基于學生思考邏輯的《材料力學》緒論課教學設計

張志鎮

摘要：緒論課教學在《材料力學》中具有重要的作用，本文提出了一種基于學生思考邏輯的問答式教學設計方法，依次深入回答“為什么會有《材料力學》這門課”、“為什么要學”、“學什么”、“怎么學”等問題，實踐證明該方法對于提高學生學習興趣和促進學生掌握課程內容架構等方面具有顯著的效果。

關鍵詞：材料力學;緒論課;思考邏輯;教學設計

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）08-0161-02

在機械、采礦、土木等工程專業培養過程中，《材料力學》課程處于由學習基礎理論過渡到設計課程的地位，是一門與工程實際密切結合的專業基礎課程[1]。緒論作為開門見山的第一課，具有十分重要的作用[2]，筆者基于近年來的教學實踐，并結合多所高校的視頻公開課講授經驗，提出了基于學生思考邏輯的問答式教學設計思路，并取得了良好的教學效果。

一、緒論課的作用

1.緒論課可激發學生的學習興趣。相對于后續章節的公式推導、習題詳解等教學內容的枯燥，緒論課是材料力學的第一課，利用圖片、視頻等形象化的媒介介紹新的力學概念和內容，拓展了學生的視野，教師從生活實踐中提取新穎的案例，與材料力學知識相結合，可使學生產生濃厚的興趣。

2.緒論課構建了整個課程的基本架構。材料力學緒論從研究對象、研究內容、研究任務、研究方法等方面詳細闡述，使學生了解其與理論力學的區別和聯系，以及與固體力學和材料科學的關系，在腦海中建立了材料力學的知識框架。

二、緒論課的教學現狀及導致的問題

目前，《材料力學》緒論課教學中主要存在兩方面的極端情況。

1.緒論課照本宣科，隨意帶過。有些教師認為緒論內容都是一些文字的描述，“散、大、空”，并且在考試中也不會出題，態度上不重視[3];有些教師限于自己的知識水平和范圍，不知緒論講授應該如何開展，因此只有按照教材上逐一復述，學生聽著無聊煩瑣;有些教師在網上隨便找幾張圖片，簡單介紹一些工程的背景，但是不能很好地與材料力學課程相結合，學生由于知識欠缺，也無法深入理解材料力學在工程實踐中的具體體現。

2.緒論課過度深入，范圍太廣。一些教師認識到了緒論課的重要性，也體會到緒論既是教材的重點也是教材的難點，但在教學過程中出現過度性傾向，主要表現在：為了激發學生興趣，列舉大量工程實例，在每個實例上講解太多，占用了過多的時間，使得材料力學知識大大淡化，淹沒在精美的圖片和視頻里;為了展示課程與其他學科的關聯，過多過深地講解各種專業知識，使得還未入門的學生似懂非懂，并對過多的未知產生抵觸心理。總之，對教學目標、教學內容與教學策略缺乏良好地統籌安排。

這兩種情況都會造成學生無法清楚了解《材料力學》課程的學習目的、主要內容等，也不清楚《材料力學》與其他力學課程的聯系，使學習興趣得不到充分地激發。

三、緒論課的教學設計與實踐

筆者認為，對于一門課程的教學，一定要遵循人類思考的基本步驟和邏輯，這樣才能使初學者沒有突兀感，由淺入深、從無到有地獲得這些知識，而不能把多個知識點割裂開來，使知識點之間缺乏邏輯聯系。

從學生角度出發，對于一個初學者而言，思考邏輯應該是這樣的：為什么會有《材料力學》這門課？為什么要學？主要學什么？怎么學？等等一系列的問題。教師如果有效地依次回答這些問題，學生將會有一個清楚的認識，達到良好的效果，筆者將其稱為“基于學生思考邏輯的問答式教學”。

1.為什么會有《材料力學》這門課呢？首先，利用圖片或小視頻的方式列舉人類所建造的工程結構，這些結構極大改善了人類生活，從古代的木制房屋、佛塔等，到現代的高層建筑、工程機械等，每一種用一兩句話來闡述，如果是采礦專業的學生，就重點列舉地下工程結構等，與專業更靠近，就會激發學生的興趣。然后，從世間萬物的兩面性出發，說明這些結構也會有不利的一面，從網上搜集到最近發生的影響較大的工程事故，例如樓房坍塌、大橋傾斜、電梯墜落等，在選取事故的時候，最好能分為三類，即對應后面所講的強度問題、剛度問題和穩定性問題。最后，從這里引出三個問題：這些工程結構為什么會破壞？怎么樣使它們更安全？怎么樣能在保證安全的前提下更加經濟？向學生說明對這些問題的回答就是《材料力學》的來源。這種富有邏輯性的講解會讓學生覺得不突兀、易接受，清楚認識到《材料力學》不是憑空出現，而是來源于生活生產實踐的。

2.為什么要學習《材料力學》？針對不同專業的學生，要著重講述該專業中《材料力學》的應用，最好列舉出具體的應用場景，使學生清楚了解學習《材料力學》對其專業發展的重要性，以及學好《材料力學》對其后續個人發展的有效幫助，這樣就把《材料力學》學習與其專業學習、個人發展切實聯系了起來，對于提高其學習興趣和積極性大有裨益。以采礦工程專業為例，以專業核心課程《礦山壓力與巖層控制》中諸多問題舉例，或者講述學生熟悉的學術大師利用材料力學知識取得了某方面重大突破等，便可達到這樣的效果。

3.《材料力學》主要學什么？首先，從前面各種工程結構講起，說明它們都是由構件組成的，引出《材料力學》的研究對象——桿件，并根據軸線、橫截面和受力情況對桿件進行簡單分類。其次，講解構件在受力后產生3種力學響應，即變形、破壞和失穩，并進行適當舉例。正是由于這3種力學響應，工程結構才會發生前述的慘痛事故，分別對應3個構件安全工作的要求，即抵抗變形的能力、抵抗破壞的能力和保持平衡形態的能力，也就是剛度、強度和穩定性問題。最后，進一步講清《材料力學》的主要內容和任務。

4.怎么學《材料力學》？從工程精度要求和簡易性出發，講清《材料力學》的近似性，指出三種基本假設和小變形的前提條件，闡述理論分析和試驗測試相結合的力學方法，引導學生用力學思維方式進行思考。向學生構建《材料力學》課程的大體架構，縱向上看，是軸向拉壓、剪切、扭轉和彎曲以及組合變形，橫向上看，針對每一種基本變形方式，都按照概念—內力—應力—變形的順序，并且以強度計算和剛度計算為主要目的。這樣，讓學生對《材料力學》課程的結構布局和章節安排有清晰地認識，在后續各章節的學習中都從一個較高的視野來看待，而不會迷失在具體的講課內容里。

四、教學效果分析

筆者在兩個班級進行了試驗，一個班級按照教材順序按部就班講授，一個班級采用此方法講授，并在授課后讓學生填寫調查問卷，主要按照緒論課的兩個作用對講課效果進行調查：（1）你對學習《材料力學》有多大興趣？（2）你是否清楚了《材料力學》的學習內容、方法和目標？每個問題設置5檔選項。調查結果如圖1所示。

由調查結果可以看出：（1）采用基于學生思考邏輯的問答式教學方法的班級，有74.3%的學生表示非常有興趣，比常規教學法多37.9%;而“非常有興趣”和“有興趣”的達到90%，表明授課方法在激發學生學習興趣方面取得了極大成功。（2）采用基于學生思考邏輯的問答式教學方法的班級，有78.6%的學生對《材料力學》知識結構非常清楚，比常規教學法多45.8%;但是“非常清楚”和“清楚”共有95.7%，而常規教學法也達到78.2%，這說明常規教學法也基本能使學生清楚了解課程的內容和架構，但該授課方法能使學生的認知更加清晰。

五、結論

在充分認識緒論課的重要性以及對教學現狀的分析基礎上，考慮到學生對《材料力學》課程的思考邏輯，本文提出了一種新的針對緒論課的教學設計方法，這種方法符合初學者的認知規律，易于被學生接受。實踐證明，在提高學術學習興趣和使學生更清楚課程內容架構兩方面取得了顯著的成效，對所有課程的緒論課教學設計具有良好的借鑒意義。

參考文獻：

[1]彭雅軒，王建國.基于卓越工程師教育培養計劃的材料力學課程改革方案[J].中國電力教育，2014，（23）：102-103.

[2]楊卓娟，楊曉東.關于高校課程緒論教學的思考[J].中國大學教學，2011，（12）：39-41.

[3]朱建廉.《緒論》課教學功能的研究[J].中學物理教學參考，2011，40（7）：2-5.