材料力學研究型教學中的取舍之道探究

摘要：針對材料力學的課程特點，對課程內容進行合理的“取”與“舍”，激勵、引導和幫助學生去發現問題，利用材料力學知識分析和解決問題，使學生在學習的過程中獲得知識的同時，培養創新能力和實踐能力，實現研究型教學的目的。

關鍵詞：材料力學；研究型教學；創新能力

作者簡介：魏永強（1980-），男，河南長葛人，鄭州航空工業管理學院，講師；馮錫蘭（1965-），女，河南輝縣人，鄭州航空工業管理學院，教授。（河南 鄭州 450015）

基金項目：本文系河南省教育廳科學技術研究重點項目（項目編號：13A430397）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0100-02

材料力學作為高等院校理工科專業的基礎課程，具有很強的實踐性，不但結合了學生在高中所學習的物理課程，還承接了高等數學微積分方面的課程內容，在培養大學生工程實踐能力和知識創新能力方面具有很好的中間紐帶作用。開展材料力學課程的教學研究，根據課程的教育教學目標和教學大綱的要求，引入多媒體展示材料變形過程，結合實例打開學生的開放性思維，使學生主動參與教學活動，對原有教學內容進行合理的取與舍。開展研究型教學模式，培養學生自主學習的能力，授之以魚，不如授之以漁。[1]

一、傳統教學模式特征

在傳統的板書教學模式中，[2]由于學時的要求和板書教學表現方法的局限性，不能非常形象地把力學變形進行多方位展示，學生在知識的接收方面處于被動地位。再加上材料力學課程的基本概念、定理和公式繁多，在進行公式推導的過程當中，還要用到高等數學和微積分方面的內容，同時還有理論力學和高中物理方面的知識，學科的交叉性很強。學生在聽課的過程中即使非常認真，也會因為某個知識點掌握不牢，導致對公式和理論由來與應用不能融會貫通，逐漸對材料力學課程的學習望而卻步。為了改變這種教學方式的不利因素，使學生在課程學習的過程中發散思維，培養學生利用力學知識進行創新設計的能力，實現由傳授知識為主要特征的教學（傳統）型教學向以培養認知能力為主要特征的研究（創新）型教學轉變。

二、研究型教學的實施思想

在研究型教學的實施過程中，通過教學與研究、實踐的結合，引導學生創造性地運用基礎知識，自主地發現、研究和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維。[3-5]通過教師和學生的角色轉變，學生從傳統的被動接受變成主動認知，教師從知識的傳輸變成指導，實現了素質教育和知識教育的緊密結合。再采用精心設計的教學方案，增強教與學之間的互動性，[6，7]將知識點在教學過程中進行合理的“取”與“舍”，調動學生的積極性和創新思維。通過實際的工程問題，來實現在教師指導下學生應用課本知識解答問題的研究型教學模式轉變。

1.研究型教學中的“取”

緒論和引言：如何講好學生注意力最集中的第一課是課程成功的關鍵，所以緒論和每一章節引言部分是課堂內容的重中之重。[8]通過對課程內容和章節重點的介紹，從相關的工程實例中“取”出一些非常典型的相關案例，再結合力學涉及的相關歷史人物事跡，[9]使學生在接受新知識的同時發散思維，自己去想一些相關的例子。明確了課程和章節內容的難點與學習技巧，使教師的教學工作能夠順利開展。

實驗教學：采用開放式的實驗教學[10-13]模式，依據研究型教學改革和當前素質教育的需求，具體結合高校實驗室的實際情況，通過實驗老師的指導，讓學生根據對課本內容的理解，分組來設計實驗，觀察各個小組的實驗完成情況，對實驗中出現的現象和問題進行分析，讓學生從最終的實驗結果中把書本中的相關知識點“取”出來，轉化為學生的實踐能力和創新能力。同時適當引入當前材料科學領域的熱點研究，比如高分子、陶瓷和復合材料等，引導學生建立材料結構與性能之間的聯系，增加對材料力學基礎知識的廣度和深度，使材料力學實驗教學研究滿足新材料的發展需求。

公式推導：在材料力學扭轉和彎曲章節，[14]許多公式都是要借助高等數學和微積分的知識進行推導，同時還有理論力學的相關內容，所以要找好切入點，把幾門課程的共同點“取”出來，建立力、變形、曲線和微積分的關系。在獨立推導的基礎上，利用靜力學平衡方程、胡克定律和曲線微分變形關系把涉及的最終公式推導出來，讓學生認識到學科交叉的重要性，也為前期所學知識的應用找到了新發現。

課外實踐：在課堂之外，任課教師結合自己的科研需要，設計一些與科研實踐相關的任務，讓學生組成研究型的學習小組，[15]來提高學生對科研和材料力學課程的興趣，實現教師和學生的實踐互動，各有所“取”。比如從利用計算機入手，[16]讓學生利用相關的Ansys、Matlab等科學軟件，[17]對材料受到載荷作用下所表現的變形和內力圖進行表達，提高學生的自信心和學有所成的滿足感。

多媒體教學：將多媒體教學[18，19]應用于課堂教學中，可以非常形象地展示一些相關的工程實例，比如橋梁斷裂、建筑物倒塌等。讓學生看到一些工程事故的圖片和構件變形的過程，來加深學生的印象，更加明確學習本門課程的重要性，也為后期如何利用材料力學的知識進行構件設計打下了一定的基礎。

2.研究型教學中的“舍”

力學分析：由于部分學生還保留著高中的分析方法，在接受材料力學知識的時候，一定要提醒學生“舍”掉高中的學習思路，接受并容納材料力學的分析方法。從畫基本受力圖到解決相關實際工程問題時的簡化圖，都要依據相關的力學模型。所列的力學方程都是從受力圖中獲得的，對相關的力也有一定的命名規則，形成嚴密的邏輯思維能力。

正方向判定：在材料力學課堂講解的過程中，尤其是拉伸變形、扭轉變形和彎曲變形內力分析時，都有一個正負方向的判定。如果依據傳統教學模式，對所有內容都進行講解，學生在理解和應用的時候，就會出現“張冠李戴”的錯誤。因此，在講解這些內容的時候，把課程內容中所謂的負方向“舍”去，只給學生強調內力正方向的判定，避免學生在進行應用的時候出現記憶和理解上的混淆，從而可以準確解決相關問題。

三向應力狀態：在進行應力狀態章節學習的過程中，學生對于平面應力狀態通過完成的邏輯分析，最終獲得求解極值正應力，即主應力的方程式，但是對于三向應力狀態，會突然之間覺得束手無策。若是嚴格按照教材中的內容進行課堂講解，相關的推理略顯繁瑣，所以可以對這部分理論內容進行“舍”。而采用針對例題分析的方法，利用主應力的定義，直接判定出來一個方向的主應力，再根據平面應力狀態下主應力的求解方法，獲得另外兩個方向的主應力。既加深了對平面應力狀態求解方法的掌握，還減去了三向應力狀態理論講解的困難，同時也解決了三向應力狀態下的主應力問題，這樣事半功倍，增強了學生學習的興趣和對課堂知識學以致用的能力。

考核方式：研究型新教學模式“舍”去了傳統教學模式的試卷答題考核方式，通過課外學習、學生小論文等多項考核制度[20]來刺激學生對問題進行發散性思維，提高學生動手解決問題的能力；鼓勵學生參加一些創新大賽，將所學的材料力學知識進行應用，而不再只關注學生對知識的記憶，考核方式以應用為主。

教材的使用：隨著知識系統的更新，課程體系也進行了相應的改革，材料力學的學時量減少，原有的教材內容過多和陳舊，不能適應現有教學的需求，所以要對一些舊版本的教材進行“舍”棄。結合專業教學和研究型教學模式的需要，采用一些新的教材，來滿足應用型教學目的的需要。

三、結論

利用研究型教學模式，可以極大地促進學生積極參與課堂互動，而任課教師通過合理的“取舍”，把相關的知識點融會貫通，主次分明，即引起學生對材料力學課程的興趣，還減輕了任課教師課堂講解內容的工作。通過合理的“取”，可以充分調動學生學習材料力學的積極性，針對實際的工程問題利用所學知識進行分析和解決，提升學生的知識運用能力和創新能力；再利用有條件的“舍”，減少學生在學習和解決工程問題過程中容易出現的錯誤和知識上的混淆，增強學生對材料力學知識掌握的準確性和深入學習的自信心。

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（責任編輯：王意琴）