材料力学是一门专业技术基础课, 在基础理论课和专业课之间起着承上启下的桥梁作用。这门课程与许多后续专业课程有着非常紧密的联系。由于需要掌握的定理和规律非常多, 特别是有大量繁琐的公式推导, 该课程也是工科专业一门难度较大的学科。前卡内基教育促进会主席Ernest Boyer博士指出:“教学是教育和塑造未来的学者, 优秀教师能营造一个氛围, 激励学生主动而非被动式的学习, 鼓励他们成为批判性和创造性的思考者, 并在大学学习结束后, 具有继续学习的能力”[1]。笔者从三方面入手对材料力学的教学进行了改进:展示材料力学对后续专业学习的重要作用;在材料力学的课程教学中采用探索式教学;将工程综合实例渗透到教学各环节。从而充分调动学生的学习主动性, 培养学生的探索意识、创新精神和实践能力。
1 展示材料力学对后续专业课程的重要性
材料力学课程一般安排在低年级, 该阶段学生初涉专业课程, 对材料力学课程的安排难以深刻意识到学习重要性, 甚至认为没有下功夫学习的必要。广泛出现的这种错误认识严重影响了基础课程和本专业知识的掌握。故有必要从不同专业出发充分解释为什么要学好材料力学课程。
可从两方面来说明。一方面, 从历史推进科技发展的角度阐述材料力学是因社会需求而产生的学科。例如:在向桥梁专业的学生讲解压杆稳定的内容时, 可将桥梁工程历史上出现的有关桥梁因失稳而丧失承载能力引发的事故列举如:俄罗斯的克夫达敞开式桥因上弦压杆失稳而引起全桥破坏和加拿大的魁北克桁架桥在悬臂拼装施工中因压杆失稳导致坍塌而引起严重事故, 从而促使稳定理念和许多稳定理论的重要成果的产生。[2]可见桥梁结构的稳定性与强度问题一样, 是关系安全的重要问题。从而展示桥梁专业学习稳定性的必要性。另一方面为各专业学生提供了有关力学知识在本专业的工程应用实例, 说明材料力学是后续专业课程的重要基础。再好的理论只有在工程中应用才能体现出其社会价值。当学生了解到材料力学在各专业领域发挥的重要作用时, 学生自然会对材料力学严阵以待, 利于激发学习热情和克服枯燥学习过程的决心。如:在给工程管理专业同学上课时, 对某些工程意义涵盖较广的力学问题, 一般会设法在土木工程背景下去描述其工程意义。如杆件的扭转应力问题, 从房屋建筑中的受扭构件如房屋雨蓬梁去讲解该问题, 在讲完房屋雨蓬梁的受力分析后打个伏笔, 告诉学生在以后的“建筑结构”课程中, 将会在此基础上学到如何设计该类梁的截面和配筋。能够使学生将正在学的和将来学的课程知识串连起来, 并时刻感受到自身的专业背景和该课程在本专业中的作用。[3]
2 探索式教学的应用
探索式教学以学生为主体, 注重激发学生的求知欲, 培养学生通过独立思考获取和巩固知识的能力和积极性, 并进一步培养学生的综合素质和创造性思维。在统筹安排各章节主要内容的基础上提取与工程和生活有紧密联系的课题, 以提出问题、学生自主分析解决问题、教师评价、师生共同总结提出最终解决方案的模式为学生展现更全面立体的知识体系, 从而提高学生独立分析和处理问题的能力, 同时可促进师生双向交互式课堂教学的建立, 为学生创造一个友好的学习氛围。例如:在讲拉压变形时, 可提出如下课题:两队在近似平面的地面上进行拔河比赛, 每队各10人, 每人平均体重为50kg, 若地面与鞋底间的摩擦因素fs均为0.8, 问拔河使用的绳子直径至少为多少?围绕选定的力学课题展开开放式的思考与讨论。其中力学课题的设计至关重要, 选择课题一般满足两点:其一, 课题与工程和生活紧密联系。一方面使学生自己对力学有感性认识, 激发学生对力学的兴趣;另一方面为学生展示力学知识的工程应用。其二, 课题的描述尽可能简洁。从例子中可以看出, 在给出课题时并没有将所有需要用到的相关参数给出, 仅提出一个模糊、简洁的课题, 学生在探索解决方法的过程中, 通过思考自发提出补充必要已知条件的要求, 并且引出解决该工程问题所需要掌握的基础知识, 使得学生在探索的同时对材料力学形成完整的力学体系。
3 强化综合应用
通过综合的工程应用加强学生对基础知识的理解和掌握。在教学中加强新学知识的应用和前后知识间的联系, 多提出一些综合问题, 引导学生应用所学知识独立分析问题, 进一步体现材料力学的工程实用性。例如学习了一点处应力状态和强度理论之后, 可用一堂课的时间让学生动手解决以下课题:已知受指定荷载作用的低碳钢圆轴杆件, 低碳钢材料力学性能指标σp、σs、σb和安全系数n, 试求:画出杆件的扭矩图和弯矩图;画出危险截面的弯曲正应力和切应力分布图;分析危险点的应力状态;确定危险点的主平面位置和主应力;应用最大切应力强度理论校核强度。该题目综合考察了组合变形的研究方法、内力图画法、应力分布规律、危险截面和危险点的确定、应力状态分析、强度理论和材料力学性能。通过综合题目的考察, 将材料力学中看似繁杂零散的知识点的联系在一起, 有利于建立对材料力学的立体认识。
4 结语
材料力学是重要专业基础课程, 阐明其对后续专业课的重要性可充分调动学生的学习主动性。在课堂教学中采用探索式教学能够培养学生的探索意识和创新精神。工程实例在教学各环节的渗透, 将理论与实际紧密结合起来, 有利于激发学习兴趣和培养学生实践能力。
摘要：提出了改进材料力学教学的几点措施:展示材料力学对后续专业学习的重要作用;在材料力学的课程教学中采用探索式教学;将工程综合实例渗透到教学各环节。从而充分调动学生的学习主动性, 培养学生的探索意识、创新精神和实践能力。
关键词：材料力学,探索式教学,工程应用,综合素质
参考文献
[1] Gao Hong.Research-based teaching in American under-graduate education in science and engineering[J].Physics and Engineering, 2004 (2) :12～14.
[2] 乔柏平, 胡振发.桥梁工程的前沿设计理念[J].山西建筑, 2008, 34 (8) :309～310.
[3] 俞峰.基于因材施教理念的独立学院工程力学教学实践[J].教育研究与实验, 2009 (8) :7～9.
[4] 蒋平.工程力学基础Ⅱ[M].高等教育出版社, 2009.