改進材料力學課程教學的幾點體會

謝冰

摘要 材料力學是高等學校工科類專業的一門重要專業技術課，在專業教學改革中占有重要的地位。對這一傳統課程進行剖析，提出一些改革思路，特別對教學手段和方法提出一些建設性建議。

關鍵詞 材料力學；實驗和實踐；信息技術

中圖分類號：G642.4文獻標識碼：B文章編號：1671-489X(2012)12-0070-03

Discussion on Teaching Reform on Course Concrete Structures//Xie Bing

Abstract Engineering mechanics of materials is the higher of an important class of specialized professional and technical courses, professional teaching reform occupies an important position. The paper analyzes the course of Concrete Structure and gave some constructive advises to improve the teaching methods of it.

Key words mechanics of materials; experiment and practice; information technology

Authors address Civil Engineering Department, Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang, Henan, China 471023

材料力學是高等學校工科類專業的一門重要專業技術課，是構成專業課程的基礎支撐平臺，起著承上啟下的銜接作用，又緊密結合工程實際，實用性廣，對培養學生的實踐能力和創新能力意義重大。但該課程概念抽象，理論性強，且教學課時數被不斷壓縮，其課程體系、教學內容和教學方法都與當前我國高等教育從以傳授知識為主的知識教育向以培養能力為主的素質教育的轉變很不適應，與培養創造型人才的要求存在明顯差距。

因此，必須在認知規律的指導下，調整課程體系，整合教學內容，尋求科學合理的教學模式，嘗試多種教學方法，加強課程信息化，在傳授理論知識的同時鍛煉學生實踐能力，加強創新思維培養，以實現“培養具有強烈創新意識和實踐能力的復合型人才”的目標。

1 調整課程體系，整合教學內容

材料力學內容復雜，知識點多，學生在短時間內很難掌握，大多數學生學起來有一定的困難。必須刪減教學內容，調整教學結構，刪繁就簡，確保主干，理順關系，突出重點。

1.1 突出共性，提綱挈領

材料力學課程中“拉、壓、剪、扭、彎”各種基本變形都按內力、應力、變形以及強度、剛度的同一次序進行分析討論，對每種基本變形問題，又都采用“平面假設——變形幾何關系——物理關系——靜力平衡條件——應力公式”這一相同的推導過程。顯然，這種多重循環的知識體系內容重復多，教學過程缺乏新意，花費學時量大，還不利于學生對知識的融會貫通，從而激發學生學習的積極性。設想將課程內容分為多個模塊，把各種基本變形的共性問題（如內力、應力、變形等）集中起來討論并加以分析，實現各種基本變形以及組合變形下桿件的內力分析、應力分析與強度計算方法的貫通。這樣可突出共性，強化概念，有利于學生掌握事物的內在聯系，提綱挈領，掌握課程的精華。由淺到深，由粗到精，循序上升，能培養歸納綜合能力和知識滲透能力，也能避免重復循環，節約課時，取得事半功倍的效果。

1.2 通過異同對比分析實現認識的由此及彼擴展

依照學生學習知識的認知規律，在講述新的概念時，要把新知識與舊知識（已學過的）聯系起來，在對比中理解其實質異同。如：吃透了力矩概念后就很容易建立一個力偶的概念；學完了平面力系進入空間力系，就要剖析清楚平面和空間的根本區別與聯系；學完了“理論力學”再研究“材料力學”，突出的矛盾是剛體的概念將被否認，物體的變形成了事實。這種聯系對比既可引起學生的興趣，也有利于突出新知識的難點。

1.3 分散難點，各個擊破，避免陷入復雜的公式推導

材料力學公式多，推導過程繁雜，如果詳盡地給學生推導公式必然耗費大量課時，板書滿黑板，教師自己疲憊不堪，不僅收效甚微，還加重了學生的懼怕心理。熟練應用力學中的基本方法和公式，是學好材料力學這門課程的基本要求。如何才能使學生達到上述要求呢？當然不是死記硬背某些概念或公式就行，而是要在對理論的基本思想、推導過程及適用范圍進行明確的理解和掌握的基礎上運用自如。應該以讓學生理解和會應用公式計算為目標，把重點放在講清楚力學基本概念和結論以及公式適用范圍、使用注意事項。公式本身講解盡量簡單，少講數學推導過程。這樣既可以節約課時，又可以使問題簡單化，提高教學效率。

1.4 盡量不搞“滿堂灌”

在授課過程中每堂課都要安排一定的時間來進行答疑，鼓勵學生發表自己的想法和見解，鼓勵學生通過互相討論的方式解決問題。同時通過在教學內容中增加一些與本學科聯系緊密的實際例題來激發學生的學習積極性，增強教學效果。

教學應該始終注重理論聯系工程實際，以探討和啟發性思維的開放式教學為主，通過問題講義的方式，針對具體的工程問題進行講解和討論。注重學生對知識原理的理解和應用，盡量通過工程實例，并結合知識內容闡釋和理解在現實生活中所出現的現象，既加深對材料力學知識的理解，又著力培育學生發現問題和解決問題的能力。這種從“教學資源導向型”教學方法向“能力訓練導向型”教學方法轉變的實質是要發揮學生的主觀能動性，提高學生的實踐能力和創新意識，還可以進一步豐富教師的教學內容。

1.5 引導學生習慣于畫圖分析，培養形象思維

要引導學生習慣于依據所研究的問題畫出正確恰當的示意圖，創設形象的物理情形，經過表示圖來指導學生用籠統的概念和規律來解答詳細形象的實踐問題，養成畫圖剖析的習慣。圖形能幫助學生準確了解題意，畫出正確的受力剖析圖是正確處理力學問題的關鍵。不畫受力圖或圖畫得不正確，常常難以得出正確的結果。即便一時能得出正確的答案，但養成了這種不良習慣，一旦遇到較為復雜的問題時，就不知道如何下手了。

在教學中要注重表示圖畫法的鍛煉，教會學生如何經過審題，畫表示圖，從易到難，逐漸消除思想障礙。同時要求學生把練習本的左側折出三分之一，特地用作畫圖區，把圖像作為樹立關系、列方程的根據。畫圖習慣的培育需求一個過程，對應該畫圖而沒有畫圖的答題應扣去大局部的分數或可讓學生重做，從嚴請求，使之形成習慣。這也是在培育學生的形象思維。須知，形象思想并不僅僅屬于藝術家，它也是科學家進行科學發現和發明的重要思維方式。

1.6 開設討論課和習題課

讓學生運用所學知識解決各種問題，從而有效地掌握分析和解決問題的方法；建議學有余力的學生，利用工程界廣泛使用的MATLAB科學計算語言，對材料力學中的某些問題進行計算機模擬和分析，使學生在掌握MATLAB語言的同時，能夠運用計算機軟件來解決實際的力學問題。

2 教學信息化

2.1 使用現代信息技術將抽象的教學內容形象化，盡可能由感性到理性

傳統的教學內容都是經過選擇、緊縮、改造而具典型化和簡約化，更具高度的籠統性。若是照本宣科，學生很難理解，因此有必要應用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等手段再現研究內容的變化過程。合理創作應用電子教案、多媒體技術教學，充分調動學生學習的主觀能動性，激發學生學習的興趣。制作多媒體教學課件、復習指導等教學輔助材料，實現傳統教學手段（如課堂講授、上習題課）和現代教學技術（多媒體教學等）的緊密結合。通過課堂展示、提供交流和互動平臺，活躍課堂氣氛，增強學生學習興趣，取得較好的效果。對于一些較為抽象、難以用語言描述清楚的教學內容，還建議采用圖片、動畫視頻、聲音等多媒體技術，動靜結合，有聲有色，如材料破壞的動畫演示，從而增加學生的感性認識，

2.2 建立材料力學課程試題庫及自學自測系統（學習輔導系統）

建立作業系統和基于網絡的實驗教學體系，可以利用現代網絡技術來提高教學質量、教學效率，督促學生課前、課后的學習，全程跟蹤學生的學習狀況，這是一種比較有效可行的教學改革方法。同時，教學信息化的技術是充分應用計算機和網絡來完成教學前和教學后的工作，大大減少教師的勞動強度，非常值得學習和借鑒。

3 加強實驗和實踐環節

加強實驗和實踐環節，如自制實驗裝置，使實驗小型化、多樣化，從而增加學生動手操作的機會和時間。壓縮理論教學環節，增加力學相關軟件和上機操作實踐。

值得注意的是，隨著素質教育要求的不斷提高，材料力學實驗已經成為課程的重要組成部分。實驗教學的基本任務是：幫助學生理解和掌握理論體系的基本概念，使學生掌握材料力學性能的測試方法，培養學生的動手能力，培養學生綜合運用理論與實驗手段解決工程問題的能力。理論教學與實驗教學是相輔相成的，不能相互取代，因此除了理論教學外，在教學改革方面還必須兼顧實驗教學，實驗教學必須為理論教學服務。當然，材料力學實驗并不應當停留在單純理論的驗證上，必須將培養學生能力作為重中之重，開設學生獨立實驗，使學生對實驗內容的理解更為深入，對實驗操作也做到心中有數。另外，針對當前實驗內容較為簡單，缺乏思考性和啟發性的現狀，還應適時更新實驗內容，使實驗更加豐富有趣，激發學生的學習興趣。

在實驗教學中應該借助現代力學手段，為學生提供更多的動手機會。當前由于實驗設備數量有限，大部分實驗還是演示性實驗，這種情況帶來的直接后果就是教師演示、學生觀看，學生處于被動地位，不利于培養學生的動手能力。為了培養學生的工程意識和科學作風，啟發學生的開創思維，應大力創造條件采用開放實驗室，給學生留有充足的時間，給他們親自動手的機會，以充分發揮設備資源的潛力，培養學生學習的興趣，切實把理論知識和實驗技能密切結合起來，使學生對所學課程有形象和深入的理解，這樣才有利于人才的培養，有利于教學質量的進一步提高。

4 考核

隨著教學改革工作的深入發展，各個學科的課程評估工作已全面展開，而評估的核心是對考和學兩個方面的質量評價和估計，其重要的手段之一是對學生進行考試。傳統的考試制度是任課教師“一包到底”，即誰任課，誰出題，誰閱卷。這種考試無疑存在很大的弊病，一方面不易檢查教師的教學水平和教學效果；另一方面，由于每位教師在長期的教學中形成的自己傳統的教學與考試的特點和側重點，對檢查學生的學習效果也有很大的不利影響。因此，要提高教學質量，改革這種“一包到底”的考試制度勢在必行。

建立試題庫、運用試題庫、實現教考分離則是有效的改革方法之一。這樣不僅能考出學生的學習成績，更重要的是對教師的教學水平、教學效果也是一個很好的檢驗。這樣必然促使教師對教學工作的重視，所以在一定程度上對教學工作起著積極的推動作用。課程考核應按平時成績和期末考試加權計算，平時成績按實驗成績、出勤、課堂提問、作業等綜合評定。

5 結束語

在材料力學課程教學改革與實踐中，通過課程體系和內容的創新、教學方法和模式的創新、考試與考核方法的改革，對材料力學課程教學大綱進行重新修訂。在保留原有經典教學內容的基礎上，盡可能提高該課程的起點，引入復合材料力學、彈塑性力學等近代力學知識。研究對象從各向同性材料拓展到各向異性材料（如復合材料），介紹新的研究方法和設計思路（如可靠性設計、優化設計等），廣泛采用多媒體研究手段，使課程教學改革富時代氣息，與時俱進地推動材料力學課程教學改革持續、健康地向前發展。

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