提高材料力学教学质量的几点探索
摘要：材料力学是工科专业一门非常重要的专业基础课。结合材料力学课程的自身特点以及在该课程教学过程中的体会，针对目前教学中存在的问题，从教学内容体系、教学方法和手段以及实验教学环节三方面进行分析探索，提出了具体的改进措施；通过改进措施的实施，学生的学习兴趣得到了激发，学习成绩明显提高，材料力学的教学质量得到了全面提高。
关键词：材料力学；教学内容体系；教学方法和手段；实验教学
作者简介：张卫国（1979-），男，陕西礼泉人，西北农林科技大学机械与电子工程学院，讲师；刘洪萍（1971-），女，新疆五家渠人，西北农林科技大学机械与电子工程学院，讲师。（陕西 杨凌 712100）
基金项目：本文系西北农林科技大学教学改革研究项目（JY1102069）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）32-0065-02
材料力学是工科专业一门承前启后的重要技术基础课，在基础课和专业课之间起纽带作用。它的任务是使学生会用材料力学的理论和方法去分析、解决一些简单的工程实际问题，在为专业课学习奠定必要的力学基础的同时，也使学生掌握初步运用基础力学知识解决工程实际问题的能力。[1]然而这门课程概念多、公式多、计算复杂、应用性强，学生学起来往往感到比较零乱，是学生普遍反映较难的一门课程。同时随着教学改革的深化，基础课程学时不断减少，因此，如何在有限的学时内完成繁重的教学任务，如何有效地调动学生学习的积极性和主动性，如何采取有效的教学手段切实提高教学质量和教学效率，如何利用有限的条件让学生扎实地掌握课程基础理论知识并能将这些知识应用到工程实际中去是材料力学课程教学的重中之重。[2]目前材料力学课程教学中普遍存在的主要问题有：教师的教学方法死板，缺乏灵活性；学生的学习积极性不高。结合材料力学课程的特点及在该课程教学过程中的体会，从教学内容体系、教学方法和手段以及实验教学环节方面进行探索改进，以激发学生的学习兴趣，进而提高教学质量。
一、教学内容体系方面
材料力学是一门经典的力学课程。目前该课程的教学体系仍大多采用前苏联的铁木锌柯体系，即从简单的基本变形——拉伸与压缩变形、剪切变形、扭转变形和弯曲变形为研究的出发点；然后再研究与工程实际接近的组合变形：斜弯曲、拉压与弯曲、偏心压缩、弯扭组合。每一种基本变形的研究顺序都是：由外力到内力，由内力到应力，由应力到强度条件，再由变形到刚度条件。[3，4]该讲授体系的特点是理论讲解细、公式推导多，课堂教学需要的学时多，大量课时集中在基本变形部分，组合变形部分所占课时相对较少。而实际工程中，大部分构件是复杂变形，基本变形与工程实际相差较大。因此，学生虽然已学材料力学，但是遇到工程实际问题也往往无从下手。而且，随着各种新知识和新课程的增加，材料力学学时已被大大减少，从过去的120～150学时减小到现在的48～64学时，因此，教学内容应更加简练、融会贯通和相互渗透，减少相关课程内容间的重叠。
首先，明确理论联系实际的教学思想，在课程的绪论部分应重点强调材料力学来源于工程实际、服务于工程实际的本质。通过介绍材料力学在各种工程实际中的结构设计、应力分析、强度计算、失效分析中的重要作用，激发学生学习材料力学的热情。
其次，对材料力学课程内容进行凝练，注重课程知识的横向应用，突出材料力学研究问题的思路和解决问题的方法，培养学生解决工程问题的基本素质和能力。先系统讲解轴向拉伸与压缩这一简单的基本变形，以“外力—内力—应力—变形—强度—刚度”为主线，以“外力特点、截面法计算内力、应力的分布规律和计算及变形特征和计算、强度和刚度条件的建立及应用”为具体内容，再通过举一反三开展剪切、扭转、弯曲基本变形的讲解，总结出材料力学研究问题的基本思路和方法。同时，紧密结合现代科技发展成果和工程实例进行专题讨论，以提高学生解决工程问题的力学素养。
二、教学方法和手段方面
传统的材料力学教学模式是以课堂教学为主，“粉笔+黑板”，教师“满堂灌”，注重理论推导，忽视工程实际应用，这种以教师为主导、以教材为引领、以教室为载体的填鸭式教学方法在中国已延续了长达半个世纪。[5]这种教学模式只能使学生被动地学习，不能有效地调动学生学习的兴趣和积极性，不利于学生个性的发展、综合素质的提高与创造思维的培养。因此，在授课学时大量削减、单位学时课堂信息量要求不断增加的新形势下，旧的教学方法和手段愈显得落后与不适应，教学方法和手段的改革显得尤为重要。
首先，在教学过程中，要打破从头到尾照本宣科的传统讲解模式，应充分发挥教师的引导作用，通过提问等方式督促学生养成课前预习的习惯，以培养学生的自学能力；在新内容讲解之前，可以适当地选择一些题目给他们做，或者设计一些情景让他们思考，让学生感觉到原有知识的不够用及该内容的新颖性，之后再讲解新内容，他们的注意力自然会集中起来，会给学生留下清晰而又切实的印象；注重理论联系实际，多把工程实例介绍给学生，用力学知识解释生活中的力学现象，既突出了力学概念又启发了学生思考，使学生感到学有所用，从而对课程产生浓厚兴趣；注重运用启发式、提问式及探讨式等教学方法，注重课堂上教学互动，营造张弛有度、轻松活跃、师生互动的课堂氛围，调动学生学习的主动性和积极性，激发学生的求知欲，引导学生提出问题、分析问题和解决问题，使之通过积极思维获得新知识，并巩固为知识体系，提高独立分析和处理问题的能力，培养综合素质和创新思维；课堂讨论和习题训练也是教学过程中不可缺少的部分，学生运用自己所学的知识尝试解决各种问题，充分体现学生是学习的主体，可使学生处于积极思考的状态，思维受到最佳训练，并有效地掌握分析和解决问题的方法。而且通过课堂讨论和习题训练，掌握学生关于知识的理解程度、存在的问题。
其次，计算机及互联网的飞速发展为教学提供了强力的新手段。多媒体辅助教学手段的合理利用提高了教学内容的直观性与生动性，更多地引入了工程背景，强化了工程概念，是实现材料力学课程教学手段创新的重要途径。在理论部分的讲解过程中，利用多媒体辅助教学手段，把抽象的信息内容转变为具体的形式再现给学生，实现图文并茂、声画并举和生动形象；还可以在有限的课堂时间内传递给学生更多的全方位知识信息，增大了知识密度，加快了教学节奏，提高了课堂的效率，使学生在多媒体的环境中获得有用的知识，更能激发学生的学习兴趣和创造性。[6，7]例如，利用多媒体动画模拟材料在各种内力分量作用下的变形和失效，学生通过动画演示分析材料的变形和破坏过程，掌握其特点和规律性。但是多媒体教学信息量大，学生的注意力要高度集中，容易引起学习上的疲劳。为此，在例题和习题的讲解过程中可采用“粉笔+黑板”的传统教学方法调节课堂气氛，留给学生思考的空间，使学生、老师的思想和情感能够互相清晰地传达，让学生体验老师分析问题和解决问题的思维过程。多媒体与“粉笔+黑板”两种教学方式各有优势，各具所长。多媒体是创新教学方法的物质条件，与传统教学方法应有机结合，发挥各自的优势，在教学中实现优势互补，充分有效地利用了课堂教学时间，以达到最佳的教学效果。
三、实验教学方面
材料力学实验是对学生进行工程素质教育和培养学生创新能力的重要环节。但是传统的教学模式中，普遍认为实验教学依附于理论教学，实验教学多为注入式、机械性验证和演示，使学生对实验教学环节思想上不重视，兴趣不高，严重地抑制了学生学习的主动性和创新意识。[8，9]因此，必须摆正实验教学在材料力学课程中的作用与地位，充分发挥学生的主体作用，启发学生的创新意识。
实验课不仅能提高学生动手能力、分析和解决问题能力，还能加强学生理论联系实际和实践性环节，以提高学生学习材料力学的兴趣。例如，学生通过圆截面杆扭转实验清晰地观察到其失效断裂是从外表面开始的，直观地展现了圆轴扭转横截面上切应力的分布规律；通过矩形截面梁在纯弯曲状态下横截面上的正应力实验，能够观察到梁在纯弯曲时横截面正应力的大小以及分布规律。同时掌握万能实验机、扭转实验机、电阻应变仪等设备的基本工作原理及使用方法。学生通过亲自动手操作既提高了学生的学习兴趣，又较好地巩固了所学的理论知识，培养了实践能力。
为了充分提高实验教学效果，要求学生在课前做好实验的预习准备工作，思考实验的原理设计和过程设计，课堂上认真地进行实验设备的操作，课后做好实验报告的分析总结。同时适当增加综合性实验和设计性实验，以提高学生的创新能力。
四、结语
课程内容体系是提高教学质量的知识基础，教学方法和手段是提高教学质量的物质基础，实验教学是提高教学质量的有效途径。从材料力学教学内容体系、教学方法和手段以及实验教学三方面入手，通过上述一系列的探索改进，学生的学习兴趣得到了激发，学生参与问题讨论的积极性得到了极大地提升，学习成绩明显提高，动手实践能力得到了增强，材料力学的教学质量得到了全面提高。
参考文献：
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（责任编辑：王祝萍）