農業院校工科專業《材料力學》教學方法研究

【摘要】材料力學是農業院校工科專業的一門必修的專業基礎課程。由于在教學中存在著一些問題和材料力學本身理論性較強，學生學習困難，使得教師教學難度加大。針對以上實際問題，根據近些年的教學經驗，在教學過程中對教學方法和內容進行了的歸納與探索，采用了主線式教學、工程實例教學和互動式教學，增強了學生的學習興趣，提高了學生的學習主動性，取得了良好的教學效果。

【關鍵詞】材料力學；教學方法；主線式教學；工程實例教學；互動式教學

【中圖分類號】G424.1 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）10-0046-02

一、材料力學課程的基本概況

《材料力學》是力學課程中的重要組成部分，也是農業院校工科專業中一門必不可少的專業基礎課，學好這門課程對工科類各專業的學生來說具有重要的意義[1-4]。目前，我國農業高等院校中的工科專業，都開設《材料力學》課程，并且作為一門必修課課程。近些年以來，隨著國家對高等教育的改革與發展的深入，高等教育課程設置和學時分配都發生了很大的變化，《材料力學》課程也在其中。制度和學時的改變，這就要求教師在教學過程中要不斷地探索新的教學方法，及時總結教學經驗，既能適應教學改革的需要，又能保質保量地完成教學任務。

二、材料力學教學中存在的問題

目前，材料力學教學中存在一些問題，具體表現在以下三個方面：

（一）學時減少

近些年來，隨著我國高校教學體制和教學模式的改革，教學學時發生了大幅度地壓縮。據調查，我國農業院校工科專業的《材料力學》學時逐漸被壓縮、減少：在上個世紀八十年代，材料力學教學學時一般均在90學時或100學時以上；到上個世紀九十年代，材料力學教學學時為70多學時或80多學時左右；到二十一世紀以后，材料力學學時基本在60學時左右，如果扣除實驗課所占學時，實際教學學時只有50多學時，與此相對應的教學內容變化卻不大，因此課堂教學的形勢十分嚴峻。

（二）教學方法落后

傳統的教學方法強調老師在教學中的決定作用，最本質的特點是以灌輸為主，貫穿到整個教學環節，每次課程都是老師講，學生聽，完全是“填鴨式”的教育形式。在整個的教學過程中，學生沒有多少選擇和發揮的余地，學生總是處于被動的地位，限制了學生的主動性，難于發揮學生的積極作用，也不利于學生能力的發展。

（三）教材陳舊，內容繁雜

在教學過程中，經常有學生反映材料力學內容復雜，難點較多，理論內容抽象且難以理解，找不到學習的要領和重點，材料力學的公式推導過程比較繁瑣，內容較難掌握，容易產生畏懼心理，從而失去信心。這些問題如果解決不好，必將會影響到教與學的效果。

三、教學方法的改進

如何在較少的學時中，把材料力學課程的精華傳授給學生，使學生能夠充分理解和掌握，并有一定的自學能力，就達到了教學的理想效果。經過近些年的教學實踐，針對材料力學課程的內容和特點進行了總結與歸納，在教學方法上進行了研究，探索出了主線式教學、工程實例教學和互動式教學模式，經過對幾屆學生的實踐，教學效果良好。

（一）主線式教學

1.基本變形的主線

《材料力學》中的四個基本變形：軸向拉伸與壓縮、扭轉、剪切和彎曲，在這四個基本變形中都存在這樣一條主線：變形—外力—內力—應力—強度—變形—剛度。

2.基本變形的特點

對于基本變形，首先要掌握其受力特點，根據受力特點來判斷構件發生何種變形，這對以后學習組合變形尤為重要。如：軸向拉壓的受力特點是所有外力（或合力）都與構件的軸線相重合，而扭轉的受力特點所有外力都與構件的軸線異面垂直，關鍵掌握是重合與垂直；軸向拉壓的變形特點是任意兩個平面沿軸線發生了相對平移，而扭轉的變形特點任意兩個平面垂直于軸線發生了相對轉動，關鍵掌握是平移與轉動。

3.基本變形的內力

內力是基本變形最為重要的內容，具有承上啟下的作用：桿件所受到的外力可以利用理論力學的知識來求解，接下來的內力就是材料力學的主要內容了，內力會求解了，那么后面的應力和變形也就好解決了。內力所涉及的主要內容如表1所示。

4.應力和變形

將應力和變形的公式一一列出以后，如表2，就會發現有很多的相同或相似之處。應力公式和強度條件中，分子都是內力，分母都是與截面幾何性質有關的物理量。強度條件和剛度條件都是所求的最大值小于等于許用值。

5.小結

以上歸納了主線中的主要內容，其實還有很多的內容可以進行歸納總結，如：最大應力=最大內力/截面幾何性質的物理量，變形量=內力×桿件長度/剛度等等，只要認真總結，就會發現規律，便于學習和記憶。對于講授每個基本變形時，都可以用生活中身邊的實例來引導和啟發學生，如軸向拉伸與壓縮、扭轉、剪切和彎曲分別為拔河、開車方向盤下的軸、剪刀和教學樓內的橫梁，從生活中的實例再抽象到材料力學中的模型，便于學生理解和掌握。

（二）實例教學法

在《材料力學》教學中，有許多與之有關的趣話和事例。在講完基本理論后，適時聯系這些生動貼切的生活和工程實例，可以激發學生對所學基本理論的學習興趣，提高學習效果。以下簡要列舉四個教材中沒有提到的生活和工程實例。

實例1體檢時抽血化驗，雖然只有5ml血液，但能夠代表全身血液的性狀（均勻性假設）。

實例2劈柴時，順紋劈易斷，橫紋劈不易斷（各向異性）。

實例3現在許多食品都用塑料袋包裝，在這些塑料袋的封口做成鋸齒狀，或在其邊上會有一個很小的三角形缺口，在缺口和鋸齒狀處撕塑料袋時，由于應力集中產生很大的應力，因此稍一用力就可以把塑料袋撕開。否則要打開塑料袋，則多半要借助于剪刀了（應力集中）。

實例4世界上著名“泰坦尼克”海難，最近，美國的一個專家小組又有了新的發現：在船殼受到冰山擠壓時，殼體鋼板間的鉚釘承受了極大的剪切應力，船上鉚釘的材料力學性能試驗數據是在室溫下做的，而這些鉚釘由于內在質量的原因，它在零度以下的破壞應力要遠低于室溫下的破壞應力.因此，鉚釘承受的高剪切應力造成船體裂縫，最后沉入大西洋底（剪切和擠壓）。

（三）互動式教學

在教學中，對于每一個基本變形都涉及了大量的內力計算和內力圖繪制，可以采用互動式教學。在課上，可以在黑板上出一些典型的習題，讓學生來黑板上做題，做完后再讓其他同學考慮是否正確，如有錯誤指出錯在哪里，加深學生的記憶和理解，最后由老師點評，指出同學容易出錯的共性問題，這樣會使學生受益匪淺。

課上授課的結束并不意味著互動教學的結束，課后的教學安排是對上一次課的總結和延續，也是對下一次課的提高與發展。通過作業進行互動是最常用的方式，利用網絡可以設立公共信箱，是進行知識、經驗和精神交流的重要陣地。因此留給學生自己的聯系電話、電子信箱、QQ號，便于課后交流，進一步加深彼此的了解，既促進知識的理解，又加強師生感情的交流，讓學習變成輕松愉快的事。

四、結束語

《材料力學》是一門邏輯性較強的課課程，需要學生理解的知識很多。采用主線式教學、工程實例教學和互動式教學能收到事半功倍的效果。這些方法的運用可以在啟發學生聯想，提高創造、創新能力等方面效果顯著，可圓滿完成教學大綱的要求。

參考文獻

[1]卞步喜，劉一華.材料力學公式記憶法[J].力學與實踐，2007，29（2）：64-65.

[2]張百新，夏祥春，賈文青等.工程力學[M].北京：冶金工業出版社，2008：1-2.

[3]劉靜香，張春梅，李宏德等.工程力學[M].鄭州：河南科學技術出版社，2006：1-3.

[4]白英.新形勢下材料力學教學改革的探索[J].內蒙古農業大學學報，2004，4：104-105.

作者簡介：張玉清（1974-），男，內蒙古，沈陽農業大學水利學院，講師，工學博士，從事巖土工程和無損檢測方向研究。通訊地址：沈陽市東陵路120號沈陽農業大學水利學院。endprint