轉型背景下《材料力學》實踐教學改革研究

摘 要：材料力學是土木工程專業的經典科目，學好材料力學對于土木工程專業學生有著重要的指導意義。而通過實踐教學改革，將大量的實踐環節、實踐方法引入到材料力學課堂中，能夠有效的激發學生的學習興趣，讓學生熟練掌握專業技能，將他們培養成具有創新能力的復合型人才。

關鍵詞：轉型；材料力學；實踐教學改革；人才培養

一、緒論

材料力學是一門重要的基礎平臺課程，對于土木工程專業學生來說，這門課程具有地基和核心作用。學好材料力學，有助于學生夯實自己的知識技能大廈，更有助于他們在新的領域進行知識的延伸。這門課程理論概念較多，學生在學習起來很容易覺得抽象晦澀和枯燥。所以，這門課程的實踐教學改革勢在必行。而在實踐教學改革的具體操作中，要把課程密切結合工程實踐，要應用一些創新性的課程改革手法，讓學生對所學的概念產生濃厚的興趣，對課程有直觀深刻的認識，培養他們的實踐能力和創新能力。

二、材料力學實踐教學改革的背景、方向與翻轉

（一）實踐教學的改革背景

材料力學這門課程實踐性極強，具有進行實踐教學改革的天然優勢。傳統對于材料力學的講解，往往只拘囿于課堂上知識的灌輸，學生極易對枯燥的概念定理產生厭倦的情緒，導致產生課程與社會脫節、課堂教學效果平庸化和同質化、學生所學知識不會應用于工程實踐等諸多問題。材料力學這門課程起源于工程實踐，應用于工程實踐，而對于材料力學進行實踐教學改革，就是讓這門課程走出傳統課堂，走出書山題海，回歸工程實踐本身。讓學生通過在實踐中學，產生一個正向的反饋鏈條，建構出一個成熟完整的知識體系。

（二）實踐教學改革的三大方向

改革要有明確的方向，方向不明確，改革就會誤入歧途，陷入困境。材料力學實踐教學改革，核心是實踐。它的具體方向可以歸納為以下三點：①追根溯源，重溫對于材料力學這門課程產生重大影響的經典力學實驗 ，讓學生不僅知其然，更知其所以然，而不是一味的對于公式死記硬背。②立足當代，用材料力學分析當下建筑結構，以層出不窮的建筑安全事故案例對學生做出警示，讓學生在以后的工作中養成謹慎細心的習慣。而且當代大學生的計算機應用能力較強，在課堂中，還可以引入優秀的與材料力學相關的計算機軟件，讓學生進行掌握。③遠望前瞻，課堂上可以分析新型材料、綠色材料的力學特性，工藝技法，讓學生接觸到這些新型材料，知道它們的各自特征與應用前景，擴大視野。

這就是材料力學實踐教學改革的三大方向，這三大方向打破了時間的壁壘，讓過去、現在、未來都以共時的面貌出現在課堂中；打破了空間的壁壘，讓課程與社會在教學實踐中緊密融合；也打破了學科的壁壘，讓計算機、物理、材料科學等學科在這門課上融會貫通。

（三）實踐教學改革的三大翻轉

這次實踐教學改革也將翻轉的理念融匯其中，實現了三大翻轉：①由教師主場翻轉成學生主場，教師起到課程的引導作用，讓學生主動探求知識，進行分組專題匯報。②由個人學習翻轉成小組學習，以往學生的學習都是個人行為，自己在自習室中埋頭苦學。而通過本次教學實踐改革，讓學生以小組為單位進行學習，讓他們進行分工明確的團隊協作，鍛煉了他們的合作意識與團隊精神。③教學空間由教室為主翻轉變成社會為主，本次教學實踐改革，將課堂由教室搬到了實驗室，搬到了工地現場，讓學生在親自動手實踐與考察中對知識活學活用，不斷在實踐中修正自己的知識體系，查缺補漏，讓知識體系真正的立足于實踐這個永遠顛撲不破的牢固地基，經受實踐的層層考驗，而不是將知識建構在書本上紙上談兵。

三、材料力學實踐教學改革的具體內容

（一）重溫經典力學實驗

材料力學這門學科，不是一蹴而就的，而是人類在認識自然的過程中逐漸建立的，是古今中外眾多力學家集體智慧的結晶。這門學科在形成的過程中，伴隨著眾多彪炳力學史史冊的偉大力學實驗。在實踐教學改革中，可以帶領學生深入力學史的長河，讓學生重溫經典力學實驗。通過這些實驗來認識那些力學家，以古人為友，進而學習他們嚴謹的科學態度，以及他們為科學獻身的精神，激發起學生的求知欲。

這些經典力學實驗很多，實驗環境也并不難創造，可以在實驗室中進行模擬，讓學生們通過親自實驗來得出結論。比如，伽利略的懸臂梁彎曲實驗、胡克定律實驗、歐拉公式的壓桿穩定等等。通過這些實驗，讓學生重溫當年力學前輩們的工作場景，讓他們能夠追本溯源，將枯燥的公式變成生動的實驗演示，對概念銘刻于心。

（二）回顧工程事故案例

學好材料力學知識對于學生進入社會后的工程實踐能力意義重大。很多建筑物，正是因為設計中或者施工中，忽視了力學知識，才造成了重大的事故。比如，加拿大魁北克大橋倒塌事故、美國堪薩斯城飯店倒塌事故、韓國三豐百貨店倒塌事故等等，除了這些大的經典事故之外，各種小的由于忽視力學結構而造成的建筑事故在新聞媒體上更是屢見不鮮。通過這些慘烈的建筑事故回顧，給學生們產生警示，讓他們意識到學好材料力學這門課的重要性。讓他們在以后的工作中，無論是作為設計者還是施工方，或者是工程監理，都能以科學嚴謹的態度考察建筑的力學建構，讓建筑排除安全隱患。

（三）運用計算機軟件模擬

材料力學中要處理很多數據，如果用計算機軟件去模擬的話，就可以將抽象的數據轉化成動態的圖形，讓學生對于這些概念知識一目了然。有很多國外的商業軟件可以在課堂上應用，比如在講到復雜的力學計算時，可以在電腦上安裝ansys軟件系統，ansys軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析系統。還有工程軟件中的翹楚MATLAB，學生可以通過軟件，對于各種類型的情況進行模擬，還原工程實驗，將傳統的讀數變成直觀可視的讀圖，讓他們在對于所學知識點牢固掌握的同時，鍛煉了他們的建模能力，計算機分析能力，成為高素質的復合型人才。

（四）走進工程現場

材料力學最終是要在工程現場得以體現，在實踐教學改革中，將授課場所由傳統的教室翻轉到工地是重要的改革環節。通過帶領學生在工地走訪，讓他們親自看到材料力學在建筑中的體現，看到各類建筑構件的具體應用，以及工程中出現的各類問題。能夠讓他們對于知識的應用產生濃厚的興趣，鍛煉他們的發現問題，解決問題的能力。

（五）新型材料涉獵

隨著科學技術的進步，各種新型材料逐漸被引入了工程實踐，比如泡沫混凝土砌塊磚、用于屋面和墻體的太空板等等。這些新型材料往往具有復合型的特點，它們和傳統材料相比，有著不同的受力特征，認識這些新材料可以開拓學生的視野，激發學生的創新能力，讓他們具有專業前沿意識。

四、材料力學實踐教學改革的具體方法

材料力學實踐教學改革除了新穎的內容之外，還要有新穎的方法。通過新穎的方法，培養學生的自主學習意識，激發起學生的內驅力，讓他們不是在外力的強制下被動學習，而是處于內心的熱愛進行學習。材料力學的實踐教學改革方法可以歸納為以下兩種：

（一）分組競賽

在材料力學課堂上，可以進行學生分組，五到六個學生為一組，每一組都有項目負責人，大家各司其職，互相切磋，在團隊協作中完成項目。項目結束后，進行小組專題匯報，每個小組負責人上臺面向全班同學講述項目過程，然后由老師進行點評打分。既鍛煉了學生的團隊協作能力，又鍛煉了學生的交流溝通能力，極大的調動了學習積極性。

（二）獎懲分明

傳統材料力學都是采用期末考試的方式，這種考核周期長，學生無法對每次學的內容進行查缺補漏。而新的改革是將每堂課都納入到考核中，隨講隨練隨考，讓學生每節課都有明確的測評，通過及時練習考查自己的知識掌握水平。

五、結束語

隨著中國制造走入產業升級的歷史關頭，在我校轉型背景下，培養具有創新精神的實踐性人才成為高校教改的當務之急。事實證明，傳統的人才培養模式很多都存在著僵化以及與實踐相脫節的問題，不能與時俱進，束縛了學生的學習天性與能力，不利于生產力的升級發展。對于土木工程專業來說，材料力學這門核心課程只有進行與之相適應的教學改革，不斷推陳出新，由課程走向社會，由書本走向實踐，才能激發起學生的學習熱情，培養出具有創新能力、團隊協作能力的高科技復合型人才。

參考文獻：

[1]胡國華.材料力學[M].重慶：重慶大學出版社，1991.

[2]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3]郭華.教學社會性之研究[M].北京：教育科學出版社，2002.

[4]張文閣.以材料力學課程為載體，努力實踐對學生綜合能力的培養——力學課程報告論壇[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]杜慶華.力學與工程應用[M].北京：中國林業出版社，1998.

作者簡介：楊凱（1984—），男，河南睢縣人，碩士，講師，主要研究方向：混凝土材料與結構。