材料力學金課建設探索與實踐

陳云信，夏燕 （江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056）

1 引言

2018年8月，教育部發布《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》指出：高校應全面理順各門課程的教學內容，提高大學生的學術挑戰水平，合理提高課程難度水平，擴大課程深度，擴大課程選擇，取消“水課程”，打造高水平、創新、富有挑戰性的“金課程”。就在這一年8月，“金課”被引入教育部文件。“金課程”不僅是一流學科建設、一流專業建設和培養優秀一流人才的重要抓手，也是2035年實現教育現代化、推動中國從教育大國向教育強國轉變的戰略目標。

材料力學是我校材料成型及控制工程、機械設計制造及其自動化等專業的重要基礎課，是后繼的機械原理、鋼筋混凝土、結構力學、機械設計等課程的先導課程，它既可以獨立解決工程問題，也可以結合其它課程在復雜問題中深入應用。弄清楚材料力學知識對于學生在學習方法,形成工程概念等方面有重要作用。科學技術的快速發展、新材料不斷出現、材料力學教學內容的不斷提升,對教學的要求也會越來越高。但目前材料力學課程在教學內容、教學方法、教學手段等方面都難以滿足教學改革和創新型人才培養目標的要求，這樣的授課模式與打造“金課”的目標相差甚遠，因此，如何去“水”添“金”，是材料力學課程亟待解決的問題。

為了解決材料力學課程中公式多、模型抽象、工程應用難、學生參與度低的難題，并滿足創新型人才培養目標的要求，本文從教學理念、教學內容、教育教學方式等幾個方面進行變革，由此去滿足高階性、創新性、挑戰度等要求，讓本校材料力學課程成為真正意義上的金課。

2 教學理念

傳統的教學中教師掌控課堂，很容易形成一言堂，現在把課堂主動權交給學生，用活動、實踐填充課堂，讓學生更有主動權，根據自己的情況積極參與。教師主導，學生主體，教師在啟發學生的同時，激發學生的求知欲望和學習興趣，從要我學，變為我要學，增加學生的課堂參與度，從而讓課堂動起來，培養學生自主學習的意識；因材施教，讓各層次的學生都能找到合適的提高方式，獲得知識交流與潛能開發的成就，提高自信，感受學習的社會應用價值，形成良性循環，把課堂建設成為真正意義上的金課。

3 教學內容

①課程內容與生活息息相關，讓學生有興趣參與。材料力學和理論力學的特點不一樣，邏輯性不強，知識點比較散，公式比較多，如果方法不得當，學起來比較枯燥，利用身邊的力學問題可以很好地解決學生對課程內容興趣不足的問題。在教學中，利用教室的日光燈、電扇吊桿、課桌（板）、橫梁（彎曲變形實例、截面放置與提高梁強度）；另外，還可以通過視頻、圖片等展示力學的前沿應用，由此讓學生意識到材料力學既可以解決身邊的力學問題，也可以在國之重器方面應用。

②舉一反三：大學的課程是個有機的系統，材料力學的學習為后續的專業課打下扎實的基礎。在學習組合變形時，拉彎組合（壓彎組合）除了引入工程中的實際問題，例如圖1所示鉆床的立柱的變形，按圖2所示強度計算的基本思想分析問題，并且能自主找到壓力和彎矩的關系,可以標識為一條相互關聯的N-M曲線，理解這條曲線反映NM之間的關系，也就是軸力對抗彎承載能力的影響或者反過來，彎矩對抗拉或者抗壓能力的影響，上面這條曲線是由受壓控制的，下面這條曲線是由受拉控制的，交點處為界限破壞，此時抗彎能力最大，彎矩等于零時軸拉或者軸壓能力最大，如圖3所示，這些問題理解透徹為鋼筋混凝土分析偏心拉壓打下堅實的基礎。

圖1 鉆床

圖2 強度計算的基本思想

圖3 理論Nu-Mu相關曲線

③培養學生逆向思維：一般的梁都已知約束、已知載荷，分析外力，求內力，再畫內力圖；在此基礎上，可以給定剪力圖，反求支座約束力，確定載荷，從而再作出彎矩圖；或者給定彎矩圖，反求支座約束力，確定載荷，從而再作出剪力圖。

④利用身邊的力學小問題、工程實踐中的力學問題、前沿的科技領域的力學問題讓學生領會怎樣提出問題，需要解決哪方面的問題，關鍵的解決思路在哪里，解決思路的依據是怎樣的，從哪里出發，方法和重要環節又是怎樣的，對進一步提高教學水平和人才綜合能力培養具有積極的推動作用。

⑤在教學中加入全國周培源大學生力學競賽的知識內容，讓課程難度增加，學生可以更好地掌握基礎知識；材料力學研究以金屬材料為主，目前復合材料在各個領域有廣泛的應用，可以在教學中引入復合材料的相關問題，拓展學生的知識面，引導學生利用所學的材料力學知識，對實際工程問題進行分析，提高課程的廣度，由此打造具有深度、高度、廣度和前沿性、時代性的材料力學課程。

4 教學方式

把信息化通過教學方式體現出來，增加課堂的參與度，比如線上、線下混合式的教學模式；線上超星平臺，平臺投屏、簽到、討論、選人、測試等功能和線下學習互相促進融合；把材料力學力學知識碎片化，把重要的知識點錄制成短視頻，加上拓展性的思考題，根據學校課程的教學進度發放，同學們在課前、課中、課后利用線上課程各取所需，起點低的同學把重難點知識掌握好，基礎好的同學在基本要求的基礎上進一步提高，在力學競賽、考研等方面有更好的成績，比較簡單的知識點，學生通過線上資源進行自主學習，主動、靈活的學習模式，讓學生有興趣，能發揮主觀能動性，這部分內容線下課堂只需要歸納總結一下，解決一下個別同學提出的有建設性的問題，從而在有限課時的情況下，提高了材料力學的拓展度。行，提出問題后，讓學生有思考的時間，讓學生利用已經學過的知識來試圖解決問題，這樣的方式學生是主動思考，思路跟著教學進度，能很好地激發學生的學習欲，調動積極性，提高自己努力解決問題，增加了自信；由此讓材料力學課程成為具有深度、高度的金課。

圖4 課堂設計

5 小結

過程啟發式教學是培養學生創新能力的有效途徑。通過不同層次啟發、引導讓學生獨立主動思考，主動掌握知識。基于問題的教學是過程啟發式教學的方法之一，如在教學過程中提出問題、分析問題、解決問題，在提出適合學生難度的問題后，讓學生們進行討論，在充分交流的基礎上回答，對于一些有難度的問題，也可以讓學生先思考，即便沒有完全的思路，教師在自己解答的過程中，同學也可以對照發現是哪個環節的哪個方面遇到了困難，應該怎么解決；在例題和習題的分析過程中，PPT和黑板板書交替進

學生的低年級階段是學習專業基礎課的關鍵時期，如何在該階段培養學生的創新意識和動手能力，不斷提高學生的綜合素質，如何在材料力學課程中開展創新研究就顯得非常必要，它不僅可以為學生學習后續的專業課打下扎實的基礎，形成良好的思維習慣，并具有可持續性發展，而且也可以為學生在高年級階段學習專業課程并最終形成專業能力提供良好的思維方式；建設兼具“高階性”“創新性”和“挑戰度”的材料力學金課非常重要。