面向力學(xué)專業(yè)的材料力學(xué)課程的教學(xué)改革研究與實(shí)踐

閆龍海 南景富 高國(guó)付

摘 要：材料力學(xué)課程作為力學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，同時(shí)也是學(xué)生反映較難掌握的一門課程。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從工程案例教學(xué)、模塊化教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、素質(zhì)教育改革等方面進(jìn)行教學(xué)改革，并提出建設(shè)性的建議。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生們的工程實(shí)踐、創(chuàng)新等綜合能力都將得到較大程度的提高，對(duì)學(xué)生畢業(yè)后的工程實(shí)際應(yīng)用都具有重要的影響。

關(guān)鍵詞：力學(xué)專業(yè) 材料力學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：F240

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2015）12-235-02

材料力學(xué)課程作為力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。材料力學(xué)課程程與工程實(shí)際結(jié)合緊密，是工程技術(shù)人員必須具備的基礎(chǔ)知識(shí)，且實(shí)用性很強(qiáng)。因此通過材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生們的工程實(shí)踐、創(chuàng)新等綜合能力都將得到較大的提高，對(duì)學(xué)生畢業(yè)后的工程實(shí)際應(yīng)用都具有重要的影響。學(xué)生們也可以從材料力學(xué)課程為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)工程實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力、變形和破壞分析，求解工程實(shí)際中的具體問題。近年來隨著力學(xué)專業(yè)本科培養(yǎng)計(jì)劃的不斷改革，材料力學(xué)課程教學(xué)學(xué)時(shí)不斷壓縮，再加上力學(xué)專業(yè)材料力學(xué)課程本身內(nèi)容多而且抽象，給學(xué)生學(xué)習(xí)造成很大的困難。面對(duì)出現(xiàn)的此類問題，針對(duì)力學(xué)專業(yè)材料力學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)效率，而且對(duì)提高教師基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，具有重要的實(shí)際意義。筆者結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從工程案例教學(xué)、模塊化教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、素質(zhì)教育改革等方面進(jìn)行教學(xué)改革，并提出建設(shè)性的建議。

一、引進(jìn)力學(xué)專題介紹，實(shí)行工程案例教學(xué)

材料力學(xué)課程作為力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，不但理論抽象，難于理解，而且對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)理論功底要求較高，在教學(xué)中一直存在著教師難教，學(xué)生難學(xué)的特點(diǎn)。材料力學(xué)課程與工程實(shí)際結(jié)合緊密，來源于生活、生產(chǎn)實(shí)踐，因而聯(lián)系工程實(shí)際對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的積極性至關(guān)重要。教師在講授材料力學(xué)課程時(shí)，可先通過專題報(bào)告講座的方式，向同學(xué)們介紹力學(xué)理論在浩瀚科學(xué)發(fā)展過程中的巨大作用，介紹與力學(xué)相關(guān)的最新科研成果，并結(jié)合自身科研方向，介紹力學(xué)原理在現(xiàn)實(shí)科研、生活中的具體應(yīng)用，充分吸引學(xué)生的眼球，讓同學(xué)們感覺力學(xué)并沒有那么可怕。在具體教學(xué)中，授課教師要多結(jié)合工程實(shí)例，實(shí)行工程案例教學(xué)，如在講授提高軸梁強(qiáng)度措施時(shí)，介紹旗桿、汽車轉(zhuǎn)向軸、魚腹梁的設(shè)計(jì)使用；在講授彎曲內(nèi)容時(shí)，可介紹運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目雙杠、跳板等；在講授材料力學(xué)性能時(shí)，可介紹趙州橋設(shè)計(jì)時(shí)石材的實(shí)用，生活中竹子優(yōu)越的力學(xué)性能。有條件的可以針對(duì)本校學(xué)生實(shí)際，編寫相應(yīng)的工程案例教材，通過工程實(shí)例教學(xué)的開展在很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程的積極性。

二、修訂課程教學(xué)大綱，采用模塊化教學(xué)

面對(duì)我校力學(xué)專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)課時(shí)削減的實(shí)際情況，如何能夠按照國(guó)家教指委關(guān)于力學(xué)專業(yè)材料力學(xué)課程的要求完成教學(xué)任務(wù)，對(duì)力學(xué)教師提出了很大的挑戰(zhàn)。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們感覺雖然學(xué)時(shí)減少了，但教師在教學(xué)過程中的作用反而加強(qiáng)了，教師由原來比較單純的教課變成了如何教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)，通過這種思想的轉(zhuǎn)變促進(jìn)學(xué)生自主的學(xué)習(xí)，舉一反三，提高教學(xué)效率。傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)基本都是按照基本變形到組合變形的順序，在每種變形當(dāng)中分別介紹工程實(shí)例、基本概念、內(nèi)力、應(yīng)力和變形部分，最后給出強(qiáng)度和剛度條件進(jìn)行應(yīng)用。這樣講，雖然調(diào)理清晰，易于掌握，但卻比較費(fèi)時(shí)。“模塊化教學(xué)法”是按照教學(xué)過程的基本環(huán)節(jié)， 把一個(gè)復(fù)雜、相互交叉的課程結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)基本教學(xué)模塊， 把相互滲透的教學(xué)內(nèi)容組成系列相關(guān)的知識(shí)模塊， 將系統(tǒng)綜合、整體優(yōu)化，提高效率。它要求教學(xué)的組織者， 把模塊化的課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容依據(jù)教學(xué)原則按照高起點(diǎn)、短流程、多樣性的方法加以組織。在材料力學(xué)課程教學(xué)過程中，教學(xué)順序?qū)?gòu)件變形組合在一起進(jìn)行介紹，一般為實(shí)例引入→外力分析→內(nèi)力分析→應(yīng)力分析（強(qiáng)度問題）→變形分析（剛度問題），通過模塊化教學(xué)，教學(xué)時(shí)數(shù)可以較大幅度減少。這就要求授課教師要根據(jù)課程教學(xué)時(shí)數(shù)的變化，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和方式及時(shí)修訂課程教學(xué)大綱和授課計(jì)劃，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)。

三、提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是“材料力學(xué)”課程的重要組成部分，目前大部分學(xué)校的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分都是配合理論教學(xué)內(nèi)容開設(shè)10個(gè)左右學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，而且基本上都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生普遍積極性不高，應(yīng)付敷衍了事，根本達(dá)不到提高學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新、動(dòng)手能力的目標(biāo)。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相輔相成的，在給定學(xué)時(shí)及實(shí)驗(yàn)條件的前提下，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)劃分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)三個(gè)模塊。對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)部分，可選做幾個(gè)最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于其他部分，可借助現(xiàn)代力學(xué)手段計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上自己獨(dú)立完成，這樣即達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的，又節(jié)約了材料；對(duì)于綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，教師僅給出實(shí)驗(yàn)的目的和基本要求，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的方法過程要學(xué)生自己設(shè)計(jì)完成，實(shí)驗(yàn)室要對(duì)學(xué)生實(shí)行預(yù)約開放模式；對(duì)于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，設(shè)為選做實(shí)驗(yàn)，題目由學(xué)生自主提出，自主制定實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)教師認(rèn)可后，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。總之實(shí)驗(yàn)室要充分利用自身資源，充分發(fā)揮設(shè)備資源的潛力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，切實(shí)把理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能密切結(jié)合起來。

四、開展豐富多彩的素質(zhì)教育活動(dòng)，進(jìn)行考試方法改革

目前，社會(huì)普遍對(duì)大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等綜合能力持懷疑態(tài)度，對(duì)學(xué)生實(shí)施素質(zhì)教育對(duì)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新等綜合能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。在材料力學(xué)課程中實(shí)施素質(zhì)，就要要將材料力學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到日常實(shí)際中，要學(xué)生制作與課程相關(guān)的力學(xué)實(shí)物模型、設(shè)計(jì)承載合理的結(jié)構(gòu)等，并要對(duì)其對(duì)模型和設(shè)計(jì)部分所用的材料力學(xué)理論加以介紹，對(duì)模型、結(jié)構(gòu)的承載做出預(yù)測(cè)，在條件允許的條件下進(jìn)行要進(jìn)行加載測(cè)試。在素質(zhì)教育開展過程中，學(xué)生可跨學(xué)科、專業(yè)自由組隊(duì)，選定組長(zhǎng)，自主設(shè)計(jì)方案，在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下完成模型、結(jié)構(gòu)作品。對(duì)于模型制作優(yōu)秀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的同學(xué)，結(jié)合課程的考試改革，可對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行加分。幾年來，通過素質(zhì)教育活動(dòng)，收到參賽同學(xué)作品百余件，有木結(jié)構(gòu)塔吊模型，竹簽龍塔結(jié)構(gòu)模型，承載的木橋梁結(jié)構(gòu)等，通過實(shí)物模型的設(shè)計(jì)和制作，學(xué)生掌握了力學(xué)理論知識(shí)，提高了實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)。

材料力學(xué)作為一門力學(xué)基礎(chǔ)課程，面對(duì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，必須對(duì)材料力學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的改革，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)、應(yīng)用型人才。

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（作者單位：黑龍江科技大學(xué)理學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150027）

（作者簡(jiǎn)介：閆龍海，碩士，副教授，研究方向?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力沖擊。）

（責(zé)編：賈偉）