STS教育在《材料力學》中有機滲透

方秀珍+方子喬

【摘 要】本文將STS教育理念和方法整合入《材料力學》課堂中，給出兩者的切入點、整合內容和整合方式，展示STS教育理念和方法如何有機滲透到《材料力學》中，并給出整合中存在的問題及解決方法。

【關鍵字】STS教育； 材料力學；切入點；整合內容；整合方式

【基金項目】華北科技學院教研基金資助課題（課題編號HKJY201437），課題名稱：“力學”教學如何滲透STS教育，課題類別：指導類

【中圖分類號】G4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）34-0040-02

我所在的大學以安全為特色，培養的學生主要服務于生產煤炭的行業。眾所周知，煤炭在中國是主要能源之一，也是國家的重要支柱之一。因此，采煤安全，責任重于泰山。一人安全，全家幸福。如果采煤安全只依靠經驗，根本無法保證現在全面機械化的采煤安全要求，因此，培養既有科學技術又有社會責任感的安全技術人員是社會持續發展的需要。

煤炭行業事故頻發，究其原因安全意識淡薄，但是，根本原因還是頭腦里缺乏科學技術社會之間的有機結合所致。建構這種素養其實不能通過一門或幾門課結合STS教育模式就可以扭轉，而是需要小到幼兒園大到社會的全方面位的滲透STS理念，才能逐步養成良好的科學技術社會有機結合的素養。

作為一名大學里教授力學的教師，更有責任將科學技術與社會責任感通過STS教育理念和教學方法滲透到課堂中去，使學生們立足當下，從實際問題出發發現問題，通過學習科學技術，解決問題，服務社會。

由于《材料力學》的課程學時有限，需要講授的知識點較多，因此在教學中主要以某章節的內容為范例，充分調動學生的積極性和參與感，使學生慢慢體會理解這種教育模式，以便課后學生自己拓展和延伸。

《材料力學》是一門將工程結構和機械中的簡單構件簡化為一維桿件，計算桿中的應力、變形并研究桿的穩定性，以保證結構能承受預定的載荷；選擇適當的材料、截面形狀和尺寸，以便設計出既安全又經濟的結構構件和機械零件。這門課程緊密結合工程實際，學習過程中通過有機滲透STS教育，展現煤炭行業面臨的亟待解決的實際問題，增強學生的社會責任感，激發學生的學習積極性和主動性，從而提高學生解決實際問題的能力。

下面針對我校采礦工程安全專業大學二年級的學生，結合STS教育模式展開一次2學時《材料力學》課程設計實例。通過這次實例一方面促進自己在教學方法方面積累經驗，一方面促進學生積極參與學習，更重要的其實就是促進教學相長，教中有學，學中有教的教學模式。這次范例選《材料力學》中“彎曲內力和應力”一章，在這一章中整合STS教育臨安和方法的內容、方式整理如下表。

下面按照上表結合STS教育時的切入點及整合的內容和方式，說明課堂上如何滲透STS教育理念。

首先，學生們自形成3人一組，結合彎曲構件的橫截面特點、材料、工況和受力特點等，觀察周圍生活，收集資料。強調學生，注意收集煤礦生產中結構或設備中彎曲構件。學生可以通過照相、錄像的手段記錄下生活中觀察到的彎曲構件，并形成PPT電子文檔，自命名，發到QQ討論群文件里與其他小組成員共享，共同討論，最后教師根據學生提出的問題和提供的生活實例，在課上展開講解。

然后，針對學生關心的煤礦生產中使用的彎曲構件是否能安全承載展開講解。有很多學生的家長或親屬朋友工作于煤礦生產的第一線，通過學生的咨詢和了解，其實發生哪一種危險都是致命的。首先，必須保證煤礦生產中的結構和設備安全承載。以構成煤礦井下生產活動的主要結構--巷道支護為例，如圖1所示。

這兩個巷道使用的抗彎構件形狀不同、材料不同、截面形狀不同，工況是來自圍巖的均布壓力。學生們討論提出：為什么實際生產中使用不同形狀的巷道呢？哪個更安全呢？要解決這個問題，那么有必要分析下兩種不同巷道情況下，受彎構件的內力，應力，以便分析它們強度問題。兩種簡化剛架的力學模型簡化圖如圖2所示，剪力圖、彎矩圖和軸力圖，如圖3所示。

由梁的彎矩圖可以看到這兩種巷道支護都承受著上側受壓下側受拉的彎矩，因此對于拉壓性能相同的拱形鋼架，橫截面為上下對稱的工字鋼，而木剛架的橫截面也是上下對稱，但是為了增加抗彎能力，圓形截面的木材比同面積的矩形截面的木材抗彎能力弱，因此實際中的圓形截面木材消去左右部分構建為矩形截面。

最后，學生討論，總結。經過比較兩者最大正應力可知，拱形鋼架比矩形木剛架更適于埋深深的巷道做維護。木剛架在跨度減小時，最大正應力減低，而不易發生強度失效。因此木支架一般用在圍巖壓力不大、巷道服務年限不長、斷面較小的采區巷道里，有時也用作巷道掘進中的臨時支架。礦用型鋼支護用于圍巖壓力較大、斷面較大的基本巷道里。因此，生活實際中的構件必須使用在合適的工況下，或者確定的工況下應選擇合適的構件，以避免構件失效，發生人財物的損失。

這次結合STS教育理念的課程，雖然花費了學生和老師的時間很多，但是學生們知道了怎么學習《材料力學》，怎么用《材料力學》解決問題，怎么做決定，怎么爭辯，怎么辯論，怎么交流，怎么合作，全面培養了學生科研能力，增強了學生的安全意識和社會責任心。生活中的誤選擇或誤設計都是致命的傷害，因此必須有扎實牢固的科學技術本領，才能更好的服務社會，珍視生命，減低傷亡。

另一方面，對于教師來說，準備一堂課只考慮科學內容確實很容易，但是結合實際問題，跟著學生思路走，設計問題等就需要老師花費更多的時間盡量全面了解不同專業知識。對于習慣了傳統教學方法的老師，確實是一個巨大的挑戰。但是只要堅持不斷的將STS教育理念有機的滲透到課堂中去，不僅學生興趣得到了提高，而且也提高了教師的專業水平。所以，STS教育理念的有機滲透過程是一個雙贏的過程，只有不怕失敗，反復嘗試，終有收獲。

參考文獻：

[1]孟邵紅.STS教育：科技進步與社會發展的融合點[J].黑龍江高教研究，2001，102（4）：15-17.

[2]陳凡，陳佳. 我國當代科技與社會（STS）研究的現狀及發展[J].自然辯證法研究，2001，27（12）：15-19.

作者簡介：

方秀珍，1977年2月5日出生，女，出生地為吉林省梅河口市，現工作單位為華北科技學院基礎部力學教研室教師，職稱為講師，學位為碩士研究生，畢業于東北大學理學院固體力學專業。現在所從事的研究方向是復合材料層合板基于遺傳算法理論的鋪設角的優化設計以及復合材料層合板后屈曲問題的探究。