案例教學(xué)在材料力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

王永偉，吳雁平

摘要：材料力學(xué)是土木、道橋、機(jī)械等工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容與工程實(shí)際緊密相關(guān)，教學(xué)難度較大，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能達(dá)到較理想的學(xué)習(xí)效果。文章通過某履帶吊吊裝拱肋這一案例介紹了案例教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用，使學(xué)生通過實(shí)際工程分析來理解、掌握力學(xué)的相關(guān)知識，較好地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高了課堂的教學(xué)質(zhì)量，為后期專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué);案例教學(xué);分析能力;應(yīng)用研究

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0281-03

在理工科院校中，材料力學(xué)是土木、機(jī)械等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容與工程實(shí)際緊密相關(guān)，它以高數(shù)、理論力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，主要研究桿件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等問題。隨著高等教育的普及，高考分?jǐn)?shù)線不斷降低，使得同一班級的學(xué)生對問題的理解、分析能力差別很大，用傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，加之材料力學(xué)本身是一門既復(fù)雜又抽象的課程，內(nèi)容龐雜，公式繁多，有極強(qiáng)的邏輯性和一定的實(shí)踐性，學(xué)習(xí)起來難度很大，教師如果仍然采用單純的理論教學(xué)，會使部分基礎(chǔ)差的學(xué)生理解不了教師的授課內(nèi)容[1]，跟不上教師的思路，感覺課程枯燥難學(xué)，從而厭學(xué)甚至放棄學(xué)習(xí)。鑒于此種情況，課題組教師引入案例教學(xué)法，結(jié)合實(shí)際工程案例將力學(xué)知識滲透到學(xué)生中去。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問題

1.傳統(tǒng)模式下“教”與“學(xué)”的問題[2]。材料力學(xué)作為理工科類重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其公式多，內(nèi)容雜，理論性強(qiáng)，作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)院校的學(xué)生，部分學(xué)生理論基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，面對繁雜的公式和理論計(jì)算，不少學(xué)生出現(xiàn)了“畏懼”和“逃避”的思想，而教師在教學(xué)過程中仍然采用“滿堂灌”的教學(xué)方式，已經(jīng)明顯不能取得良好的學(xué)習(xí)效果，課程上經(jīng)常會出現(xiàn)教師在“滿懷激情”的講課，部分學(xué)生在“專心致志”的睡覺或玩手機(jī)，即使教師多次提醒學(xué)生應(yīng)該認(rèn)真聽課，積極回答問題，作用也頗小。

2.傳統(tǒng)的考核評判方式。目前，大部分材料力學(xué)考核方式仍為傳統(tǒng)的閉卷筆試，學(xué)生把大部分精力都用在了應(yīng)付理論考試上面，忽略了理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，造成了高分低能的現(xiàn)象。學(xué)生在面對工程問題時，仍無法做出合理分析及處理。

二、案例教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)

1.以真實(shí)案例為基礎(chǔ)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。案例教學(xué)法時刻與實(shí)踐結(jié)合起來，由于所列舉的實(shí)例都是來自生活中的案例，學(xué)生可以很好地理解和分析其中的理論模型，更加直觀、形象的將其本質(zhì)拆開，即使學(xué)習(xí)理論知識能力差的學(xué)生，也可以很快地接受和產(chǎn)生興趣，調(diào)動了學(xué)習(xí)的積極性，使得枯燥無聊的課程充滿了挑戰(zhàn)和意義。由于教師在使用案例教學(xué)法時需要做大量的前期準(zhǔn)備工作，需要教師到企業(yè)和社會中去，到工程現(xiàn)場和一線生產(chǎn)中去收集資料和數(shù)據(jù)，這在無形中就提高了自身的知識水平，在將這些知識講授的過程中，教師本身也會從中學(xué)習(xí)新的理論知識，將該門課的相關(guān)專業(yè)聯(lián)系起來，形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，更好的、多角度的完成教學(xué)工作。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，將學(xué)習(xí)的目的自然的轉(zhuǎn)換到實(shí)際工作中來，弱化考試的結(jié)果，更注重知識本身在工作和生產(chǎn)中起到的指導(dǎo)作用，將所有的理論知識全部應(yīng)用到實(shí)踐中去[3]。

2.注重對學(xué)生分析能力的培養(yǎng)。在授課過程中，教師有針對性地引入案例，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用力學(xué)的基本理論對案例進(jìn)行思考、分析、展開討論，每3—5人組成一個討論小組，教師提前布置任務(wù)，上課時每組派一名代表發(fā)言，提出自己的分析結(jié)果和疑惑，教師結(jié)合每組學(xué)生的分析情況，總結(jié)知識點(diǎn)，答疑解惑，逐漸形成一個“工程案例引入→建立模型→受力分析→知識點(diǎn)引入案例分析→總結(jié)→思考”的教學(xué)體系，讓學(xué)生在討論中愉快的學(xué)習(xí)。

三、案例分析在教學(xué)中的運(yùn)用

課題組以某履帶吊吊裝拱肋為例，讓學(xué)生從計(jì)算簡化、荷載簡化開始，分析結(jié)構(gòu)受力，計(jì)算結(jié)構(gòu)對地面的壓應(yīng)力，使學(xué)生通過實(shí)際案例分析來理解、掌握力學(xué)的相關(guān)知識，從而更好地解決實(shí)際工程中的問題。案例中吊車型號為150t履帶吊，其中自重80t，配重89t，共計(jì)169t，履帶吊吊裝的拱肋節(jié)G=50t，I=5.18m，L=

7.2m，B=5.63m，b=1.1m，r=9.65m，基本尺寸如圖1所示，計(jì)算簡圖如圖2、圖3所示，讓學(xué)生分析吊車工作狀態(tài)下履帶接地的四角點(diǎn)，即圖3中p1、p2、p3和p4點(diǎn)對地面的壓應(yīng)力。

課題組在教學(xué)時根據(jù)吊裝角度不同將學(xué)生分成18個小組進(jìn)行討論，然后每個小組將討論結(jié)果由一名組員匯報，在討論過程中教師主要起引導(dǎo)和指點(diǎn)作用，結(jié)合案例已知條件，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：如吊車在起吊構(gòu)件時，起吊構(gòu)件的重量對吊車將產(chǎn)生向下的壓力F，與配重一起產(chǎn)生彎矩M，其中F等于起吊重物重量G和吊車工作狀態(tài)下自重+配重相加，M=G·r-Q·l，則通過計(jì)算可知M=500×9.65-890×5.18=214.8KN·m，然后再引導(dǎo)學(xué)生將吊車兩條履帶假定為承受地面壓力的組合截面，則繞X軸和Y軸慣性矩可通過公式Ix=2Lb（B/2）■，I■=1/6bL■得出，經(jīng)過計(jì)算Ix=125.52m■，Iy=68.43m■，讓每組學(xué)生根據(jù)材料力學(xué)知識及公式（1）、（2）、（3）、（4），計(jì)算出吊車工作狀態(tài)下履帶接地的四角點(diǎn)，即上圖中p1、p2、p3和p4點(diǎn)對地的壓應(yīng)力σ■、σ■、σ■、σ■，根據(jù)18個小組計(jì)算得出的結(jié)果將各角點(diǎn)應(yīng)力列表，見表1。

σ■=■-■+■ （1）

σ■=■+■+■ （2）

σ■=■-■-■ （3）

σ■=■+■-■ （4）

通過對實(shí)際案例進(jìn)行分析計(jì)算，學(xué)生們更加深刻地認(rèn)識到了力學(xué)在工程中的作用，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，每個小組在計(jì)算過程中相互討論、研究，進(jìn)一步掌握了力學(xué)的相關(guān)知識，讓學(xué)生帶著好奇心從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，整個課堂教學(xué)質(zhì)量有了很大的提高。

四、結(jié)語

案例教學(xué)法將工程實(shí)際與理論有效地結(jié)合起來，按照教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)思路，將材料力學(xué)中枯燥、難懂的知識通過案例分析、討論形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，既增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又加深了學(xué)習(xí)的印象，同時對學(xué)生的創(chuàng)造能力，分析問題、解決問題能力的提高也起到了促進(jìn)作用，使學(xué)生真正達(dá)到了學(xué)以致用的目標(biāo)。此方法在以后的教學(xué)過程中值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐志軍，原方.工程實(shí)例在建筑力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].力學(xué)與實(shí)踐，2018，（40）：700-703.

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[3]張揚(yáng)，李四平，趙社戌.材料力學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].課程教材改革，2012，（10）：59-60.

Application of Case Teaching in the Teaching of Material Mechanics

WANG Yong-wei，WU Yan-ping

（Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou，Henan 450063，China）

Abstract：Material mechanics is an important basic course for engineering majors such as civil engineering，road and bridge engineering.Its content is closely related to engineering practice，and its teaching is difficult.Traditional teaching methods can not achieve better learning results.This paper introduces the advantages and application of case teaching method through a case of hoisting arch ribs by caterpillar，so that students can understand it through practical engineering analysis.To master mechanics related knowledge，better mobilize students' interest in learning，improve students' ability to analyze and solve problems，improve the quality of classroom teaching，and lay a good foundation for later professional courses.

Key words：Mechanics of Materials;case teaching;analytical ability;applied research