啟迪研究性思維的材料力學教學改革與實踐

陳振 孫紅旗 劉新柱 周爽

摘要：培養具有創新能力的工程實踐型人才，是普通高等工科院校本科教學的目標，其核心是培養學生的研究性思維能力。在課堂教學過程中優化調整教學內容、強化實驗教學環節，采用研究式教學方法，全過程、多方位培養和提高學生的研究性思維，通過改革，提高了學生的創新和自主學習能力，使學生的綜合素質得到了全面的提高。

關鍵詞：材料力學 研究性思維 創新能力

《材料力學》是一門理論性與應用性較強的技術基礎課，它主要通過對桿類構件的受力和變形的研究，來指導工程實際中對各類構件的設計。隨著科學技術的飛速發展，《材料力學》的內容得到不斷豐富，這樣對《材料力學》的教學就有了新的要求。本文將探討研究如何通過《材料力學》教學內容和教學方法的改革，啟迪學生的研究性思維，提高學生分析、研究、解決工程問題的能力，從而全面提升學生專業素養。

一、優化調整教學內容。將工程實例引入課堂

我國高校一直采用傳統的《材料力學》教材體系結構，該體系結構主要根據桿件的拉伸與壓縮、剪切、扭轉、彎曲四總基本變形為核心，以桿件在變形過程中表現出來的強度、剛度、穩定性問題為基礎展開的。該體系在闡述基本概念和力學模型時，首先進行理論分析得出結論，然后根據結論來指導實踐，這就要求學生具有較強的邏輯思維能力，對初學者有一定的難度。教師在講解時也脫離實際導致課堂枯燥乏味，因此，學生學習的積極性普遍不高，從而導致學習效果不佳。因此，在教學實踐中一定要充分重視啟發學生的研究性思維能力，在教學過程中對《材料力學》教學內容進行優化調整，教學內容需要根據教學對象的特點與層次進行調整更新，做到因材施教，將教學內容與學生的個性化特征相結合。這需要勇于創新，思維方式上有所突破，在教學中引入當代的新觀念、新方法，在闡述基本概念和力學模型時，可采用從特殊到一般的方法。先引入工程或日常生活中常見的典型的實例，使學生有似曾相識的親近感，調動學生主動探究的欲望。例如：在講解受壓桿件的穩定性問題時，教師可以利用多媒體播放一段2008年南方暴雪造成的電塔倒塌的新聞，通過新聞報道將學生帶人事故現場，接著通過啟發式逐層拋出問題，組織學生進行小組討論主動探究找出原因，然后通過教師的講解總結出桿件失穩的受力及變形特征，最后通過嚴格的理論及數學原理推導出壓桿的穩定條件。這樣即提高同學們的學習熱情，講透基本概念和原理，使學生了解本課程知識在工程實際和日常生活中的應用，增強學生學習的成就感，同時也培養了學生的研究性思維的能力。

二、采用研究式教學方法。提高學生解決工程實際問題的能力

研究性教學是指教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，將科學研究的各個元素滲透到教學全過程，通過教學實踐活動改變學生被動接受知識的方式，培養學生自主地發現、研究并解決問題的能力。《材料力學》課程是培養學生研究性思維的極佳載體，是工科學生走向工程設計領域的基礎課程?！恫牧狭W》是一門理論與實驗相結合的課程，它的許多理論原理都是人們經過大量的科學實驗及生產實踐的歸納總結，在經過一般原理的演繹推理，總結出比較系統的材料力學知識，最后上升到力學原理介紹給學生。因此培養學生理論與實踐相結合的能力顯得尤為重要，在教學過程中可以精選一些工程實例，引導學生進行分析、探究，從而形成自己對問題的正確認知。教師在課堂中從理論產生的基本過程開始給學生進行詳實的分析，對力學的基本原理產生的歷史背景及歷史淵源，以及科學家最初是如何根據實驗現象總結規律提出假說，對學生進行詳細的解釋說明。這樣學生在掌握一個力學原理的同時，又對原理的內涵和外延及產生的過程和分析的療法及手段有更加深入的掌握。這種研究性教學不僅使學生能熟練輕松的掌握知識，同時也培養鍛煉了學生的研究性思維頭腦，使學生具有了較強的創新能力和工程實踐能力。

三、強化實驗教學環節。加強學生對基本原理的深刻理解

《材料力學》的基本原理是人們在大量的科學實驗和生產實踐的基礎上的經驗總結，所謂從“實踐中來到實踐中去”，讓學生到實踐中去親自體驗材料力學基本原理的產生過程，再用該原理去指導學生的學習和實踐，這一過程對學生創新能力和工程實踐能力培養、及對未知領域的科學研究和探索能力的培養，都具有極其重要的作用。因此在教學過程中要加強對力學基本原理的實驗教學環節。例如，在講解桿件拉伸與壓縮的基本概念時，在理論課之前先進行桿件軸向拉伸與壓縮演示試驗，學生親身感受到形象直觀的桿件軸向拉伸與壓縮的變形與斷裂全過程，通過觀察實驗過程中試件表現的一些力學特征，教師引導學生進行試驗的觀察和分析，并提出為什么低碳鋼、灰鑄鐵在拉伸和壓縮的斷口破壞形式不同的問題。同時，可以讓學生用游標卡尺測量試件斷裂前后標距的長度，確認變形之前、變形過程中與試件斷裂之后尺寸的差異，學生也會直觀的觀察出低碳鋼、灰鑄鐵在變形及斷裂過程中的差異，進一步促進學生對材料力學性能這一基本力學概念的理解。從而引起學生極大的學習興趣，在推導軸向拉伸與壓縮時橫截面的應力公式時，還原圣維南原理及科學家探索推導該公式的過程，引導學生根據實驗現象歸納總結問題得出結論的方法，這種研究式學習比被動地接受更容易理解，在這個過程中學生對公式的適用條件及使用方法理解更加到位。采用這樣的理論與實驗相結合的研究式教學方式，即能夠提高學生對材料力學主動學習的興趣，又能提高了學生歸納總結、演繹一般力學原理的能力。

四、結束語

培養學生的研究性思維，積累研究能力.是培養具有自主學習能力的創新型人才和具有較強工程實踐能力人才的根本?！恫牧狭W》課程是培養學生研究性思維的極佳載體.教師在教學過程中應結合學生的特點和實際情況，做到因材施教，全過程、多方位，培養學生的研究性學習能力。