案例教學在材料力學教學中的應用研究

王永偉，吳雁平

摘要：材料力學是土木、道橋、機械等工科專業的一門重要專業基礎課，其內容與工程實際緊密相關，教學難度較大，傳統的教學方法已經不能達到較理想的學習效果。文章通過某履帶吊吊裝拱肋這一案例介紹了案例教學法的優點及應用，使學生通過實際工程分析來理解、掌握力學的相關知識，較好地調動了學生的學習興趣，提高了學生分析問題、解決問題的能力，提高了課堂的教學質量，為后期專業課的學習奠定了良好基礎。

關鍵詞：材料力學;案例教學;分析能力;應用研究

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0281-03

在理工科院校中，材料力學是土木、機械等專業的一門重要專業基礎課，其內容與工程實際緊密相關，它以高數、理論力學等課程為基礎，主要研究桿件的強度、剛度、穩定性等問題。隨著高等教育的普及，高考分數線不斷降低，使得同一班級的學生對問題的理解、分析能力差別很大，用傳統的教學方法已不能有效提高學生的學習興趣和效率，加之材料力學本身是一門既復雜又抽象的課程，內容龐雜，公式繁多，有極強的邏輯性和一定的實踐性，學習起來難度很大，教師如果仍然采用單純的理論教學，會使部分基礎差的學生理解不了教師的授課內容[1]，跟不上教師的思路，感覺課程枯燥難學，從而厭學甚至放棄學習。鑒于此種情況，課題組教師引入案例教學法，結合實際工程案例將力學知識滲透到學生中去。

一、傳統教學模式下存在的問題

1.傳統模式下“教”與“學”的問題[2]。材料力學作為理工科類重要的專業基礎課，其公式多，內容雜，理論性強，作為應用型人才培養院校的學生，部分學生理論基礎較差，學習主動性不強，面對繁雜的公式和理論計算，不少學生出現了“畏懼”和“逃避”的思想，而教師在教學過程中仍然采用“滿堂灌”的教學方式，已經明顯不能取得良好的學習效果，課程上經常會出現教師在“滿懷激情”的講課，部分學生在“專心致志”的睡覺或玩手機，即使教師多次提醒學生應該認真聽課，積極回答問題，作用也頗小。

2.傳統的考核評判方式。目前，大部分材料力學考核方式仍為傳統的閉卷筆試，學生把大部分精力都用在了應付理論考試上面，忽略了理論在實踐中的應用，造成了高分低能的現象。學生在面對工程問題時，仍無法做出合理分析及處理。

二、案例教學法的優點

1.以真實案例為基礎，將理論與實踐相結合。案例教學法時刻與實踐結合起來，由于所列舉的實例都是來自生活中的案例，學生可以很好地理解和分析其中的理論模型，更加直觀、形象的將其本質拆開，即使學習理論知識能力差的學生，也可以很快地接受和產生興趣，調動了學習的積極性，使得枯燥無聊的課程充滿了挑戰和意義。由于教師在使用案例教學法時需要做大量的前期準備工作，需要教師到企業和社會中去，到工程現場和一線生產中去收集資料和數據，這在無形中就提高了自身的知識水平，在將這些知識講授的過程中，教師本身也會從中學習新的理論知識，將該門課的相關專業聯系起來，形成一個龐大的網絡體系，更好的、多角度的完成教學工作。學生在學習的過程中，將學習的目的自然的轉換到實際工作中來，弱化考試的結果，更注重知識本身在工作和生產中起到的指導作用，將所有的理論知識全部應用到實踐中去[3]。

2.注重對學生分析能力的培養。在授課過程中，教師有針對性地引入案例，引導學生運用力學的基本理論對案例進行思考、分析、展開討論，每3—5人組成一個討論小組，教師提前布置任務，上課時每組派一名代表發言，提出自己的分析結果和疑惑，教師結合每組學生的分析情況，總結知識點，答疑解惑，逐漸形成一個“工程案例引入→建立模型→受力分析→知識點引入案例分析→總結→思考”的教學體系，讓學生在討論中愉快的學習。

三、案例分析在教學中的運用

課題組以某履帶吊吊裝拱肋為例，讓學生從計算簡化、荷載簡化開始，分析結構受力，計算結構對地面的壓應力，使學生通過實際案例分析來理解、掌握力學的相關知識，從而更好地解決實際工程中的問題。案例中吊車型號為150t履帶吊，其中自重80t，配重89t，共計169t，履帶吊吊裝的拱肋節G=50t，I=5.18m，L=

7.2m，B=5.63m，b=1.1m，r=9.65m，基本尺寸如圖1所示，計算簡圖如圖2、圖3所示，讓學生分析吊車工作狀態下履帶接地的四角點，即圖3中p1、p2、p3和p4點對地面的壓應力。

課題組在教學時根據吊裝角度不同將學生分成18個小組進行討論，然后每個小組將討論結果由一名組員匯報，在討論過程中教師主要起引導和指點作用，結合案例已知條件，逐步引導學生進行分析：如吊車在起吊構件時，起吊構件的重量對吊車將產生向下的壓力F，與配重一起產生彎矩M，其中F等于起吊重物重量G和吊車工作狀態下自重+配重相加，M=G·r-Q·l，則通過計算可知M=500×9.65-890×5.18=214.8KN·m，然后再引導學生將吊車兩條履帶假定為承受地面壓力的組合截面，則繞X軸和Y軸慣性矩可通過公式Ix=2Lb（B/2）■，I■=1/6bL■得出，經過計算Ix=125.52m■，Iy=68.43m■，讓每組學生根據材料力學知識及公式（1）、（2）、（3）、（4），計算出吊車工作狀態下履帶接地的四角點，即上圖中p1、p2、p3和p4點對地的壓應力σ■、σ■、σ■、σ■，根據18個小組計算得出的結果將各角點應力列表，見表1。

σ■=■-■+■ （1）

σ■=■+■+■ （2）

σ■=■-■-■ （3）

σ■=■+■-■ （4）

通過對實際案例進行分析計算，學生們更加深刻地認識到了力學在工程中的作用，極大地調動了學生的學習積極性，每個小組在計算過程中相互討論、研究，進一步掌握了力學的相關知識，讓學生帶著好奇心從被動學習轉變為主動學習，整個課堂教學質量有了很大的提高。

四、結語

案例教學法將工程實際與理論有效地結合起來，按照教師為主導、學生為主體的教學思路，將材料力學中枯燥、難懂的知識通過案例分析、討論形象地展現在學生面前，既增加了學生的學習興趣，又加深了學習的印象，同時對學生的創造能力，分析問題、解決問題能力的提高也起到了促進作用，使學生真正達到了學以致用的目標。此方法在以后的教學過程中值得推廣。

參考文獻：

[1]徐志軍，原方.工程實例在建筑力學課程教學中的應用[J].力學與實踐，2018，（40）：700-703.

[2]劉曉洲，吳寅.案例教學法在材料力學實踐教學中的應用探索[J].教育教學論壇，2016，（41）：185-186.

[3]張揚，李四平，趙社戌.材料力學課程教學改革實踐[J].課程教材改革，2012，（10）：59-60.

Application of Case Teaching in the Teaching of Material Mechanics

WANG Yong-wei，WU Yan-ping

（Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou，Henan 450063，China）

Abstract：Material mechanics is an important basic course for engineering majors such as civil engineering，road and bridge engineering.Its content is closely related to engineering practice，and its teaching is difficult.Traditional teaching methods can not achieve better learning results.This paper introduces the advantages and application of case teaching method through a case of hoisting arch ribs by caterpillar，so that students can understand it through practical engineering analysis.To master mechanics related knowledge，better mobilize students' interest in learning，improve students' ability to analyze and solve problems，improve the quality of classroom teaching，and lay a good foundation for later professional courses.

Key words：Mechanics of Materials;case teaching;analytical ability;applied research