基于材料力學大作業的課程綜合訓練環節探索

楊鄂川　陳松　郭長文　劉妤

摘 要 基于現階段材料力學課程考核形式單一，且缺乏綜合訓練環節的現狀，通過在課程末期設置材料力學大作業，進行了教學改革實驗。大作業為課程的必要考核環節，作業成績以20%的比重計入課程總成績。大作業以較簡單的工程結構為載體，要求學生自行進行力學簡化建模，并綜合運用材料力學中基本變形、強度剛度及穩定性分析等知識，完成結構的可靠性分析。文中介紹了我校大作業設置的基本原則，兩學期教學實驗效果以及后續在題目設置方面的幾點反思。

關鍵詞 材料力學 大作業 考核 綜合訓練

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

0引言

材料力學課程是包括機械、材料、土木及航空航天等眾多工科類專業本科生的重要專業基礎課程。該課程講授工程結構強度、剛度及穩定性分析的基本方法并建立工程結構與力學模型之間的橋梁。對于不同專業學生而言是后續機械設計、鋼結構及汽車構造等專業課程的重要支撐。只有較好的掌握了材料力學課程的基本知識和方法，才能深入理解后續各類結構設計中的可靠性問題。可以說材料力學課程學得是否扎實是一名工科學生工科素養好壞的重要評判指標。

1現階段材料力學課程存在的幾點問題

我國各大院校材料力學課程開設已久，受眾廣泛，在幾十年的發展過程中已經形成了較完備的課堂教學內容體系。也有知識點涵蓋廣，講解細致深入，例題多樣的幾套經典教材，例如劉鴻文版、單祖輝版材料力學教材等。但材料力學課程仍有一些缺陷需要改進，主要體現在如下幾個方面：

（1）材料力學課程知識點多，從基本變形到組合變形，從強度分析到穩定性計算，涉及內力、應力、變形等諸多知識點，學時一般較長（現階段常見學時為64H），往往需要一個學期的時間搭建課程體系。學生在學習過程中容易學了后面的忘記前面的，課程結束后往往難以搭建完整的材料力學分析方法和概念體系。

（2）考核難度大，考試時長多為2小時，但要在2小時的試題量中照顧所有知識點，還有做到重點突出，概念判別、理論分析及校核計算并重，幾乎不可能。

（3）不像機械設計等課程有課程設計環節，幾乎沒有實際鍛煉的機會，對結構力學簡化及建模的能力僅限于書本例題和部分習題，學生靈活運用課程知識的能力較差，即使學的很好也不代表其具有較好的知識應用能力。

（4）課程體系從考核環節看來，不符合工程專業認證需求。2013年我國成為《華盛頓協議》的預備會員國，這意味著我國本科教育將越發重視學生工程實踐能力。材料力學課程作為重要的專業基礎課，在課程教學環節幾乎沒有針對學生綜合運用課程知識閱讀工程問題，并完成建模分析的訓練和考核環節。所有課后習題和考試試題大都針對某一章具體知識點，無法對學生應用課程知識閱讀工程實踐的能力進行較全面的考核。

2基于材料力學大作業的課程綜合訓練環節

針對以上提出的幾點問題，我校對64H材料力學課程所有班級均在課程結束前1-2周增設了大作業環節，現將其基本情況介紹如下：

（1）目的：通過在學期期末布置材料力學大作業，促使和激發學生綜合應用本學期材料力學知識，分析工程結構的可靠性等問題;通過自學及與教師討論等方式完成結構的力學建模和分析，使得其知識應用能力和得到鍛煉;豐富材料力學課程的考核體系。

（2）考核方式及比重：為盡量避免學生大作業題目重復，我校工程力學系每一位教師出1-2道大作業題目，每學期題目總數為10-15道，各學生分散選擇題。材料力學大作業占總體考核比重的20%，按優秀、良好、中等和不及格計成績（平時作業和考勤占20%，期末考試占60%）。

（3）大作業題目設置原則：題目以工程中較為簡單的工程結構為載體，基本要求包含以下幾點：①結構的可靠性涵蓋強度、剛度及穩定性問題中的2種以上;②涉及的變形包含拉壓、扭轉、彎曲及組合變形中的2種以上;③結構易于簡化不涉及其他機電液等學生尚未學習得內容;④對于可預計的學生較難理解或較難簡化的部分應該出必要的注釋和引導信息。

通過設置材料力學大作業能在以下幾方面對人才培養形成支撐：（1）可以幫組學生更深度理解后續專業課程中各類結構的可靠性問題;（2）可以幫助學生融匯材料力學中大部分的知識點，提升學生工程結構力學建模能力。

3實施效果與反思

通過兩個學期的實踐，教學效果總體較好，主要表現在以下幾個方面：（1）絕大多數學生樂于接受這樣的考核方式，學習積極性較高，能主動在圖書館或網絡查找相關資料;（2）學生提交的作業反應學生有很大的主觀能動性，往往一個班級3個同學選同一題目，但3份作業差別較大，每一個人都能從自己的角度發現結構的可靠性問題，雖然有的并非必要，但反映學生在反復閱讀結構后以能自行對其可靠性提出質疑;（3）學生對待作業的態度大大超出教師預想，絕大多數同學能完整規范的表達自己的分析過程，圖表算式等的齊備和規范程度較好。

同時也發現以下幾點問題需要在后續教學中改進：（1）題目設計有時比較隨意，或過于籠統不便于學生下手，或過于簡單知識涵蓋面不足;（2）題目設置的專業針對性不強，后續考慮針對不同專業，與該專業的專業課程老師充分交流，提煉一批有針對性、可簡化、大二學生能理解的有專業背景的結構，作為不同專業材料力學大作業的載體。

參考文獻

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