結合材料力學學科特點淺談其教學方法

成諾

[摘 要] 材料力學是研究結構構件和機械零件承載能力的基礎學科，是多數工科專業開設的一門專業基礎課，結合材料力學學科特點對教學方法進行探討。提出實驗與理論學習交替進行，重視基本概念的理解，同時聯系工程實踐，可以提高材料力學教學效果的觀點。

[關 鍵 詞] 材料力學；學科特點；教學方法

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）07-0209-01

材料力學是多數工科類專業的一門重要專業基礎課，對后續課程的學習起著承上啟下的作用，其分析方法及理論計算在其他專業課中有重要作用。材料力學內容繁瑣，需要較好的數學基礎和力學思維，其主要學習內容包括基本變形、應力狀態分析、強度理論、壓桿穩定、組合變形等各種抽象理論，且材料力學建立在三大基本假設基礎上，由于概念多、分析抽象、理論分析步驟多、技巧性強、公式復雜等因素，導致工科學生學習起來倍感壓力。如何提升學生材料力學的學習效果，是進行材料力學課程教學方法探究的關鍵任務。

一、根據學科特點，重視基本概念理解

目前，我國大多數高校使用的材料力學教材均是建立在鐵木辛柯材料力學理論基礎上，對鐵木辛柯材料力學著作進行提煉形成本科材料力學教材，教材內容抽象、概念性強，且學時相對較少，導致大部分學生雖然知道材料力學的重要性，但對概念理解不透徹、學習困難，因此強化材料力學基礎概念是提高材料力學教學效果的關鍵。

首先，學習材料力學要理解連續性假設、均勻性假設及各向同性假設等三大基本假設，整個材料力學理論均是建立在三大基本假設基礎上，如果不能透徹理解三大基本假設，將對后續課程學習產生重大疑惑。

其次，要理解內力與應力的概念。內力與應力是材料力學中應用最廣泛的概念。內力是構件內部各部分之間因受外力變形而引起的相互作用，物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，在物體內各部分之間產生相互作用的內力。應力是內力分布的集度即單位面積上的內力稱為應力。內力的分析方法主要為截面法，應力的分析方法則復雜得多，也是材料力學的核心內容。

應變狀態主要研究指定點處的不同方位截面上應力的特點。應力狀態理論是強度計算的基礎，材料力學中應力狀態由一維問題逐漸過渡到二維、三維問題分析，應力狀態分析貫穿整個材料力學課程，教師應經常在課堂中對應力狀態概念進行強化。

強度理論是材料力學的重點和難點，材料力學中設置了專門的章節對該概念進行講解。四種強度理論基于不同的基本假設建立而來，每一種強度理論均有一定的實用性，因此在講解強度理論概念時需對四種強度理論的基本假設進行詳細描述，闡明四種強度理論的理論意義和實際意義。只有使學生將強度理論的概念理解透徹，在今后的學習和工作中才能對材料力學分析結果有正確的判斷。

組合變形和壓桿穩定這兩大章節的內容與工程實踐聯系緊密，是材料力學由純理論過渡到工程應用的一個環節，通過這個部分內容的學習可以強化學生對前面章節材料力學概念的理解和運用。

二、重視材料力學實驗，理論教學與實驗教學交替進行

興趣是推動人類認識活動行為的重要動機，如果學生對所學的知識充滿興趣，便會抱以更加積極的態度參與學習。材料力學是一門研究構件承載力的科學，材料力學實驗是材料力學的一個重要實踐環節。材料力學中對構件強度、剛度和穩定性等理論分析首先是根據實驗所觀察的現象，提出相應的假設，然后再利用力學及數學知識推導出結論。多數高校在材料力學教學上均將材料力學實驗設置在材料力學理論課程結束后進行，學生學習材料力學理論課時始終停留在抽象概念和理論基礎上，容易導致學生對概念理解不透徹。如結合材料力學教學進度，交替進行材料力學實驗，將促使枯燥、抽象的理論變得形象，解決學生的部分疑惑，同時提升學生學習材料力學的積極性。如拉伸實驗可讓學生直觀理解材料的拉伸行為，應力實驗可讓學生更透徹理解應變與應力的關系等。

三、加強各章節知識點融合、聯系工程實踐

材料力學來源于工程，又服務于工程，進行材料力學教學時應密切結合工程實踐，每次引入材料力學新概念時可結合工程實踐進行切入。如引入內力時可結合繩索受力，引入扭轉應力時可結合傳動軸受力，引入彎曲應力時可結合魚竿受力，引入壓桿穩定概念時可借用腳手架坍塌、活塞壓縮桿失效等實例進行切入課程教學。此外，在進行材料力學教學時可建議學生學習有限元分析軟件，布置簡單的工程實例分析任務，不僅可以提高學生對所學知識的理解和運用，對今后的學習和工作也會有幫助。

四、板書及多媒體教學相結合

材料力學課程抽象、理論性強、對數學要求較高，多媒體教學具有直觀、動態、信息量豐富的特點，已成為教學中不可或缺的部分，但材料力學中公式推導較為復雜、步驟較多，多媒體教學難以完全起到詳細講解的作用，因此在具體教學中采用板書及多媒體教學相結合的方式才能最大限度提升教學效果。在具體授課過程中，使用多媒體進行工程實例切入教學、動態演示等內容，理論推導過程及受力分析采用板書及多媒體相結合的方式，起到較好的教學效果。

五、小結

材料力學作為一門重要的專業基礎課，對后續課程學習，考研和就業都具有很大的作用，因此研究材料力學教學方法具有重要意義。本文從4個方面對提升材料力學教學效果進行了探討。通過多年的力學學習經驗及材料力學教學經驗，發現不斷強化材料力學概念，材料力學實驗與理論學習交替進行、緊密聯系工程實踐及板書與多媒體相結合的方式可提高材料力學的教學效果。

材料力學教學的探究及改革是一個長期的過程，需在不斷的實踐與思考中探索、總結并逐步完善。

參考文獻：

[1]孫訓方，方孝淑，關來泰.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]孫旋，張群英，陳靜，等.材料力學教學改革的研究[J].南昌大學學報（理科版），2007（10）.