材料力學研究性教學改革探討

楊晨

摘要：本文針對我國當前材料力學的教學現狀，探討了對材料力學課程開展研究性教學改革的必要性，同時從課程體系建設、案例教學形式、課程考核方法等方面提出了改革的具體措施。改革方案對完善學生知識體系，激發學生學習興趣，提高學生自學能力，培養團隊協作意識有一定的指導和借鑒作用。

關鍵詞：材料力學；研究性教學；案例教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0077-02

材料力學是研究固體在不同形式外載荷作用下產生的變形特征及力學性質的學科，它既是物理學、理論力學等基礎課程的延伸，又是后續彈性力學、結構力學等專業課程的基礎，在工科院校本科生的培養方案中有著十分重要的地位。材料力學教學在過去幾十年為我國培養了大批的工程人才，但是隨著知識大爆炸時代的到來以及國家對素質教育的要求不斷提高，以教師為主導的傳統講授式教學難以滿足新時期對學生的培養要求，對材料力學課程進行教學改革勢在必行。研究性教學是指在一定的情景中，引導學生通過主動發現問題和解決問題而獲得知識、形成能力、發展個性的教學方法。它的實質就是讓學生在教學過程中體驗科學原理的發現和應用科學原理解決實際問題等不同類型的研究過程[1]。與傳統教師主導的講授式教學相比較，研究性教學更能激發學生的學習興趣，啟發學生的創造性思維，同時鍛煉協作意識。具體對于材料力學課程而言，實施研究性教學改革需要從課程體系的編排、案例教學的開展、考核方式的設置等方面進行具體設計和實施。

一、改革措施

研究性教學首先需要對課程體系進行重新編排，增加案例研討課，也需要對課程的考核體系進行改革，從而在保證公平和區分度的前提下，激發學生的自主學習的興趣，培養學生的創造性思維，最大程度提升整體教學效果。

1.課程體系編排。研究性教學方法則是立足于學生為主體，通過各種方法激發學生主動探索的興趣，而不是被動的接受教師的想法，所以針對材料力學傳統教學方法中存在的問題，需要對課程體系進行重新編排。具體措施如下：

（1）在緒論之后，加一部分內容，即材料力學的知識體系，如圖1所示，應該讓學生領悟到材料力學的知識體系是雙線程的，即按照變形的方式可以分為拉壓，剪切，擠壓，扭轉以及彎曲，而按照研究內容，每種變形則要研究構件的內力，應力，應變，變形以及應變能。學生了解了材料力學的課程體系以后，引導學生建立類似圖一的表格，在彎曲章節學習之后，要求學生將每一個格子里相應的公式自己整理出來，這樣既能使學生在正式學習之前對可能總體結構有個清晰的認識，又可以引導學生們自主思考，通過填表完善自己的材料力學知識體系。同時，又可以壓縮課時，把更多的時間留給案例研討課。彎曲之后還有應力應變分析、強度理論、組合變形以及壓桿穩定等內容，這些課程體系無需調整。

（2）將各章節的專題內容分離出來，單獨成章，或者作為案例留給討論課。材料力學中的超靜定問題、薄壁圓筒的扭轉、彈簧變形等專題問題，并不屬于材料力學的主線，而是主線內容的實際應用。而研究性教學倡導學生們自主學習，在實際情境中思考、解決問題，所以將這些內容從課堂教學主線中拿出來，單獨成章或者作為案例供討。

（3）重新安排實驗課課時。在48課時的材料力學教學中，實驗課一般占8課時，一般是在對應章節講授之后再進行實驗，有個別學校由于實驗室相對緊張，有的班級更是等到學期末才能排到實驗課，這樣的實驗課安排使學生喪失了對未知實驗結果的期待，實驗課變成了被動的完成任務，使教學效果大大降低。根據研究性教學的本質，為了引導同學們主動探索，建議將實驗課安排在知識點與實驗現象之間進行，例如在拉壓一章，實驗課應放到應力應變的基本規律之后，材料拉壓的力學性能之前進行，這樣學生們既可以掌握實驗中所用到的知識點，又對未知的實驗結果充滿期待，有助提升學習興趣，激發探索欲望。

2.案例教學開展。案例教學的開展是研究性教學改革的核心，它是指在教師的精心策劃和指導下，以案例為基本教學材料，將學生帶入特定事件的情境中，采用個人閱讀分析、小組合作探究和全班交流互動等學習形式，借助案例材料提供的信息，運用所掌握的一些基本理論，去探究案例問題，提出解決方案[2]。案例教學的討論課設置4～6課時為宜，這些多余的課時量主要來自課程體系的重新編排，而其余的文獻查閱、分組討論、PPT制作以及報告撰寫留給學生課下完成。案例教學不僅僅是簡單的課上討論，它需要課前準備、課上實施以及課后驗收三個階段：①課前準備。案例教學要求教師充分熟悉教學大綱及教材內容，提前擬定教學行動計劃，明確每次案例教學的目的、重點、難點，選擇典型案例，列出問題討論提綱，提前發給學生。要在布置案例之前將學生分組，分組可以根據實際情況由學生自由組合或者由教師指定。案例的設計應該滿足三結合原則，即盡量與專業背景相結合、與工程實際相結合、與社會熱點相結合。例如土木工程專業的學生，可以選擇桁架、樁基結構等作為案例；石油工程的學生可選鉆桿、集輸管線作為案例；等等。②課上實施。案例由每組學生完成之后，需要在討論課上進行匯報。討論課由教師組織和引導，但是學生應該是討論的主體，每組學生都要求在課前準備好案例匯報的PPT，建議以8分鐘為宜。每組學生需確定1名項目匯報人，同時每組要出1名評委，各組派出的評委組成評委團，負責對每個匯報進行點評和打分。最后由教師集中點評，對討論的結果進行總結。評委團主要應從以下幾個方面對匯報進行評價和打分：選題的意義和難易程度（20分），力學模型建立是否合理（30分），分析計算的準確性（30分），PPT制作和講解（20分）[3]。建議對討論課全程進行錄像，錄像結果上傳到視頻網站供同學們觀看和總結，評委團的打分表由教師收回，作為最終成績的一部分。③課后驗收。學生們根據評委團以及教師的點評，需要在課后修改自己案例內容并整理成報告，報告需按照科技論文的一般形式整理，即要求有摘要、引言、求解過程、結果分析、討論、結論和參考文獻。每組將報告提交上來以后，由教師打分，作為最終成績的一部分。

3.考核方式設置。材料力學課程的最終成績由三部分構成，建議知識點的集中考察占40%，實驗占10%，案例成績占50%。其中知識點的考察按照傳統的考試形式集中進行；實驗成績主要依據實驗報告給出；案例成績主要依據討論課的表現和最終報告給出。教師們對最終案例的質量不要過多苛求，而更要關注學生們在完成案例過程中分析問題、查閱文獻的、應用所學知識解決問題的能力和意識，以及在案例討論以及最終報告完成過程中體現的協作精神以及綜合能力。

二、教改反饋及思考

筆者通過對近兩年66名學生進行不記名問卷，發現對教學手段完全滿意的占83.3%，認為基本滿意的占10.6%，不滿意的僅占6.1%。不滿意的同學多認為案例部分占用時間過多，負荷過重，還有個別同學提到，給每組同學相同的案例分數并不公平，因為同學的貢獻差距很大，給相同的分數會降低同學們的積極性。以上確實是在教學改革中存在的問題，案例任務的輕重應該因學生素質而異，如果學生反映任務過重，可以適當減少案例的個數，延長案例的完成時間，或者增加組員的數量。對于每組同學同分不公平的反饋，確實要引起重視，筆者建議在最終的報告上讓組長標注每個同學負責的具體工作，最終的成績依此來體現區分度。總之，材料力學的研究性教學改革不會一蹴而就，需要與時俱進，不斷完善。

研究性教學是對傳統教學模式的一次革命，它可以引導學生通過主動發現問題和解決問題而獲得知識、形成能力、發展個性，讓學生在教學過程中體驗科學原理的發現，并應用發現的科學原理解決實際問題。對材料力學實施研究性教學需要從三方面入手，一是要對課程體系重新梳理，讓壓縮課時的同時讓學生抓住材料力學的知識主線；二是引入案例式教學，通過案例的完成和討論激發學生們的求知欲望，提升學生們發現問題和解決問題的能力，以及團隊協作精神和報告寫作能力；三是需要對課程的考核方法做出針對性的改革，保證公平的前提下體現一定的區分度。材料力學的研究性教改開展時間尚短，學生們的反饋肯定了研究性教改的同時也為我們糾正了一些問題。盡管未來還會遇到很多未知的困難，但相信只要教學管理部門、教師和學生共同努力，材料力學的研究性教改一定會越來越完善，為我國新時代創新型人才培養做出重要的貢獻。

參考文獻：

[1]夏錦文，程曉樵.研究性教學的理論內涵與實踐要求[J].中國大學教學，2009，（12）：25-28.

[2]閆冰潔.案例教學在材料力學教學中的應用.科技情報開發與經濟，2007，（17）：256-257.

[3]徐鵬，謝占魁，王復興，關學鋒.材料力學教學中加強力學建模能力的探索與實踐[J].力學與實踐，2014，（36）：226-228.