以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為核心的材料力學(xué)課程教學(xué)方法和模式改革探討

趙秀云

摘要：材料力學(xué)是高等學(xué)校工科專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程。結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的要求，指出不區(qū)分專業(yè)，對(duì)統(tǒng)一的教材內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整和修改的重要性，以凸顯其與相應(yīng)專業(yè)課程之間的橋梁聯(lián)系。同時(shí)為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)提供了平臺(tái)。改革的反饋表明，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，理順了知識(shí)語境，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的深度，達(dá)到了全面提高課堂質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè);核心;材料力學(xué);教學(xué)方法;模式改革

引言

《材料力學(xué)》是新生入學(xué)后較早接觸工程實(shí)踐的一門課程。它的內(nèi)容多而復(fù)雜，有很多公式，對(duì)學(xué)生來說很難學(xué)。摘要隨著高等教育教學(xué)改革的深入，《材料力學(xué)》課程的學(xué)時(shí)分布呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程，適應(yīng)21世紀(jì)“厚基礎(chǔ)、寬范圍、能力強(qiáng)、高質(zhì)量”的創(chuàng)新人才的需求，達(dá)到理想的教學(xué)效果，在有限的學(xué)時(shí)中最大限度地提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，是需要材料力學(xué)老師不斷思考、研究和探索的問題。

一、根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，科學(xué)確定教學(xué)內(nèi)容

“材料力學(xué)”教學(xué)首先要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)科學(xué)確定教學(xué)內(nèi)容，從而與專業(yè)相一致。以土木和機(jī)械專業(yè)為例，土木工程中經(jīng)常使用壓縮和彎曲構(gòu)件（如柱和梁），而扭轉(zhuǎn)構(gòu)件很少使用。因此，對(duì)于土木工程專業(yè)的學(xué)生來說，構(gòu)件的基本變形部位應(yīng)以軸向拉（壓）和彎曲變形為主。在機(jī)械工程中，扭轉(zhuǎn)元件（如傳動(dòng)軸）的應(yīng)用也很廣泛，所以對(duì)于機(jī)械專業(yè)，軸向拉伸（壓力）、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形應(yīng)作為教學(xué)重點(diǎn)。另一個(gè)例子，在土木工程結(jié)構(gòu)通常是超靜定結(jié)構(gòu)，和超靜定結(jié)構(gòu)的解決方案應(yīng)當(dāng)被視為教學(xué)的焦點(diǎn)土木工程專業(yè)的學(xué)生，需要反復(fù)鉆和例子，例子和作業(yè)最好是與專業(yè)一致。俗話說“山”等單獨(dú)的行，例子和作業(yè)相關(guān)的職業(yè)，不僅能達(dá)到良好的教學(xué)效果，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的專業(yè)能力，為學(xué)生工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)與一半的努力結(jié)果的兩倍。

在《材料力學(xué)》的教學(xué)中，要注意與其他專業(yè)課的銜接，保持連貫性和統(tǒng)一性，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。例如，在材料力學(xué)中，正、負(fù)彎矩分別畫在構(gòu)件的頂部和底部，并標(biāo)記彎矩符號(hào)。在結(jié)構(gòu)力學(xué)中，彎矩畫在構(gòu)件受拉側(cè)，不需要表示正彎矩或負(fù)彎矩。因此，對(duì)于土木工程專業(yè)，為了按照專業(yè)要求，盡快培養(yǎng)學(xué)生的技能，在談到材料力學(xué)彎矩圖時(shí)，應(yīng)引入結(jié)構(gòu)力學(xué)的相關(guān)規(guī)定，也為提前學(xué)習(xí)“材料力學(xué)”打下基礎(chǔ)。隨著新材料研究的不斷深入，復(fù)合材料在土木工程、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。不需要傳統(tǒng)的建筑材料如鋼鐵、木材、水泥、所有使用四層的玻璃纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料建筑，不僅施工非常方便，工程造價(jià)20%低于傳統(tǒng)的建筑材料，抗震性能好，平安承受8.5級(jí)地震后，和類似于鋼筋混凝土建筑物倒塌。在“材料力學(xué)”的教學(xué)中，應(yīng)介紹復(fù)合材料的一些應(yīng)用實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹復(fù)合材料力學(xué)的理論。這些介紹既能使學(xué)生了解本專業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，又能吸引學(xué)生，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

二、課程綜合性教學(xué)模式的建立

綜合教學(xué)是指在材料力學(xué)教學(xué)過程中，教學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉和整合。讓學(xué)生學(xué)會(huì)與相關(guān)課程相結(jié)合，運(yùn)用其他相關(guān)課程的知識(shí)來輔助材料力學(xué)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。課堂教學(xué)和課后實(shí)踐教學(xué)都要考慮教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和創(chuàng)造性，課堂理論教學(xué)要與應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合。課后實(shí)踐教學(xué)要?jiǎng)?chuàng)新應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地將材料力學(xué)理論應(yīng)用于實(shí)踐。

1）優(yōu)化和整合課程教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)。 從重視學(xué)生能力和素質(zhì)培養(yǎng)的要求出發(fā)，提取，優(yōu)化和結(jié)合課堂教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)行模塊化的教學(xué)結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的興趣。 材料力學(xué)的課堂教學(xué)以“拉伸-剪切-扭轉(zhuǎn)-傳遞-彎曲”為主要內(nèi)容。 每種變形均按“外力，內(nèi)力對(duì)應(yīng)力和變形”的順序進(jìn)行，并采用各種基本變形“推導(dǎo)出平面假設(shè)-變形幾何關(guān)系-物理關(guān)系-靜力關(guān)系-應(yīng)力公式”的過程 。

2）課程教學(xué)加入教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用例子，形成課堂教學(xué)與實(shí)際相結(jié)合的模塊。

3）課程教學(xué)應(yīng)與其他課程緊密結(jié)合，以提高教學(xué)效果。例如，它可以與描述性幾何和機(jī)械制圖課程相結(jié)合，以在教室中準(zhǔn)確地繪制示例圖形，從而為力分析提供條件;結(jié)合理論力學(xué)，為力分析和平衡分析打下基礎(chǔ)。結(jié)合數(shù)學(xué)課程進(jìn)行計(jì)算值奠定了基礎(chǔ)。

4）課程教學(xué)可以提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)。在教學(xué)過程中，有必要指導(dǎo)學(xué)生在完成材料力學(xué)研究后將材料力學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。因此，它與大學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)平臺(tái)緊密集成，并在課程教學(xué)的早期階段成立了一個(gè)科學(xué)技術(shù)小組作為課后作業(yè)，使創(chuàng)新的設(shè)計(jì)實(shí)例可以伴隨課堂教學(xué)。材料力學(xué)課程綜合教學(xué)模式，如圖1。

三、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課改革的措施與實(shí)踐

3.1綜合性力學(xué)實(shí)驗(yàn)―電測(cè)實(shí)驗(yàn)

全面的實(shí)驗(yàn)是逐一列出電氣測(cè)試實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，學(xué)生可以選擇2到3個(gè)感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行操作。我所材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室配備了8套純彎曲梁以及材料力學(xué)的彎曲和扭轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)臺(tái)。在這些試驗(yàn)臺(tái)上，可以測(cè)量平面狀態(tài)下的應(yīng)力分布。根據(jù)當(dāng)前的課程大綱，僅確定材料的彈性模量。有兩個(gè)用于測(cè)量和測(cè)量純彎曲梁的法向應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)。這樣，一方面，學(xué)生的思維僅限于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)知識(shí)的渴求沒有得到充分滿足;另一方面，設(shè)備利用率低，不能充分利用。自選實(shí)驗(yàn)是針對(duì)上述情況提出的一種改革方法。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生可以在熟悉實(shí)驗(yàn)原理并掌握儀器操作之后，自由選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在老師的指導(dǎo)下，根據(jù)零件的受力狀態(tài)選擇布料計(jì)劃，粘貼應(yīng)變片，進(jìn)行測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析錯(cuò)誤原因。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以充分鍛煉自己的動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)操作技能，并實(shí)施自主選擇的實(shí)驗(yàn)。只有課程表中指定的小時(shí)數(shù)不能滿足需要，學(xué)生可以使用自學(xué)時(shí)間完成學(xué)習(xí)。在原始的電氣測(cè)量實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，您可以選擇在壓縮和扭轉(zhuǎn)作用下進(jìn)行懸臂梁實(shí)驗(yàn)，薄壁圓柱體組合力分析實(shí)驗(yàn)等。在此水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生成為組織者和實(shí)驗(yàn)實(shí)施者。學(xué)生根據(jù)選定的問題確定解決方案，制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)方法和特定的操作步驟。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)老師的復(fù)習(xí)后，就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了操作。

3.2教學(xué)手段的改革

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段上，要打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段多樣化。借助校園網(wǎng)和多媒體教學(xué)艾滋病，我們建立了開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)在材料力學(xué)精品課程教學(xué)平臺(tái)專欄中，對(duì)于基本的力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們將這些實(shí)驗(yàn)的基本原理，實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)量工具的使用方法，使多媒體課件在課程網(wǎng)站上和實(shí)驗(yàn)課堂提出的問題，問題是結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作提出的。綜合實(shí)驗(yàn)中，我們將只儀器，實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟀l(fā)布在網(wǎng)站上，關(guān)鍵是要讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，獲取相關(guān)信息，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容提問和答案，教師引導(dǎo)學(xué)生小組討論在實(shí)驗(yàn)之前，比較實(shí)驗(yàn)方案，通過實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)解。

依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生將材料力學(xué)課程應(yīng)用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的大二學(xué)生組建了一支科技隊(duì)伍。作為課外作業(yè)的一種形式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將材料力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的訓(xùn)練延伸到課外創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)的項(xiàng)目名稱：減振防翹起的窨井蓋裝置研發(fā)，該窨井蓋包括：窨井座、井蓋、減振器和螺釘，如圖2。

四、結(jié)論

有效改善教學(xué)效果當(dāng)然“材料力學(xué)”，知識(shí)相互融合，材料力學(xué)和相關(guān)課程有機(jī)地結(jié)合起來，使“材料力學(xué)”課程內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用更有活力，這是傳統(tǒng)的“材料力學(xué)”的補(bǔ)充和加強(qiáng)教學(xué)，不僅能提高“材料力學(xué)”課程教學(xué)的質(zhì)量，而且可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

參考文獻(xiàn)

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山東協(xié)和學(xué)院 250109