材料力學課程教學方式改革探索

摘 要：材料力學是本科院校機械設計制造及自動化專業一門非常重要的必修課，針對目前課程學時減少，課程內容枯燥、學生學習難度較大等問題，從課程教學方式入手，探索該門課程的教學改革，激勵學生學習的熱情，從而提高學生對于材料力學的學習效率。

關鍵詞：材料力學；教學方式；改革

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

1 引言

材料力學是高等本科院校機械類專業開設的技術基礎課程。隨著全國高等學校新一輪培養計劃的制訂，材料力學課程的學時數大幅度減少。而材料力學課程內容抽象、比較枯燥，很多內容與高等數學、大學物理相關，計算公式多且推導過程復雜，促使學生對課程產生恐懼心理[1，2]。這在一定程度上降低了學生的學習興趣，從而引發學生學習的主動性不足，導致學生學習效果較差，不能將所學知識靈活地用于解決實際的工程問題。因此，如何在有限的學時內，使學生既能夠系統的掌握材料力學的基本知識，又能了解一些材料力學的進展；既能培養學生的材料力學基本素質，又能加強學生對于工程概念的理解，成為眾多力學教學工作者致力于研究的問題[3-5]。為此，本文針對材料力學教學方式的改革開展了相關的解析和探索實踐。

2 材料力學教學方式具體措施

2.1 教學過程中采用類比思維

材料力學授課順序為軸向拉伸壓縮變形、扭轉變形和彎曲變形，由簡到難、逐層遞進，使學生在學習過程中有一個循序漸進的過程。每種變形的學習內容主要包括構件的外力計算、內力計算、應力計算和強度校核四個方面的內容，每種基本變形所涉及的知識架構極為相似，因此在材料力學所涉及的三種基本變形的教學方式上，可以采用同一套思維方式，使學生掌握了第一種最簡單的變形計算以后就能觸類旁通，在對下一種變形進行學習時，在整體上有一個完整的思路，增加學生學習的信心。

以扭轉變形的學習為例，在進行扭轉變形學習時，學生已經掌握了軸向拉伸壓縮變形的基本知識及其求解步驟。那么教師在進行下一章內容即扭轉變形的教學時，應結合軸向拉伸壓縮變形的相關知識與學生一起理清扭轉變形的知識脈絡。如圖1所示，軸向拉伸壓縮變形中首先所要研究的構件所受的外力（拉/壓力），在所受外力都已經明確的情況下，采用截面法求解構件所受的內力（軸力），在此基礎上，利用正應力求解公式計算出構件所受的最大正應力，最后利用強度條件判斷構件是否符合強度條件，既最大正應力是否小于許用應力。有了上述軸向拉伸壓縮變形的學系基礎，再來進行下一章節扭轉變形的學習時，就可以延續軸向拉伸壓縮變形的學習思路，首先所要研究的構件所受的外力（外力偶），在所受外力都已經明確的情況下，采用截面法求解構件所受的內力（扭矩），在此基礎上，利用剪切應力求解公式計算出構件所受的最大剪切應力，最后利用強度條件判斷構件是否符合強度條件，既最大剪切應力是否小于許用應力。

2.2 教學過程中采用任務導入

將課程重點難點的結合案例教學，采用任務導入的方法，增強學生對學習內容的認識和理解，綜合運用圖片視屏等現代化教學手段，提高學生學習興趣；知識傳授過程中結合工程實例，將理論知識融入到實際操作中，使理論與實踐相結合，從而加深學生對理論的理解，培養學生的實踐意識。此外，將課堂教學與實際的工程問題相結合，還可以培養學生理論聯系實際的工程分析能力。

以汽車傳動軸的設計為例，導出學習圓軸扭轉強度校核方法的必要性，知識聯系生產實踐，提高學生的認知，激發學生的學習熱情。

如圖3所示，構建汽車傳動軸的力學模型，根據以下思路，設計出傳動軸的合理尺寸。結合圖1所示的材料力學基本變形知識體系框圖，列出汽車傳動軸的設計過程，具體步驟如下：

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

（2）根據扭轉剪切應力表達式，判斷最大切應力所在位置，得出圓軸扭轉強度條件數學表達式。

（3）利用扭轉強度條件，構建汽車傳動軸尺寸設計依據。

根據圓軸截面的應力分布情況，引導學生思考，傳動軸是否可設計為空心？設計效果會產生什么變化？引出空心圓軸的校核方法，讓學生比較實心圓軸與空心圓軸設計的優缺點。

3 結語

本文針對目前課程學時減少，課程內容枯燥、學生學習難度較大等問題，對材料材料力學課程的教學改革進行探索，從教學過程中采用類比思維和教學過程中采用任務導入給出了教學方式改革策略，并將該方法應用到材料力學教學實踐中。有效地加深學生對于材料力學整個知識地體系地理解，增加學生學習材料力學地信心，提高學生熱情和學習效率。

參考文獻：

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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：機電一體化技術。