結構案例法在材料力學教學環節中的應用

劉曉洲

摘要：建筑專業材料力學是重要的專業基礎課程，是解決工程實際問題的前提，可是傳統的教學模式及方法不能夠很好地調動學生的積極性和創造性。針對這一突出問題，本文借助已有力學實驗設備，利用各類不同構件讓學生自由組合成不同結構案例來測定其在荷載組合作用下各桿件的力學性能，這樣不僅能夠讓學生掌握材料力學的特性及實驗方法，而且還能更好地培養學生的技能和創新意識與能力，以適應新時期大學生培養的要求和目的。

關鍵詞：建筑力學；教學模式；結構案例；力學特性

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）06-0198-02

一、前言

目前，大多數高校在進行材料力學課程教學環節中所采取的主要方式還是“教師在講臺講授、學生在下面聽課”的模式，有條件的高校還會以實驗教學環節作為必要的補充，二者是相輔相成互為補充的。但這種教學方式和方法缺乏科學性，難以調動學生求知的積極性和創造性。特別是有時在實驗過程中，有的實驗項目學生往往不能人人親自動手，甚至有的人只能演示實驗后記下實驗報告中所要求記錄的數據。這樣一來容易使得學生產生依賴性，對在實驗過程中出現的其他實驗現象和數據不記錄分析，更不會總結和提問。這樣就嚴重束縛了學生的自主性，阻礙了學生大膽探索和勇于創新的能力。

二、建筑力學結構案例法

所謂案例（case）也被稱作實例，是來源于生產實踐的。案例教學法是將生產實踐中的實際工程實例為基礎，將之應用在課堂教學中的一種教學方法。案例本質上就是提出一種決策的兩難情境，沒有特定的解決之道。在教學中，教師扮演著設計者和激勵者的角色，鼓勵學生積極參與討論，而不是像傳統教學模式傳授教學法那樣，教師扮演著傳授知識者的角色，這樣才能使教學變得更加生動和有趣[1，2]。而所謂材料力學結構案例法，其實質就是通過學生自己動手、自由組裝來確定合理的結構模型形式，并且要求該結構模型必須要涵蓋所要實現的實驗教學內容和環節，從而使學生能夠應用所學過的力學課程知識，達到自己設計結構形式、實驗內容，已改以往被動接受學習的模式為主動求學的模式，這是傳統力學教學模式改革的一種嘗試。

培養創造型人才，大學生的創新能力是當下高等教育的首要任務，而創新型人才的健康成長則需要實實在在的創新實踐。特別是對于建筑專業的學生而言，學生的創新靈感和智慧不會從書本和教師那里直接學到，教師通過對有工程意義和背景的實際案例來積累和探索實踐過程，從點滴收獲中逐漸領悟和感悟出來[3]。通過甄選適合本專業學生特點和教育要求的案例，展現創新實踐的魅力，就能讓學生們在探索實踐中體驗到研究的快樂，激發出無限創新的欲望[4]。因此，將材料結構案例教學法應用于建筑專業的材料力學教學環境中，可以改變傳統的教學模式，激發學生的求知欲，提高材料力學課程的教學質量，從而最大限度地發揮學生的創造潛能，培養學生的創新能力和想象空間。通過自主學習、獨立思考、創新思維、營造崇尚真知、追求真理的氛圍，使學生能夠綜合應用所學的力學理論和知識，提高分析問題和解決問題的能力。加強理論與實踐相結合，對提高學生的材料力學整體教學效果具有深遠意義。材料力學結構案例教學法則是培養學生創新精神和實踐能力的一個有效途徑。

三、建筑結構案例分析

建筑專業材料力學課程是重要的專業基礎課程是解決工程實際問題的前提，還涉及到與實踐教學環節相互配合、相互補充。因其主干課程地位，實驗教學的任務就不只是鞏固理論知識，了解掌握力學檢測技術和手段的問題，還應在力學理論的深化、運用、工程問題的認識等方面有所要求。而加強實踐教學，提高創新能力，是高校人才培養模式改革的重點和難點。材料力學實驗教學是涉及面較大的理工科專業的重要基礎實踐教學環節，加強和改進這一環節對鞏固力學概念、加深理論認識、了解力學檢測方法與檢測技術、增強力學分析意識、提高力學分析能力具有重要意義。

1.傳統材料力學實驗教學。按照現行材料力學及其實驗教學大綱中的要求，其主要包括金屬材料的拉伸實驗、彈性模量實驗及電測試驗等。傳統的授課方式是在教師講述完實驗原理及方法后，讓學生以小組為單位按照所講述的實驗步驟重復模仿進行實驗，所得的實驗結果基本相近，實驗所寫報告形式統一。這樣講授的好處在于學生只要按照固定的實驗步驟進行操作就不會出現問題，結果不會有太大偏差；而不好之處在于學生無需認真動腦去思考，只要按照教師的要求去做就可以，對結果不會去追究其“怎么得到的”、“為什么會得到”。學生完全是一種“填鴨式”的被動受學模式，從而磨滅了學生的求知欲、探索精神和主觀能動性，何談學生的創新精神和創造性，因此有必要對這種教學方法進行改革。

2.材料力學案例分析。減少驗證性、演示性實驗，增加綜合性、設計性實驗是實驗教學改革的重要方向。同樣是上述的實驗項目，如果能夠選取一系列合理的建筑結構模型案例形式，使其涵蓋所要求的實驗內容。這樣，學生通過自己設計、思考來組合不同的結構模型，而后通過不同的加載方式、不同的加載點和不同級別的載荷可以得到無窮的實驗結果，這樣極大地調動了學生的熱情和積極性、創造性和求知欲，改變其被動學習為主動學習。這種模式的好處還在于即使是同一種結構、同一種加載方法，其所得的結果也是不一樣的，從而可以避免和杜絕學生的抄襲現象，使理論和實踐得到統一。具體表現在：（1）能夠組合搭接出多種結構構型，具有真正的設計功能；（2）各種構型具有實際的工程意義；（3）組合構件盡可能簡單，組合搭接與拆解方便；（4）加載與測量方便，投入成本低。

本研究以秦皇島協力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力學多功能實驗臺為基礎來進行研究。上課時將之稍加變動，即可進行教學大綱規定內容的多項實驗，在保留了原有的基礎實驗上增加了由多根桿件搭接的桁架結構，橫向壓桿和組合梁組合的框架結構，桁架可任意組合拆卸。學生可以利用學過的理論力學和材料力學知識，根據自己的認識實踐自行設計喜歡的結構類型，并根據不同階段的實驗教學目的設置加載方式，以實現拉伸、彈性模量、應變片的粘貼、彎曲正應力的測定等一系列實驗。這樣可以充分調動學生的積極性和創造性，實現變被動學習為主動學習，“從學未知”到“求未知”的轉變。

學生根據事先設計好的桁架模型在實驗臺上進行組合，同時配上靜態電阻應變儀、數據采集系統等實驗設備便可實現對加載的整個過程實時采集和處理。這種實驗裝置和教學模式不適用于進行破壞性實驗項目的研究及教學工作。

四、結論

培養創新能力既是培養適應社會需求的高質量人才的必然要求，也是一種全新的教育思想和理念，應該從那種單純書院式的課堂教學方式中走出來，更多地和實踐與工程相結合，讓學生在“干”中“學”、在“學”中“干”。理論課教師沒有必要講得很系統、很完備，可以留下一些空間讓學生自己去體驗，適當地拿出部分學時給實驗課無損理論課教學。

案例教學為學生提供了一個近乎真實的場景，縮短了教學與實踐之間的距離。其成功之處在于教學內容針對性強、接近實踐，縮小了學校培養目標與社會職業素質需求的距離，抓住了職業素質中最本質的因素。案例教學著眼于學生創造能力和分析問題、解決問題能力的發展。以教師為主導、以學生為主體的案例教學在不斷循環中完成知識的更新或創新。加強案例教學的研究，對于創新人才的培養將具有重要的作用。

參考文獻：

[1]張俊文，李玉琳，蔣麗波.案例教學及其在礦業工程類課程中的應用[J].價值工程，2011，30（11）.

[2]鞏克菊，劉海霞.碩士研究生案例教學探索[J].齊魯師范學院學報，2013，28（1）：23-27.

[3]張慶英，張英，羅述全，等.從創新的角度探討案例教學[J].物流工程與管理，2010，32（10）：86-88.

[4]馮翠菊，李海玲.大學物理案例教學科學性探析[J].華北科技學院學報，2012，9（4）：119-120.