基于材料力學(xué)大作業(yè)的課程綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)探索

楊鄂川　陳松　郭長文　劉妤

摘 要 基于現(xiàn)階段材料力學(xué)課程考核形式單一，且缺乏綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，通過在課程末期設(shè)置材料力學(xué)大作業(yè)，進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)。大作業(yè)為課程的必要考核環(huán)節(jié)，作業(yè)成績以20%的比重計(jì)入課程總成績。大作業(yè)以較簡單的工程結(jié)構(gòu)為載體，要求學(xué)生自行進(jìn)行力學(xué)簡化建模，并綜合運(yùn)用材料力學(xué)中基本變形、強(qiáng)度剛度及穩(wěn)定性分析等知識，完成結(jié)構(gòu)的可靠性分析。文中介紹了我校大作業(yè)設(shè)置的基本原則，兩學(xué)期教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果以及后續(xù)在題目設(shè)置方面的幾點(diǎn)反思。

關(guān)鍵詞 材料力學(xué) 大作業(yè) 考核 綜合訓(xùn)練

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

材料力學(xué)課程是包括機(jī)械、材料、土木及航空航天等眾多工科類專業(yè)本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程講授工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析的基本方法并建立工程結(jié)構(gòu)與力學(xué)模型之間的橋梁。對于不同專業(yè)學(xué)生而言是后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)及汽車構(gòu)造等專業(yè)課程的重要支撐。只有較好的掌握了材料力學(xué)課程的基本知識和方法，才能深入理解后續(xù)各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的可靠性問題。可以說材料力學(xué)課程學(xué)得是否扎實(shí)是一名工科學(xué)生工科素養(yǎng)好壞的重要評判指標(biāo)。

1現(xiàn)階段材料力學(xué)課程存在的幾點(diǎn)問題

我國各大院校材料力學(xué)課程開設(shè)已久，受眾廣泛，在幾十年的發(fā)展過程中已經(jīng)形成了較完備的課堂教學(xué)內(nèi)容體系。也有知識點(diǎn)涵蓋廣，講解細(xì)致深入，例題多樣的幾套經(jīng)典教材，例如劉鴻文版、單祖輝版材料力學(xué)教材等。但材料力學(xué)課程仍有一些缺陷需要改進(jìn)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）材料力學(xué)課程知識點(diǎn)多，從基本變形到組合變形，從強(qiáng)度分析到穩(wěn)定性計(jì)算，涉及內(nèi)力、應(yīng)力、變形等諸多知識點(diǎn)，學(xué)時(shí)一般較長（現(xiàn)階段常見學(xué)時(shí)為64H），往往需要一個(gè)學(xué)期的時(shí)間搭建課程體系。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易學(xué)了后面的忘記前面的，課程結(jié)束后往往難以搭建完整的材料力學(xué)分析方法和概念體系。

（2）考核難度大，考試時(shí)長多為2小時(shí)，但要在2小時(shí)的試題量中照顧所有知識點(diǎn)，還有做到重點(diǎn)突出，概念判別、理論分析及校核計(jì)算并重，幾乎不可能。

（3）不像機(jī)械設(shè)計(jì)等課程有課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，幾乎沒有實(shí)際鍛煉的機(jī)會，對結(jié)構(gòu)力學(xué)簡化及建模的能力僅限于書本例題和部分習(xí)題，學(xué)生靈活運(yùn)用課程知識的能力較差，即使學(xué)的很好也不代表其具有較好的知識應(yīng)用能力。

（4）課程體系從考核環(huán)節(jié)看來，不符合工程專業(yè)認(rèn)證需求。2013年我國成為《華盛頓協(xié)議》的預(yù)備會員國，這意味著我國本科教育將越發(fā)重視學(xué)生工程實(shí)踐能力。材料力學(xué)課程作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程教學(xué)環(huán)節(jié)幾乎沒有針對學(xué)生綜合運(yùn)用課程知識閱讀工程問題，并完成建模分析的訓(xùn)練和考核環(huán)節(jié)。所有課后習(xí)題和考試試題大都針對某一章具體知識點(diǎn)，無法對學(xué)生應(yīng)用課程知識閱讀工程實(shí)踐的能力進(jìn)行較全面的考核。

2基于材料力學(xué)大作業(yè)的課程綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)

針對以上提出的幾點(diǎn)問題，我校對64H材料力學(xué)課程所有班級均在課程結(jié)束前1-2周增設(shè)了大作業(yè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)將其基本情況介紹如下：

（1）目的：通過在學(xué)期期末布置材料力學(xué)大作業(yè)，促使和激發(fā)學(xué)生綜合應(yīng)用本學(xué)期材料力學(xué)知識，分析工程結(jié)構(gòu)的可靠性等問題;通過自學(xué)及與教師討論等方式完成結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模和分析，使得其知識應(yīng)用能力和得到鍛煉;豐富材料力學(xué)課程的考核體系。

（2）考核方式及比重：為盡量避免學(xué)生大作業(yè)題目重復(fù)，我校工程力學(xué)系每一位教師出1-2道大作業(yè)題目，每學(xué)期題目總數(shù)為10-15道，各學(xué)生分散選擇題。材料力學(xué)大作業(yè)占總體考核比重的20%，按優(yōu)秀、良好、中等和不及格計(jì)成績（平時(shí)作業(yè)和考勤占20%，期末考試占60%）。

（3）大作業(yè)題目設(shè)置原則：題目以工程中較為簡單的工程結(jié)構(gòu)為載體，基本要求包含以下幾點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)的可靠性涵蓋強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性問題中的2種以上;②涉及的變形包含拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲及組合變形中的2種以上;③結(jié)構(gòu)易于簡化不涉及其他機(jī)電液等學(xué)生尚未學(xué)習(xí)得內(nèi)容;④對于可預(yù)計(jì)的學(xué)生較難理解或較難簡化的部分應(yīng)該出必要的注釋和引導(dǎo)信息。

通過設(shè)置材料力學(xué)大作業(yè)能在以下幾方面對人才培養(yǎng)形成支撐：（1）可以幫組學(xué)生更深度理解后續(xù)專業(yè)課程中各類結(jié)構(gòu)的可靠性問題;（2）可以幫助學(xué)生融匯材料力學(xué)中大部分的知識點(diǎn)，提升學(xué)生工程結(jié)構(gòu)力學(xué)建模能力。

3實(shí)施效果與反思

通過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，教學(xué)效果總體較好，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）絕大多數(shù)學(xué)生樂于接受這樣的考核方式，學(xué)習(xí)積極性較高，能主動在圖書館或網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料;（2）學(xué)生提交的作業(yè)反應(yīng)學(xué)生有很大的主觀能動性，往往一個(gè)班級3個(gè)同學(xué)選同一題目，但3份作業(yè)差別較大，每一個(gè)人都能從自己的角度發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可靠性問題，雖然有的并非必要，但反映學(xué)生在反復(fù)閱讀結(jié)構(gòu)后以能自行對其可靠性提出質(zhì)疑;（3）學(xué)生對待作業(yè)的態(tài)度大大超出教師預(yù)想，絕大多數(shù)同學(xué)能完整規(guī)范的表達(dá)自己的分析過程，圖表算式等的齊備和規(guī)范程度較好。

同時(shí)也發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問題需要在后續(xù)教學(xué)中改進(jìn)：（1）題目設(shè)計(jì)有時(shí)比較隨意，或過于籠統(tǒng)不便于學(xué)生下手，或過于簡單知識涵蓋面不足;（2）題目設(shè)置的專業(yè)針對性不強(qiáng)，后續(xù)考慮針對不同專業(yè)，與該專業(yè)的專業(yè)課程老師充分交流，提煉一批有針對性、可簡化、大二學(xué)生能理解的有專業(yè)背景的結(jié)構(gòu)，作為不同專業(yè)材料力學(xué)大作業(yè)的載體。

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