淺談普通二本高等院校材料力學的教學改革

翟城+孔祥清+曲艷東+章文嬌

摘 要：材料力學工程背景強、理論抽象、公式繁多，導致學生對這門課學習吃力，進而降低了學習積極性。結合普通二本院校的學生學習現狀，本文將探討新形勢下材料力學教學的新模式。即如何能夠在授課過程中做到學以致用，理論聯系實際，從而提高學生的學習興趣以及創新和解決實際問題的能力。

關鍵詞：材料力學；教學改革；工程實例；力學實驗

材料力學是工科類高等院校教學的重要基礎性課程。該課程的主要任務是讓學生具備合格的材料力學知識和理論，并利用相關理論去解決實際工程問題。其課程內容中，概念與公式的數量較多，并且計算量較大，應用性很強，在學習的過程中，大部分學生尤其是一些普通二本院校的學生會有一種力不從心的感覺。與此同時，隨著教學改革的不斷深入，材料力學的基礎教學課程的課時逐漸減少，教師在面臨新的教學需求時，需要提高學生的學習效率，讓學生在較短的學時內掌握更多的基礎課程知識，并且可以將理論知識靈活運用到工程實際中去。針對以上這些問題，本文結合筆者近幾年的教學經驗，對普通二本院校工科專業的材料力學的教學改革在理論聯系實際以及引進先進科學計算技術和手段等方面進行了探討。

一、理論聯系實際，改變教學模式

材料力學授課內容涉及到大量的來源于工程實際的力學模型。但目前教科書中很多力學模型相對于普通二本院校的學生而言比較陌生，因此他們感到很抽象。此前授課過程中，多數教師只注重基本概念和理論的講解，學生學習起來會感覺枯燥無味而失去興趣，從而無法積極地掌握本課程的知識，也達不到預期的教學效果。針對上述情況，必須著眼于將力學知識講活，采取靈活多變的授課方式。例如：在課堂上充分利用多媒體課件輔助課堂講授內容就是一種行之有效的手段。通過多媒體中真實的圖片和動畫，可以向學生形象地展示涉及到的力學模型的工程應用背景和工作原理。如扭轉變形中，我們常見的轎車底盤中的傳動軸就是一個典型的扭轉變形桿件。教師可以通過PPT動畫演示馬自達轎車底盤傳動軸工作過程中的實際變形，從而讓學生直觀形象地看到扭轉變形的實際情形。通過理論聯系工程實際，可以使學生了解這些力學模型的重要的應用背景，從而進一步激發他們學習的興趣，使他們感到學到的知識是有用的。通過這些工程實例的剖析，還能使學生體會到如何將一個具體的工程實際問題簡化為一個力學模型，從而使他們提高分析和解決實際問題的能力。

除了上述與課本密切結合的工程實例外，也可以在講課過程中滲入當今前沿科學的進展介紹，從而拓寬學生的視野。如講解材料力學四個基本假設時，可以引用高科技領域的先進材料。如目前處于國際研究熱點的生物材料，這些生物材料具有最合理、最優化的宏觀、細觀、微觀結構，并且具有自適應性和自愈合能力。再如一些新興的高分子材料，如橡膠、橡皮泥等粘彈性材料具有非線性的應力——應變關系。通過把這些前沿科學的最新研究成果引入到課堂，可以開闊學生的眼界，擴大他們的知識面，進而激發學生學習本課程的興趣。

二、將先進科學計算技術和手段引進到教學中

力學和工程科學計算結合為解決工程中復雜的力學問題提供了有力工具。傳統力學教學只注重理論和基本概念的掌握，將過多的精力用于解題技巧，忽略科學計算能力的培養，這種傳統的培養模式已經不能滿足新世紀對人才的需求。在原有的課程體系中適當地引進先進科學計算技術和手段，提高學生處理復雜問題的能力。大型有限元軟件ABAQUS，ANSYS等擁有強大的計算分析、圖形顯示及后處理功能，能很好地顯示各種截面形狀梁的各種內力，如軸力、剪力、扭矩、彎矩及各截面的應力分布情況和撓度情況，同時還能精確計算不同截面的截面特性，如截面慣性矩、極慣性矩及扭轉常數和彎曲常數等。這能加深學生對該部分內容的直觀印象，提高教學效果。

除此之外，還應將先進計算技術進一步應用到材料力學實驗教學中，改變目前普通二本院校中實驗設備及經費明顯不足的現象。大部分材料力學實驗所需要的實驗設備價格昂貴，且大都為破壞性實驗，需耗費大量試件，因此不便于重復進行。另外，還有很多力學過程并不能在實驗室演示，如應力集中現象、構件組合變形、壓桿失穩等?；谝陨蠁栴}，將材料力學實驗教學與數值仿真技術結合起來，尤其是借助于有限元軟件中的后處理模塊，能以動畫的形式動態顯示結構從加載到變形直至破壞的全過程，這相當于將力學實驗室搬到了課堂進行現場演示，而且模擬力學實驗過程可以重復進行多次，這也是比實際實驗優越的一面，學生在重復的過程中對一些現象進行深入的探索、研究，從而啟發學生的創新思維，甚至幫助學生完成目前很多高校力學實驗室不能展開的重要力學實驗，如扭轉、壓桿穩定等。

總之，對材料力學的教學改革是一個不斷實踐探索的過程。為適應對新世紀人才培養的要求，對課程的要求應重視理論力系實際，并注重先進科學計算技術的應用，將知識的傳授和能力的培養有機結合起來。

參考文獻：

[1]徐鵬，關學鋒.應用現代教育技術深化材料力學教學改革研究[J].中北大學學報（社會科學版），2003，21（2）：94-95.

[2]劉樹新，李革.面向對象程序設計在材料力學教學改革中的應用[J].石家莊鐵道學院學報，2006，19（增）：190-191.

[3]莊茁，張帆，岑松.ABAQUS非線性有限元分析與實例[M].北京：科學出版社，2005.