炮炮身長為口徑的40倍以上，炮彈出膛的平均速度在700 m/s以上 （聲音在空氣中的傳播速度為340 m/s），是音速的2倍多，同時炮彈從膛線獲得每分鐘幾千轉的高轉速。炮彈的平動動能加上轉動動能就足以摧毀裝甲車。雖說巖石遠不及鋼甲堅固，但由粗略的推算可知，不會旋轉的箭必須以接近音速的速度飛行，才能以足夠大的動能撞向巖石，這是人的臂力無法達到的。

2）從材料的力學性能來看，巖石類的脆性材料受較大外力作用后易出現崩裂現象，另外巖石表面和內部往往有許多孔隙與裂縫。當巖石受到外壓時，這些孔隙周圍會出現“應力集中”現象，更容易崩裂。因此，即使箭有足夠大的動能，也不會在巖石上鉆一個洞沒入其中。

所以，如果動能不足，箭會“遇石而墜”；如果動能足夠，也只會“箭到處，碎石紛飛”。

3 教學效果與體會

在教學過程中通過上述三種方式的實施，使學生對《材料力學》這門課產生了濃厚的興趣，對學好這門課也充滿了信心，并且在討論分析的過程中達到了學以致用的目的。與單純地照本宣科相比，這樣的教學方式深受學生喜愛，也取得了較好的學習效果，主要體現在以下三方面（見圖1，數據來源于2009、2010年度《材料力學》課程的平時成績和試卷成績）:

1）到課率顯著提高，不再需要利用點名的方式督促學生按時上課。

2）聽課效率高，課堂氣氛活躍，師生間能形成良好的互動。

3）總體考試成績明顯提高，優良比例提升，不及格率大大降低。

[1]白楊.淺談《工程力學》的課堂教學藝術[J].河南建材,2008(1):12～13.

[2]李萍.關于《材料力學》教學改革的幾點思考[J].科技信息,2011(33):493.

[3]劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社,2004.