材料力學課程案例教學的研究

張淑琴　馬英忱　閆石　程兆剛　王凌英

[摘 要]案例教學是將材料力學理論與實際問題緊密結合的有效教學模式之一。在材料力學的教學中，案例教學是一種行之有效的方法，可以服務專業，彌補教材，激發興趣。然而案例的收集和分析是一個經常性的工作，作為教員要思維敏捷，多關注生活、工程中的焦點問題，要多學習專業知識，找準武器裝備課程中的相關問題，提煉適合材料力學課程的案例或實例，讓材料力學課程的教學充滿活力，這樣才能讓學員喜歡力學課程。實施好材料力學的案例教學還任重而道遠。

[關鍵詞]材料力學 案例教學

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）12-0159-02

材料力學課程是研究工程結構或機械的各組成部分正常工作條件下，所應滿足強度、剛度和穩定性條件的一門專業技術基礎課程，既是后續課程的重要理論基礎，又可以直接解決一些基本的工程實際問題。在教學中如何提高教學效果，培養學員的工程意識和解決問題的綜合能力，是教員一直努力的方向。本文首先分析材料力學教學的現狀和案例教學的優勢，然后結合課程內容，從生活、運動、工程、裝備中選擇案例或實例的做法。

一、材料力學教學的現狀

（一）專業需求

作為專業基礎課的材料力學課程教員，要樹立基礎服務專業的理念，有必要列舉專業課中的實例進行分析，布置作業時也可以結合武器裝備課程中的零部件，進行適當的強度、剛度和穩定性分析。這可以讓學員直觀感受到力學理論的實際應用，從而激發學員的學習興趣，調動其學習的主動性。

（二）教材不足

我們的教學對象是從學校到學校的二年級大學生，沒有任何工程背景和裝備知識，更談不上經驗，所以學習的理論和實際是脫節的，學員感到理論枯燥乏味，作為教員有責任將抽象的理論知識與工程實際問題有機地結合起來，還原教材中簡圖的實際原貌，使學員對力學知識的用途有更深層的認識，也有助于提高學員的力學建模能力。

（三）學習效果

學員目前完成作業的狀態，主要停留在簡單的套用公式上，因此學員覺得沒有必要做，完成時也不認真，稍難一點就去找習題答案看，而不去動腦思考，有的學員甚至拿來抄，顯然這很難達到鞏固所學知識和方法的效果。作為教員有責任通過多種途徑收集整理具體實際問題，供學員進行分析，真正達到舉一反三的效果。

二、案例教學在材料力學教學中的重要性

案例教學近年來對我國的高校教學改革具有重要的推動作用，在很多課程的教學中都開展了案例教學。[1] [2] [3]材料力學的發展遵循著人類認識自然界的規律，從實踐到理論，再回到實踐，因此案例教學是將材料力學理論與實際緊密結合的有效教學形式之一。[4]

因具體案例本身有著實際的工程、生活背景，首先能夠吸引學員的注意力，想要搞清楚事故的原因，學習也就由被動變主動了;然后建立力學模型，分析所需理論知識，聽起來也就不再那么枯燥了;最后用理論定性或定量來分析事故的原因，學員也就會有一種出乎想象、原來如此的感受。學員從案例分析的過程中，不僅感受到材料力學理論不再抽象，真正做到系統掌握理論知識，達到靈活運用的教學目的，還可以從案例中吸取經驗教訓，逐步樹立問題意識，養成思考習慣。

案例教學不僅激發學習興趣，其分析也不再是停留在公式的簡單套用上，而是要將實際問題抽象為力學模型，強調在實踐中抓主要矛盾而略次要矛盾的思想，很好地彌補了教材例題和習題的不足。另外，案例的合理選擇也可以服務于專業，所以說案例教學可以達到一舉多得的效果。

三、材料力學案例的選擇

（一）生活型案例

基本變形內容是材料力學課程中后續組合變形等內容的基礎，講完這部分內容后，可將空調外機支架的安全性問題分析布置給學員完成，讓學員自己查找空調外機和支架墜落傷人的事件，提出問題，分析歸納原因，并給出分析報告。講到壓桿穩定時，請學員看銀槍刺喉的視頻，認真觀察、思考其與所學內容的關系，建立力學模型并定性分析，理解雜技是一種精心設計的演出，其中包含一定的力學原理。

現在新聞中經常會報道司機由于酒駕造成的交通事故，為了讓學員能有理性的認識，可列舉2014年某市一司機酒后開車撞到人行道上碗口粗樹上的案例，對保險杠的強度進行分析。

通過分析生活中的案例，學員體會到力學就在我們身邊，從而逐步養成善于觀察的習慣。例如有的學員就提出學術報告廳、教室里投影儀的懸掛構件的受力、變形、應力等問題。

（二）運動型案例

學員都是十八九歲的年輕人，喜歡運動和刺激，講到動載荷時，播放2011年12月31日，津巴布韋一位蹦極者由于安全繩索斷裂，墜入波濤洶涌的“鱷魚河”中的視頻，還有安全繩索未斷但由于太長，蹦極者被鱷魚咬掉頭的視頻，通過建立力學模型，分析事故的可能原因，課后請學員自己上網查找蹦極設施中繩索的要求和規格，理解蹦極時的注意事項。最后讓學員選一項自己喜歡的項目，建立抽象力學模型，應用材料力學知識來做定性分析。

軍校學員每天都要有一定的體能和軍事訓練，一些受傷時有發生。在400米障礙訓練中，學員很容易腿受傷，列舉醫學上小腿骨折的三種類型：單純性骨折、粉碎性骨折、開放性骨折，從強度不足的角度定性分析骨折原因，然后結合訓練中的體會，從力學的角度總結科學訓練的要點，為學員減少訓練中的受傷提供一點幫助。

通過分析運動型案例，學員會感受到力學的魅力所在，也就更加喜歡力學。有的學員還可以還原教材上外伸梁受集中載荷的實例，正是每天都要訓練的雙杠，然后查閱資料進行分析，真正達到學以致用的效果。

（三）工程型案例

隨著社會的發展，科學技術的進步，環境的保護，過去給人們帶來方便的高大煙囪，由于煙塵的直排造成一定的環境污染，需要對廢舊煙囪進行拆除。講到動載荷內容時，播放國內外拆除煙囪的視頻，請學員觀察倒下過程，注意二次折斷的現象，建立抽象力學模型，指出涉及的相關知識點，并定性分析其原因。

講到提高梁彎曲強度措施時，列舉某展覽館工程曾因梁內漏放附加的鋼筋，承載能力不夠，當附加荷載，比如隔墻的空心磚砌上后，梁上出現裂縫，引起磚墻裂損坍塌的案例，分析在鋼筋混凝土梁中鋼筋的關鍵作用和鋼筋的合理配置，理解設計和施工中按照嚴格的規范要求去做的重要性，否則就會釀成嚴重事故。

近兩年學院內先后進行了訓練中心、綜合教學樓和學員宿舍樓的建設，一些施工設備就在工地，如打樁機、腳手架、塔吊等，是學員很好的學習機會。我們和工地負責人聯系，在保證安全的情況下，帶領學員到現場參觀，請工程技術人員介紹一些和力學相關的結構和設備的特點及施工時的注意事項，學員感受到了力學的廣泛應用，也對施工人員充滿了敬意，結束后要求學員在學習的過程中自行選擇一個相關題目進行建模分析。

（四）裝備型案例

材料力學課程開設在大學二年級，學員沒有專業背景，但二年級學員在新生軍訓時都打過槍，因此列舉部隊射擊訓練或試驗中，彈殼、擊針出現的實際現象分析。比如講拉壓變形時，分析彈殼出現橫斷的原因;講應力狀態時，分析彈殼縱裂、炸殼的原因;講動載荷和穩定性時，分析擊針出現折斷或彎曲變形的原因。

結合裝備熱點問題，收集相關例子分析。比如，2012年11月23日，艦載機飛行員駕駛國產殲-15艦載機首次成功降落航空母艦“遼寧艦”，標志著我軍突破了滑躍起飛、阻攔著艦等飛行的關鍵技術。著艦時艦載機的攔阻鉤連桿作為其中的主要承力構件，需要有足夠的強度，因此講到組合變形時，請學員觀察圖片，分析連桿的受力，推測連桿橫截面的形狀，課后請學員查閱資料，和實際的攔阻鉤連桿進行對比分析，理解設計的理論依據。

根據教學進度和學員的專業，和專業教研室聯系，帶領學員參觀相關專修室，有針對性地觀察零部件，比如觀察履帶板的構造和連接，并特別提醒學員注意有的履帶板中有橡膠襯套，有的則沒有。這樣講到剪切與擠壓變形，分析連接履帶板的履帶銷的剪切和擠壓問題時，學員就有直觀認識，更容易理解。講到扭轉變形時，在學員理解圓軸扭轉的強度、剛度分析后，請學員分析履帶板中橡膠襯套的變形，從結構和受力分析中看到與所學的圓軸扭轉問題不同，因此不能運用所學結論，這時引導學員重新從方法的源頭上分析，通過觀察變形，提出假設，然后建立幾何關系、物理關系、靜力關系，請學員自行推導應力和扭轉角的計算公式。從這些例子的分析中，學員切實體會到學會知識很重要，掌握分析方法更重要。

四、結語

在材料力學的教學中，案例教學是一種行之有效的方法，可以服務專業，補充教材，激發興趣。然而案例的收集和分析是一個經常性的工作，作為教員要思維敏捷，多關注生活、工程中的焦點問題，要多學習專業知識，找準武器裝備課程中的相關問題，提煉適合材料力學課程的案例或實例，讓材料力學課程的教學充滿活力，這樣才能讓學員喜歡力學課程。

[ 注 釋 ]

[1] 竇慶峰.結合案例式教學培養學生工程實踐能力[J].科教文匯，2009（12）：7.

[2] 郝俊才，趙春香，蓋芳芳.土木工程專業材料力學案例教材的編寫方法探討[J].價值工程，2013（23）：234-235.

[3] 金曉怡.機械設計課程案例教學的研究與實踐[J].機械制造與自動化，2011（3）：73-76.

[4] 李鋒.反思案例，激勵創新[J].中國校外教育（理論），2009（1）：65，46.

[責任編輯：鐘 嵐]