淺談材料力學的教學方法

豆麟龍

【摘 要】材料力學是一門重要的專業(yè)基礎力學課程，教師教好、學生學好并用好就顯得尤為重要。本文從四個方面闡述了教師在實際授課時該如何著手講解這門課程，才能達到良好的教學效果。通過獨特有趣的授課方式培養(yǎng)學生對材料力學課程的興趣；認真總結(jié)有關的知識點，對于規(guī)律性的知識點做精煉的概括和總結(jié)；重視培養(yǎng)學生的實驗能力，加深學生對知識的理解和掌握；將材料力學的教學與工程實際緊密結(jié)合，引導學生用材料力學的知識來解決所遇到的工程問題。本文為講授材料力學課程的教師提供了一定的教學建議和思路。

【關鍵詞】材料力學 興趣 實驗 工程實際

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.18.168

材料力學是一門基礎力學，也是很多工科類專業(yè)學生的必修課程。眾所周知，牛頓的三大定律奠定了經(jīng)典力學的基礎，材料力學屬于經(jīng)典力學的范疇。但材料力學的應用并非始于經(jīng)典力學的建立之后，從埃及金字塔的建立，到趙州橋的矗立不倒，再到如今形形色色的高層建筑、機械設備、鐵路道橋等，都用到了材料力學的知識。材料力學著眼于解決結(jié)構抵抗破壞的能力（強度問題）、抵抗變形的能力（剛度問題）以及保持原有平衡狀態(tài)的能力（穩(wěn)定性問題）。材料力學的應用性很強，它不僅可以幫助工程人員在實際的工程結(jié)構設計時確定合適的材料，還能確定材料的截面尺寸及形狀，并可以校核結(jié)構的強度、剛度、穩(wěn)定性問題，在工程實踐中發(fā)揮著極其重要的作用[1]。材料力學的重要性已不言而喻，但教師如何把這門重要的課程教好，是需要進行思考并總結(jié)的。

一、培養(yǎng)學生對材料力學的興趣

作為專業(yè)基礎課的材料力學，是學好專業(yè)課的基礎，其課程特點是假設多、概念多、公式多，內(nèi)容枯燥瑣碎，容易使學生產(chǎn)生厭煩心理，從而形成教師雖然講得很認真，但學生不愿學，最終導致教學效果不理想的惡性循環(huán)。還有的老師授課方式比較單一，采用灌輸式的教學方式，老師與學生之間缺乏足夠的互動環(huán)節(jié)，這樣學生在學習的時候會產(chǎn)生抵觸心理，失去了學習該門課程的興趣，教學效果不理想是可想而知的。興趣是最好的老師，如果能夠提升學生對材料力學的興趣，那么教學效果必定事半功倍。以提出疑問的方式，讓學生抱著探究、求知的心態(tài)去學習，那么在課堂學習中學生就會認真聽講，試圖尋找出問題的答案。比如，為什么梁的橫截面是豎放，而不是橫放？一張紙在折疊前后的承重能力為什么有顯著的差異？一些承重構件為什么采用空心鋼管而不用實心鋼管？常見平房建筑的屋檐下的懸臂梁為什么用變截面而不用等截面？設疑的教學方式是指在講解每一個章節(jié)的內(nèi)容時先通過生活中常見的實例提出問題，從而引出要講解的章節(jié)內(nèi)容，最終達到激發(fā)學生濃厚的學習興趣[2]。另外，在課堂上教師也不能只講書本上的內(nèi)容，畢竟一個人能夠集中注意力的時間是有限的，可以適時的講一些能引起學生興趣的課外知識，這樣既變相的讓學生的大腦得到休息，也能讓學生了解一些有用的課外知識，從而達到學生喜歡上材料力學課的效果。

二、善于總結(jié)知識點

材料力學內(nèi)容繁雜，知識點也比較多。桿件的軸向拉壓、圓軸的扭轉(zhuǎn)、梁的彎曲、組合變形、壓桿穩(wěn)定等，教師在教學期間要進行總結(jié)相關知識點，比如軸向拉壓桿的強度條件、圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件、梁的彎曲強度條件，可以用統(tǒng)一的形式表示三者的強度條件。利用該強度條件公式，可以進行截面設計，許可載荷計算，以及強度校核這三個方面的內(nèi)容，這些屬于共性的東西，總結(jié)出來方便學生記憶。

另外在確定彎曲截面內(nèi)力的時候，外力引起的截面內(nèi)力為正號還是負號，也可以以進行簡單的概括：

對于剪力：左上右下的外力產(chǎn)生正的剪力；

對于彎矩：向上的外力產(chǎn)生正的彎矩，左順右逆的集中力偶產(chǎn)生正的彎矩。

三、重視培養(yǎng)學生的實驗能力

實踐是檢驗真理的唯一標準，在課堂上學習到的理論知識是否正確并能夠得到驗證，這就需要學生們自己動手去做相關的材料力學實驗。實驗是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，實驗教學可以幫助學生形成正確的概念認識，加深對相關規(guī)律的理解，材料力學實驗與工程實際密切相關，實驗教學環(huán)節(jié)的貫徹與否將會影響到材料力學這門課程的教學質(zhì)量和效果[3]。要充分調(diào)動學生的積極性，積極引導學生親自動手進行實驗的實施，培養(yǎng)學生的自主動手能力，也更能加深學生對相關規(guī)律性的理解和認識。學生通過對實驗現(xiàn)象的觀察分析，能逐漸建立起實驗分析能力，這對學生將來的實際工作以及學術研究等方面的作用都是非常巨大的。比如在講解材料拉伸時的力學性能這一章節(jié)的時候，教師就可以抽出時間指導學生做低碳鋼的拉伸實驗，讓學生自己觀察試件的整個斷裂過程，能夠明確彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段所對應的極限應力，并能自己繪制低碳鋼拉伸時的應力應變曲線如圖1所示。

材料力學實驗是非常重要的教學環(huán)節(jié)，學生通過對相關數(shù)據(jù)的整理分析，能夠?qū)σ恍┫嚓P理論及結(jié)論進行驗證和鞏固，進而培養(yǎng)學生的實踐能力以及處理和分析實驗數(shù)據(jù)的能力，實驗數(shù)據(jù)與書本知識能夠相符，那么知識也就得到了驗證，實驗數(shù)據(jù)與書本知識不符，教師應該引導學生做重復性實驗，然后就行分析并查找原因，也許能有新知識的發(fā)現(xiàn)，這能很大程度上激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和能力。

四、將材料力學的教學內(nèi)容與工程實際緊密結(jié)合

如果僅僅是對書本上的知識進行灌輸式的傳授給學生，那么一方面會讓學生覺得教師水平很一般，僅僅是照本宣科的講解，學生對教師可能就沒有那種因知識淵博而產(chǎn)生的內(nèi)心崇敬之情，所以學生會對教師的授課有抵觸心理；另一方面，學生在完成材料力學的課程學習后，縱使掌握了理論知識卻不知如何在工程實際當中應用，如何用自己的理論知識解決實際問題[4]，這才是教育最失敗的地方。知識的學習最終要用到實際的工作當中，要能指導學生用自己學到的理論知識進行實際工程結(jié)構的設計與分析，如何能夠設計出以最低的造價實現(xiàn)最大承載能力的工程結(jié)構。教學當中時常引入一些實際工程的例子，既能增加學生的學習興趣，也能引導學生把理論知識同實際工程設計相結(jié)合。比如在講解提高梁彎曲強度措施的時候，可以引入實際的橋梁設計，闡述本來兩個鉸支座就能實現(xiàn)的靜定橋梁結(jié)構，為什么要用多個支座來約束該結(jié)構？通過后續(xù)對超靜定梁以及彎曲變形理論的學習，學生們就知道增加約束，可以減小梁的最大彎矩，增大梁的強度；此外，增加約束，還能減小梁的最大撓度，從而達到增大橋梁剛度的目的。在講解溫度對材料的力學性能的影響時，可以引入911事件時，美國世貿(mào)中心的五角大樓為何會完全坍塌？五角大樓主體為鋼結(jié)構，由于撞擊大樓的飛機上攜帶大量燃油，燃油燃燒所產(chǎn)生的高溫，使大樓的鋼結(jié)構軟化，從而大大降低了鋼結(jié)構的承載能力，當結(jié)構不足以承受自重的時候，就導致大樓最終坍塌。在講解強度問題的時候，教師可以引入重慶彩虹橋坍塌的事例，為什么一隊士兵跑步路過彩虹橋，就造成了橋梁坍塌？其中一個重要原因就是該橋梁使用的混泥土等級不符合規(guī)范，造成橋梁強度不足，最終引起了橋梁的斷裂破壞。通過這些工程實際例子的引入，能夠引導學生將來面對實際問題時，能夠想到用材料力學的哪一部分知識可以解釋并解決所遇到的工程問題。

五、結(jié)束語

材料力學是一門重要的專業(yè)基礎力學課程，由于其重要性，教師在講授該門課程的時候必須予以足夠的重視。本文從四個方面闡述了教師在實際授課時該如何著手講解這門課程，才能達到良好的教學效果。首先要通過自己獨特有趣的授課方式培養(yǎng)學生對材料力學課程的興趣，興趣養(yǎng)成之后，則學生在學到知識的同時又獲得了樂趣，這就是所謂的寓教于樂；其次，教師在授課過程中，通過自己的教學經(jīng)驗積累，認真總結(jié)有關的知識點，對于規(guī)律性的知識點做精煉的概括和總結(jié)，方便學生對于知識點的記憶和理解；再次，要重視培養(yǎng)學生做實驗的能力，鍛煉學生的動手能力，使學生能夠在實驗中總結(jié)分析相關實驗數(shù)據(jù)，驗證課堂上所學到的理論知識，甚至發(fā)現(xiàn)新的知識，這樣既加深了學生對知識的理解和掌握，也培養(yǎng)學生的動手能力、分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力；最后，教師在授課時要將材料力學的教學內(nèi)容與工程實際緊密結(jié)合，通過對工程實際例子的引入，引導學生將來面對實際問題時，能夠想到用材料力學中學到的知識來解釋并解決所遇到的工程問題。本文為講授材料力學課程的教師提供了一定的教學建議和思路。

參考文獻

[1] 王業(yè)斌.《西方經(jīng)濟學》課程實施課堂實驗教學的探討[J].中國校外教育，2012（5）：105.

[2] 白楊，陳俊旗.淺談《材料力學》的興趣培養(yǎng)[J].河南建材，2012（6）：143-144.

[3] 李曉靚，劉強.淺談如何提高材料力學實驗教學質(zhì)量[J].教育教學論壇，2013（5）：244-245.

[4] 閆冰潔.淺談基于地方本科高校應用型人才培養(yǎng)的材料

力學教學改革[J].大學教育，2015（12）：144-145.endprint