材料力學雙語教學研究

蔣慶剛　王坤　袁曉光

[摘 要]材料力學是工科專業的一門重要的專業基礎課。為了卓越工程師的培養和教學相長意義上教師本身的發展，材料力學應采用國際化的教育手段，即通過中外文結合進行教學活動。對于這一新的教育方式，課題組從材料力學實行雙語授課的內在需要、與之適應的教學方法、如何選取外文教材、對教師的要求以及和電算結合等幾個方面，探討了材料力學在雙語教學實踐和發展中面臨的問題及解決方法。

[關鍵詞]材料力學;雙語教學;計算機應用

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）10-0060-03

材料力學是以固體材料的強度、變形和穩定為主要對象的基礎學科，是結構和機械設計的學科基礎。為了在國際化社會科學的發展潮流中加強學科雙語教學質量水平，也為了塑造大量既有專業知識又有較好外文水平的現代人才，高校近年正在逐步加強對于材料力學雙語教學的探索。隨著國際化的逐漸發展，國家間的交流日益增多，學科教學已不局限于單一語言的指導教育。雙語教學是未來教學的發展趨勢，通過這種新的教學方式，不但能提高學生專業英語水平，也使學生可以更多地參與國際專業交流。進行中外文學習和查閱外文文獻過程中，學生可以吸取國外材料力學或相關學科的最新發展成果[1]。材料力學課程的雙語教學可以訓練學生借鑒他人的思考角度，提升學生針對身邊的具體工程問題的思考、分析和解決的能力[2]。這種新型的教學方式可以促使傳統思維和現代思維融合，是學生培養才干的重要途徑[3]。開展雙語教學能夠使學生熟悉外國的技術規范和法律，更好地借鑒國外經驗技術，為今后自學國外的科學技術打下堅實的基礎[4]。下面我們將從必要性、教學方法、教材和教師條件、材料力學電算等幾個方面來探討材料力學雙語教學實踐面臨的問題和解決方法。

一、雙語教學的內在需要

與其他課程一樣，材料力學需要改革，其中包括教學方法與教學內容的革新，以適應時代要求和啟發學生學習的積極性與創造精神。

（一）教材改革

高等學校的材料力學課程教材和其他課程教材一樣，經歷了幾個階段：直接使用或照抄西方國家教材;翻譯和使用蘇聯教材;在學習蘇聯的基礎上結合我國的特點和需要編寫、使用自己的教材;發揚實事求是的精神，吸取國內外教材的特點，對自編教材進行修訂提高。這樣，材料力學課程教材從無到有，由質量低到質量較高，在滿足黨和國家培養高質量人才的要求上，編撰老師是做出不少貢獻的。但是也應當指出，在取得成績的同時，我們在進行材料力學課程教材選擇與編撰的道路上，還存在一些問題。目前，我國材料力學版本不少，但多大同小異，特色較少，有些只是內容多少有差異，而教材的結構、敘述、插圖例題等都類似，這種品種單調的情況滿足不了我國蓬勃發展的各類型的工科院校的要求。因此，我們要編出一些質量較好的教材，一方面就要學習蘇聯教材敘述嚴謹、系統性強的優點，另一方面又要結合英美教材比較重視應用、理論聯系實際工程的長處，同時還能注入我國多年來所積累的教學經驗。在教材內容的選擇上，必須從實際出發，實事求是，要考慮到課程的性質和任務去精選內容，不能盲目追求高精尖而引起教材內容的大起大落。要保持教材的相對穩定性，對已取得的成果，決不能輕率地推倒重來。實踐證明，許多優秀的教材都要經過多次的應用、長期的錘煉、反復的修訂，才可能逐步臻于完善，達到較高水平。迄今為止，在我們已經出版的材料力學教材中，達到較高質量的還不多，教學參考書、習題集和實驗指導等工具書還比較少，具有不同風格、不同學術觀點和不同改革實驗的教材和參考書就更罕見了，因此，材料力學教材建設的許多方面，還有大量的工作需要我們努力去做。我們在總結自己編寫教材經驗的基礎上，要認真地分析學習國外的教材，在教師和學生共同的參與下，吸收其中對我們有用的成分，形成具有我國自己風格和特色的材料力學教學，雙語教學是其中的一個重要的實現途徑。

（二）學生的外語水平

學生是教學活動的參與者。雙語課堂上會出現大量的文字和語音形式的外文詞匯，如何順利地接收和消化這些信息，學生的外語水平是重要保證。顯然，學生對外文的掌握程度越好，語言障礙越少，那么其學習成效就越大，這樣可以達到較好的授課效果。對于外文程度不高的學生，一般建議應該在修完相關課程之后，再逐步開展雙語學習，當然，也可以隨班學習相關外文知識和專業知識。英語水平首先表現為必要的詞匯量，只有具備了一定的詞匯量才能進行外語的聽、說、讀、寫、譯訓練。根據《大學英語教學大綱》的要求：大學生英語四級詞匯是4200個，材料力學的開課一般在二年級的下半學期，這個時間已經有很多的學生通過了四級考試， 具備了一定的單詞量基礎和良好的英語閱讀能力，因此學生可以從容組織語言并應用專業知識學習這門課程。

二、雙語課程的教學方法

文獻[5]建議用對比教學法、調研教學法、激勵思考法、寫作訓練法等幾種方法來提高雙語教學效果。

同時，我們強調雙語教學的關鍵目的在于學習國外同行對材料力學基本原理的不同和新穎的表現方式，并不是讓學生去生吞活剝地學習一些外文專業詞句。因此，在選定好外文材料力學教材后，需要給學生提供一些類似的中文教材。這樣就設立了外文材料力學和中文材料力學的對立面，好處在于：使學生們先使用母語較快地學習掌握材料力學的內容和相關的中文專業表述;在此基礎上，在教師的帶領下學習外文材料力學對類似問題的不同解決方案，在學習具體問題的過程中，掌握外文對材料力學問題的描述和具體的解決手段。面對這種設置對立面的雙語教學方式，學生不僅不會丟掉根本的學習目的，還可以學習對同一材料力學原理的中外兩種解決方案，促使學生找出適合自己理解的那條路[5- 6]。在這個基礎上，教師就可以循序漸進地應用雙方都易于接受的途徑達到雙語教學的目標。根據相關的教學實踐和對一些教學問題的認識，下面列舉一些教學方法。

材材料力學課程有自身的明顯特點，它應用性與趣味性較強。將本課程講活的關鍵是充分而適當地“聯系實際”。聯系實際還是潛移默化地增強學習目的性、提高學習興趣和主動性、培養工程觀點和處理工程問題的有效手段。為了在教學中能豐富地、生動地、恰如其分地聯系實際，教師多從事工程設計、科學研究，收集生產及科研中的有關實例，并從教學的角度加以提煉，是很有意義的。

加強自學能力訓練的必要性，已不待言。這里，對當今大學生的“實際自學能力”與“自學能力的潛力”應加以區分。在材料力學的教學中，由于青年可塑性大、智力潛力大，大膽而又逐步地放手增加學生自學的比重是可行的，實踐證明，他們的潛力往往比我們預料的要大。

開展課外“學習與研究”的科技活動，讓學生（首先是學有余力的學生）進行研究性實驗，對自學參考書及有關資料進行綜述與評論，對一些問題進行初步的研究和探討，寫學習報告、研究報告，這對于啟發創造精神，培養自學、實驗研究、理論研究和表達等能力，以及運用所學知識分析實際問題的能力，好處甚大。

在緒論及一些章節的“合理設計”部分，可以進行（包括隱含）愛國主義教育;在問題的引出，公式的推導、應用及合理設計部分，可以灌輸唯物主義及其辯證法;在問題的引出及理論的應用部分，可以隱含學習目的及意義的教育，進行工程觀點及方法的培養。其中，材料的線性假設：[σ=Ee] 不宜作為基本規律（特別是在緒論中）提出，而且最好不要稱作“虎克定律”，宜改為“單向虎克定律”或別的什么名稱。要突出廣義虎克定律，它才是基本規律，而[σ=Ee] 僅是它的特例，不強調這一點往往造成很大的誤導作用。

多學時大綱的基本部分，沒有“溫度及變形速變對材料性質的影響、蠕變及松弛概念”，從科技發展及工程要求看，加上為妥。與強度（廣義）有關的材料知識（除金屬外還應包括塑料等高聚物材料），除材料科學系學生外，其他的學生知道得過少。疲勞破壞與持久極限的概念，宜在“拉伸與壓縮”一章的材料機械性質中先簡單地介紹，特別是對機械、航空等類專業的學生。這是從該內容應有的地位及教學效果兩方面考慮而言。

三、雙語教材的選取

我國的材料力學教材內容主要沿襲蘇聯教材，其特點是偏重于理論、數學的嚴格性和系統性，內容深、廣、寬，這種類型的教材為我國的工業化培養了眾多基礎扎實、思路縝密的科技人才，這個好處不能丟掉，但在這個基礎上，也可以了解一下歐美和日本的教程特點，為雙語教學的教材選擇提供一點借鑒。

英美教材總的基本特點是，強調應力和應變分析、變形和變形能計算;注意加強基本理論，擴大知識面;也重視計算技能的訓練和工程設計能力的培養。由于英美國家沒有統一的教學大綱，所以教材在選材和講法上有較大靈活性。英美教材有些內容偏多偏深，這便于對程度較好學生進行因材施教。由于教材風格不同和講法多樣，對教師的教學很有參考價值。英美教材所存在的問題是，多數教材不如我國和蘇聯教材那樣細致嚴密，而往往只側重公式的應用，這對于學生學好基本理論是不利的。有些內容偏少或甚至沒有，如“強度理論”“交變應力”等內容，在各教材中差別很大。此外，英美教材中不提出構件強度條件和強度計算，未引用不等式，這對學生掌握構件強度計算的方法是不利的。

日本材料力學教材類型多樣，各具特色。有的教材內容深而全，要求高，篇幅大;有的教材短小精悍，重點突出，以不同的方式啟迪學生的思路;有的教材將科技史料引入其中，這樣不僅使學生學到書本知識，而且學會獲取知識的方法;有的教材經濟觀念較強，始終貫徹如何以最少的資源來發揮最大的經濟效益這樣一條主線。另外，日本教材還有一些特點：如言簡意賅、頗有新意、理論密切聯系實際、習題和題解方法極為豐富、圖文并茂，簡明直觀、通俗易懂方面有獨到之處。

總之，選擇外文教材需要在中文教材的基礎上，根據不同專業的教學要求、學生的特點，由教師來指定做到行之有效。

四、對教師的要求

雙語教學中，教師是最直接、具體的實施者和組織者，高素質的雙語教師是推進雙語教學的決定因素[6-7]。目前學校可實施英語教學的教師比例還很低，這與當前教育國際化的要求不相適應[8]。雙語教學要求授課教師必須更新教學理念，改革教學方法，從教學目的與教學方法之間的關系、知識教學和語言教學之間的關系等方面，探討雙語教學的特點[9]。教師講課時要合理充分地使用各種教學手段，如用圖片、多媒體等介紹材料力學與著名大型工程的關系[10]，將深奧的原理用易理解的動畫形式展示出來。可通過對比、問題、案例、調研、寫作訓練、激勵思考等多種手段來提高學生的思維創新能力。教學可使用逐漸遞進的方式來推進[11]，也可以教師為主導，以學生為中心，采用案例式、討論式、啟發式教學，加強師生間的互動交流[12]。在學習基本理論的過程中，可適當布置一些中外文結合的側重于靈活運用基本概念和基本分析方法的習題讓學生鉆研和對比[13-14]。

五、電算和雙語教學結合

目前，計算機語言基本是英語或其縮略詞，雙語授課可以促進學生提高解決材料力學問題的編程計算能力。隨著高等院校教學改革和人才培養計劃的調整和優化，科學技術飛速發展，新材料、新技術、新結構的不斷涌現以及社會對工程創新型人才的需求，教育部門對材料力學教學提出了新的要求，探索在有限學時內更有效地組織教學內容、改進教學方法和教學手段，提高教學質量的新模式勢在必行。因此，引入計算機進行材料力學教學是十分必要的，是培養大學本科生具備創新與實踐能力、建設一流學科、加強建設創新型國家的時代要求。

計算機分析的引入將使材料力學所能解決的問題加深、加寬，依據材料力學基本原理和基本方法，對一般桿件內力計算、截面幾何性質、應力狀態和強度、穩定性問題，可以開發計算流程圖、源程序和算例。實踐發現：材料力學中引入計算機分析，會使計算過程大為簡化和快捷，無論對于改變學生的知識結構和能力的培養都是有益的。首先，有利于本科學生盡早地接受計算機的訓練，并掌握計算機分析的基本方法。其次，有利于拓寬學生的知識面，擴大他們解決工程力學問題的能力。一般材料力學中所研究的對象大都是等截面直桿，載荷類型也比較簡單，計算分析使學生視野變得寬闊。最后，有利于材料力學課程改革與內容更新。在材料力學計算機應用中，本文作者運用Excel和VBA的函數數值計算、自動處理數據，對材料力學進行了教學實驗[15]，在保持傳統力法的基本原理和計算過程的基礎上，解決了材料力學計算煩瑣的問題，提高了計算速度和學習效率，增強了結構力學課程與實際的聯系程度。

六、結論

材料力學的雙語教學不僅可以創建工科基礎教育國際化氛圍，還為教師和學生的發展建立了重要的訓練和學習陣地。本文對材料力學實行雙語授課的內在需要、與之適應的教學方法、如何選取外文教材、對教師的要求以及和電算結合等幾個方面，來探討這種授課模式中會遇到的問題和解決方式，希望能通過學習外國的優秀做法達到促進我們國內材料力學教學水平上到一個新臺階。

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[責任編輯：鐘 嵐]