啟迪研究性思維的材料力學(xué)教學(xué)改革與實踐

陳振 孫紅旗 劉新柱 周爽

摘要：培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程實踐型人才，是普通高等工科院校本科教學(xué)的目標(biāo)，其核心是培養(yǎng)學(xué)生的研究性思維能力。在課堂教學(xué)過程中優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、強化實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，采用研究式教學(xué)方法，全過程、多方位培養(yǎng)和提高學(xué)生的研究性思維，通過改革，提高了學(xué)生的創(chuàng)新和自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了全面的提高。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué) 研究性思維 創(chuàng)新能力

《材料力學(xué)》是一門理論性與應(yīng)用性較強的技術(shù)基礎(chǔ)課，它主要通過對桿類構(gòu)件的受力和變形的研究，來指導(dǎo)工程實際中對各類構(gòu)件的設(shè)計。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，《材料力學(xué)》的內(nèi)容得到不斷豐富，這樣對《材料力學(xué)》的教學(xué)就有了新的要求。本文將探討研究如何通過《材料力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，啟迪學(xué)生的研究性思維，提高學(xué)生分析、研究、解決工程問題的能力，從而全面提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)。

一、優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。將工程實例引入課堂

我國高校一直采用傳統(tǒng)的《材料力學(xué)》教材體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)主要根據(jù)桿件的拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲四總基本變形為核心，以桿件在變形過程中表現(xiàn)出來的強度、剛度、穩(wěn)定性問題為基礎(chǔ)展開的。該體系在闡述基本概念和力學(xué)模型時，首先進行理論分析得出結(jié)論，然后根據(jù)結(jié)論來指導(dǎo)實踐，這就要求學(xué)生具有較強的邏輯思維能力，對初學(xué)者有一定的難度。教師在講解時也脫離實際導(dǎo)致課堂枯燥乏味，因此，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性普遍不高，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。因此，在教學(xué)實踐中一定要充分重視啟發(fā)學(xué)生的研究性思維能力，在教學(xué)過程中對《材料力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，教學(xué)內(nèi)容需要根據(jù)教學(xué)對象的特點與層次進行調(diào)整更新，做到因材施教，將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的個性化特征相結(jié)合。這需要勇于創(chuàng)新，思維方式上有所突破，在教學(xué)中引入當(dāng)代的新觀念、新方法，在闡述基本概念和力學(xué)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(xué)生有似曾相識的親近感，調(diào)動學(xué)生主動探究的欲望。例如：在講解受壓桿件的穩(wěn)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(xué)生帶人事故現(xiàn)場，接著通過啟發(fā)式逐層拋出問題，組織學(xué)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(jié)出桿件失穩(wěn)的受力及變形特征，最后通過嚴(yán)格的理論及數(shù)學(xué)原理推導(dǎo)出壓桿的穩(wěn)定條件。這樣即提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，講透基本概念和原理，使學(xué)生了解本課程知識在工程實際和日常生活中的應(yīng)用，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的研究性思維的能力。

二、采用研究式教學(xué)方法。提高學(xué)生解決工程實際問題的能力

研究性教學(xué)是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)識積累為基礎(chǔ)，將科學(xué)研究的各個元素滲透到教學(xué)全過程，通過教學(xué)實踐活動改變學(xué)生被動接受知識的方式，培養(yǎng)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)、研究并解決問題的能力?！恫牧狭W(xué)》課程是培養(yǎng)學(xué)生研究性思維的極佳載體，是工科學(xué)生走向工程設(shè)計領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程?！恫牧狭W(xué)》是一門理論與實驗相結(jié)合的課程，它的許多理論原理都是人們經(jīng)過大量的科學(xué)實驗及生產(chǎn)實踐的歸納總結(jié)，在經(jīng)過一般原理的演繹推理，總結(jié)出比較系統(tǒng)的材料力學(xué)知識，最后上升到力學(xué)原理介紹給學(xué)生。因此培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力顯得尤為重要，在教學(xué)過程中可以精選一些工程實例，引導(dǎo)學(xué)生進行分析、探究，從而形成自己對問題的正確認(rèn)知。教師在課堂中從理論產(chǎn)生的基本過程開始給學(xué)生進行詳實的分析，對力學(xué)的基本原理產(chǎn)生的歷史背景及歷史淵源，以及科學(xué)家最初是如何根據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)規(guī)律提出假說，對學(xué)生進行詳細(xì)的解釋說明。這樣學(xué)生在掌握一個力學(xué)原理的同時，又對原理的內(nèi)涵和外延及產(chǎn)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(xué)不僅使學(xué)生能熟練輕松的掌握知識，同時也培養(yǎng)鍛煉了學(xué)生的研究性思維頭腦，使學(xué)生具有了較強的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

三、強化實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。加強學(xué)生對基本原理的深刻理解

《材料力學(xué)》的基本原理是人們在大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上的經(jīng)驗總結(jié)，所謂從“實踐中來到實踐中去”，讓學(xué)生到實踐中去親自體驗材料力學(xué)基本原理的產(chǎn)生過程，再用該原理去指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實踐，這一過程對學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力培養(yǎng)、及對未知領(lǐng)域的科學(xué)研究和探索能力的培養(yǎng)，都具有極其重要的作用。因此在教學(xué)過程中要加強對力學(xué)基本原理的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。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(xué)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(xiàn)的一些力學(xué)特征，教師引導(dǎo)學(xué)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(xué)生用游標(biāo)卡尺測量試件斷裂前后標(biāo)距的長度，確認(rèn)變形之前、變形過程中與試件斷裂之后尺寸的差異，學(xué)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(xué)生對材料力學(xué)性能這一基本力學(xué)概念的理解。從而引起學(xué)生極大的學(xué)習(xí)興趣，在推導(dǎo)軸向拉伸與壓縮時橫截面的應(yīng)力公式時，還原圣維南原理及科學(xué)家探索推導(dǎo)該公式的過程，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象歸納總結(jié)問題得出結(jié)論的方法，這種研究式學(xué)習(xí)比被動地接受更容易理解，在這個過程中學(xué)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(jié)合的研究式教學(xué)方式，即能夠提高學(xué)生對材料力學(xué)主動學(xué)習(xí)的興趣，又能提高了學(xué)生歸納總結(jié)、演繹一般力學(xué)原理的能力。

四、結(jié)束語

培養(yǎng)學(xué)生的研究性思維，積累研究能力.是培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)能力的創(chuàng)新型人才和具有較強工程實踐能力人才的根本?！恫牧狭W(xué)》課程是培養(yǎng)學(xué)生研究性思維的極佳載體.教師在教學(xué)過程中應(yīng)結(jié)合學(xué)生的特點和實際情況，做到因材施教，全過程、多方位，培養(yǎng)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力。