材料力学研究型教学中的取舍之道探究

材料力学研究型教学中的取舍之道探究

作者：魏永强冯锡兰蒋志强

来源：《中国电力教育》2014年第03期

摘要：针对材料力学的课程特点，对课程内容进行合理的“取”与“舍”，激励、引导和帮助学生去发现问题，利用材料力学知识分析和解决问题，使学生在学习的过程中获得知识的同时，培养创新能力和实践能力，实现研究型教学的目的。

关键词：材料力学；研究型教学；创新能力

作者简介：魏永强（1980-），男，河南长葛人，郑州航空工业管理学院，讲师；冯锡兰（1965-），女，河南辉县人，郑州航空工业管理学院，教授。（河南郑州 450015）

基金项目：本文系河南省教育厅科学技术研究重点项目（项目编号：13A430397）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0100-02

材料力学作为高等院校理工科专业的基础课程，具有很强的实践性，不但结合了学生在高中所学习的物理课程，还承接了高等数学微积分方面的课程内容，在培养大学生工程实践能力和知识创新能力方面具有很好的中间纽带作用。开展材料力学课程的教学研究，根据课程的教育教学目标和教学大纲的要求，引入多媒体展示材料变形过程，结合实例打开学生的开放性思维，使学生主动参与教学活动，对原有教学内容进行合理的取与舍。开展研究型教学模式，培养学生自主学习的能力，授之以鱼，不如授之以渔。[1]

一、传统教学模式特征

在传统的板书教学模式中，[2]由于学时的要求和板书教学表现方法的局限性，不能非常形象地把力学变形进行多方位展示，学生在知识的接收方面处于被动地位。再加上材料力学课程的基本概念、定理和公式繁多，在进行公式推导的过程当中，还要用到高等数学和微积分方面的内容，同时还有理论力学和高中物理方面的知识，学科的交叉性很强。学生在听课的过程中即使非常认真，也会因为某个知识点掌握不牢，导致对公式和理论由来与应用不能融会贯通，逐渐对材料力学课程的学习望而却步。为了改变这种教学方式的不利因素，使学生在课程学习的过程中发散思维，培养学生利用力学知识进行创新设计的能力，实现由传授知识为主要特征的教学（传统）型教学向以培养认知能力为主要特征的研究（创新）型教学转变。

二、研究型教学的实施思想

在研究型教学的实施过程中，通过教学与研究、实践的结合，引导学生创造性地运用基础知识，自主地发现、研究和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维。[3-5]通过教

师和学生的角色转变，学生从传统的被动接受变成主动认知，教师从知识的传输变成指导，实现了素质教育和知识教育的紧密结合。再采用精心设计的教学方案，增强教与学之间的互动性，[6，7]将知识点在教学过程中进行合理的“取”与“舍”，调动学生的积极性和创新思维。通过实际的工程问题，来实现在教师指导下学生应用课本知识解答问题的研究型教学模式转变。

1.研究型教学中的“取”

绪论和引言：如何讲好学生注意力最集中的第一课是课程成功的关键，所以绪论和每一章节引言部分是课堂内容的重中之重。[8]通过对课程内容和章节重点的介绍，从相关的工程实例中“取”出一些非常典型的相关案例，再结合力学涉及的相关历史人物事迹，[9]使学生在接受新知识的同时发散思维，自己去想一些相关的例子。明确了课程和章节内容的难点与学习技巧，使教师的教学工作能够顺利开展。

实验教学：采用开放式的实验教学[10-13]模式，依据研究型教学改革和当前素质教育的需求，具体结合高校实验室的实际情况，通过实验老师的指导，让学生根据对课本内容的理解，分组来设计实验，观察各个小组的实验完成情况，对实验中出现的现象和问题进行分析，让学生从最终的实验结果中把书本中的相关知识点“取”出来，转化为学生的实践能力和创新能力。同时适当引入当前材料科学领域的热点研究，比如高分子、陶瓷和复合材料等，引导学生建立材料结构与性能之间的联系，增加对材料力学基础知识的广度和深度，使材料力学实验教学研究满足新材料的发展需求。

公式推导：在材料力学扭转和弯曲章节，[14]许多公式都是要借助高等数学和微积分的知识进行推导，同时还有理论力学的相关内容，所以要找好切入点，把几门课程的共同点“取”出来，建立力、变形、曲线和微积分的关系。在独立推导的基础上，利用静力学平衡方程、胡克定律和曲线微分变形关系把涉及的最终公式推导出来，让学生认识到学科交叉的重要性，也为前期所学知识的应用找到了新发现。

课外实践：在课堂之外，任课教师结合自己的科研需要，设计一些与科研实践相关的任务，让学生组成研究型的学习小组，[15]来提高学生对科研和材料力学课程的兴趣，实现教师和学生的实践互动，各有所“取”。比如从利用计算机入手，[16]让学生利用相关的Ansys、Matlab等科学软件，[17]对材料受到载荷作用下所表现的变形和内力图进行表达，提高学生的自信心和学有所成的满足感。

多媒体教学：将多媒体教学[18，19]应用于课堂教学中，可以非常形象地展示一些相关的工程实例，比如桥梁断裂、建筑物倒塌等。让学生看到一些工程事故的图片和构件变形的过程，来加深学生的印象，更加明确学习本门课程的重要性，也为后期如何利用材料力学的知识进行构件设计打下了一定的基础。

2.研究型教学中的“舍”

力学分析：由于部分学生还保留着高中的分析方法，在接受材料力学知识的时候，一定要提醒学生“舍”掉高中的学习思路，接受并容纳材料力学的分析方法。从画基本受力图到解决相关实际工程问题时的简化图，都要依据相关的力学模型。所列的力学方程都是从受力图中获得的，对相关的力也有一定的命名规则，形成严密的逻辑思维能力。

正方向判定：在材料力学课堂讲解的过程中，尤其是拉伸变形、扭转变形和弯曲变形内力分析时，都有一个正负方向的判定。如果依据传统教学模式，对所有内容都进行讲解，学生在理解和应用的时候，就会出现“张冠李戴”的错误。因此，在讲解这些内容的时候，把课程内容中所谓的负方向“舍”去，只给学生强调内力正方向的判定，避免学生在进行应用的时候出现记忆和理解上的混淆，从而可以准确解决相关问题。

三向应力状态：在进行应力状态章节学习的过程中，学生对于平面应力状态通过完成的逻辑分析，最终获得求解极值正应力，即主应力的方程式，但是对于三向应力状态，会突然之间觉得束手无策。若是严格按照教材中的内容进行课堂讲解，相关的推理略显繁琐，所以可以对这部分理论内容进行“舍”。而采用针对例题分析的方法，利用主应力的定义，直接判定出来一个方向的主应力，再根据平面应力状态下主应力的求解方法，获得另外两个方向的主应力。既加深了对平面应力状态求解方法的掌握，还减去了三向应力状态理论讲解的困难，同时也解决了三向应力状态下的主应力问题，这样事半功倍，增强了学生学习的兴趣和对课堂知识学以致用的能力。

考核方式：研究型新教学模式“舍”去了传统教学模式的试卷答题考核方式，通过课外学习、学生小论文等多项考核制度[20]来刺激学生对问题进行发散性思维，提高学生动手解决问题的能力；鼓励学生参加一些创新大赛，将所学的材料力学知识进行应用，而不再只关注学生对知识的记忆，考核方式以应用为主。

教材的使用：随着知识系统的更新，课程体系也进行了相应的改革，材料力学的学时量减少，原有的教材内容过多和陈旧，不能适应现有教学的需求，所以要对一些旧版本的教材进行“舍”弃。结合专业教学和研究型教学模式的需要，采用一些新的教材，来满足应用型教学目的的需要。

三、结论

利用研究型教学模式，可以极大地促进学生积极参与课堂互动，而任课教师通过合理的“取舍”，把相关的知识点融会贯通，主次分明，即引起学生对材料力学课程的兴趣，还减轻了任课教师课堂讲解内容的工作。通过合理的“取”，可以充分调动学生学习材料力学的积极性，针对实际的工程问题利用所学知识进行分析和解决，提升学生的知识运用能力和创新能力；再利用有条件的“舍”，减少学生在学习和解决工程问题过程中容易出现的错误和知识上的混淆，增强学生对材料力学知识掌握的准确性和深入学习的自信心。

参考文献：