材料力學(xué)課程教學(xué)方式改革探索

摘 要：材料力學(xué)是本科院校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)一門非常重要的必修課，針對目前課程學(xué)時(shí)減少，課程內(nèi)容枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大等問題，從課程教學(xué)方式入手，探索該門課程的教學(xué)改革，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，從而提高學(xué)生對于材料力學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；教學(xué)方式；改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.190

1 引言

材料力學(xué)是高等本科院校機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。隨著全國高等學(xué)校新一輪培養(yǎng)計(jì)劃的制訂，材料力學(xué)課程的學(xué)時(shí)數(shù)大幅度減少。而材料力學(xué)課程內(nèi)容抽象、比較枯燥，很多內(nèi)容與高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理相關(guān)，計(jì)算公式多且推導(dǎo)過程復(fù)雜，促使學(xué)生對課程產(chǎn)生恐懼心理[1，2]。這在一定程度上降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性不足，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差，不能將所學(xué)知識靈活地用于解決實(shí)際的工程問題。因此，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使學(xué)生既能夠系統(tǒng)的掌握材料力學(xué)的基本知識，又能了解一些材料力學(xué)的進(jìn)展；既能培養(yǎng)學(xué)生的材料力學(xué)基本素質(zhì)，又能加強(qiáng)學(xué)生對于工程概念的理解，成為眾多力學(xué)教學(xué)工作者致力于研究的問題[3-5]。為此，本文針對材料力學(xué)教學(xué)方式的改革開展了相關(guān)的解析和探索實(shí)踐。

2 材料力學(xué)教學(xué)方式具體措施

2.1 教學(xué)過程中采用類比思維

材料力學(xué)授課順序?yàn)檩S向拉伸壓縮變形、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形，由簡到難、逐層遞進(jìn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。每種變形的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括構(gòu)件的外力計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核四個(gè)方面的內(nèi)容，每種基本變形所涉及的知識架構(gòu)極為相似，因此在材料力學(xué)所涉及的三種基本變形的教學(xué)方式上，可以采用同一套思維方式，使學(xué)生掌握了第一種最簡單的變形計(jì)算以后就能觸類旁通，在對下一種變形進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，在整體上有一個(gè)完整的思路，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。

以扭轉(zhuǎn)變形的學(xué)習(xí)為例，在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了軸向拉伸壓縮變形的基本知識及其求解步驟。那么教師在進(jìn)行下一章內(nèi)容即扭轉(zhuǎn)變形的教學(xué)時(shí)，應(yīng)結(jié)合軸向拉伸壓縮變形的相關(guān)知識與學(xué)生一起理清扭轉(zhuǎn)變形的知識脈絡(luò)。如圖1所示，軸向拉伸壓縮變形中首先所要研究的構(gòu)件所受的外力（拉/壓力），在所受外力都已經(jīng)明確的情況下，采用截面法求解構(gòu)件所受的內(nèi)力（軸力），在此基礎(chǔ)上，利用正應(yīng)力求解公式計(jì)算出構(gòu)件所受的最大正應(yīng)力，最后利用強(qiáng)度條件判斷構(gòu)件是否符合強(qiáng)度條件，既最大正應(yīng)力是否小于許用應(yīng)力。有了上述軸向拉伸壓縮變形的學(xué)系基礎(chǔ)，再來進(jìn)行下一章節(jié)扭轉(zhuǎn)變形的學(xué)習(xí)時(shí)，就可以延續(xù)軸向拉伸壓縮變形的學(xué)習(xí)思路，首先所要研究的構(gòu)件所受的外力（外力偶），在所受外力都已經(jīng)明確的情況下，采用截面法求解構(gòu)件所受的內(nèi)力（扭矩），在此基礎(chǔ)上，利用剪切應(yīng)力求解公式計(jì)算出構(gòu)件所受的最大剪切應(yīng)力，最后利用強(qiáng)度條件判斷構(gòu)件是否符合強(qiáng)度條件，既最大剪切應(yīng)力是否小于許用應(yīng)力。

2.2 教學(xué)過程中采用任務(wù)導(dǎo)入

將課程重點(diǎn)難點(diǎn)的結(jié)合案例教學(xué)，采用任務(wù)導(dǎo)入的方法，增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)識和理解，綜合運(yùn)用圖片視屏等現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；知識傳授過程中結(jié)合工程實(shí)例，將理論知識融入到實(shí)際操作中，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而加深學(xué)生對理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識。此外，將課堂教學(xué)與實(shí)際的工程問題相結(jié)合，還可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工程分析能力。

以汽車傳動軸的設(shè)計(jì)為例，導(dǎo)出學(xué)習(xí)圓軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核方法的必要性，知識聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，提高學(xué)生的認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

如圖3所示，構(gòu)建汽車傳動軸的力學(xué)模型，根據(jù)以下思路，設(shè)計(jì)出傳動軸的合理尺寸。結(jié)合圖1所示的材料力學(xué)基本變形知識體系框圖，列出汽車傳動軸的設(shè)計(jì)過程，具體步驟如下：

（1）在外力偶M已知的情況下，利用內(nèi)力求解方法（截面法），建立力平衡方程，求出力矩大小T。（邀請學(xué)生互動，鞏固之前所學(xué)知識點(diǎn)）

（2）根據(jù)扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力表達(dá)式，判斷最大切應(yīng)力所在位置，得出圓軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件數(shù)學(xué)表達(dá)式。

（3）利用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，構(gòu)建汽車傳動軸尺寸設(shè)計(jì)依據(jù)。

根據(jù)圓軸截面的應(yīng)力分布情況，引導(dǎo)學(xué)生思考，傳動軸是否可設(shè)計(jì)為空心？設(shè)計(jì)效果會產(chǎn)生什么變化？引出空心圓軸的校核方法，讓學(xué)生比較實(shí)心圓軸與空心圓軸設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。

3 結(jié)語

本文針對目前課程學(xué)時(shí)減少，課程內(nèi)容枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大等問題，對材料材料力學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行探索，從教學(xué)過程中采用類比思維和教學(xué)過程中采用任務(wù)導(dǎo)入給出了教學(xué)方式改革策略，并將該方法應(yīng)用到材料力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中。有效地加深學(xué)生對于材料力學(xué)整個(gè)知識地體系地理解，增加學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)地信心，提高學(xué)生熱情和學(xué)習(xí)效率。

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作者簡介：周紅明（1980-），男，浙江永康人，博士，講師，主要研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。