材料力學(xué)教學(xué)方法探討

汪勁松

（銅陵學(xué)院，安徽銅陵244000）

材料力學(xué)教學(xué)方法探討

汪勁松

（銅陵學(xué)院，安徽銅陵244000）

文章針對(duì)二本院校《材料力學(xué)》課程教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，總結(jié)出了提高教學(xué)效果的教學(xué)方法，即合理刪減教學(xué)內(nèi)容、理論結(jié)合實(shí)際調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、運(yùn)用比較學(xué)習(xí)方法、強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基本功。

二本院校；材料力學(xué)；教學(xué)方法

在《材料力學(xué)》課程教學(xué)中，很多學(xué)生感到《材料力學(xué)》課程內(nèi)容太多，并且其中應(yīng)力、應(yīng)變分析及組合變形難度較大，因此，每次考試都有不少學(xué)生“掛課”。本文針對(duì)這一問(wèn)題，探討如何搞好《材料力學(xué)》的教學(xué)工作。

一、教學(xué)過(guò)程中應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)際，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)首先應(yīng)當(dāng)分析這些假設(shè)的合理性。可在試樣上劃兩條橫向線和四條縱向線，然后彎曲該試樣，觀察變形后這些線條的變化，就可以解釋假設(shè)的合理性。然后還要觀察現(xiàn)實(shí)生活中人們所做的具體事情驗(yàn)證該公式。比如為什么大型橋梁要做成空心的？為什么梁的高度一般比寬度大？通過(guò)這些現(xiàn)象的觀察和思考，可以讓學(xué)生學(xué)以致用，提高學(xué)習(xí)興趣，信服理論的正確性。否則只是從假設(shè)到理論，很難讓人印象深刻，對(duì)理論的正確性也沒(méi)有深入體會(huì)。

二、教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注意比較學(xué)習(xí)方法的應(yīng)用

《材料力學(xué)》涉及到軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形形式，還有應(yīng)力狀態(tài)分析、組合變形和壓桿穩(wěn)定分析等內(nèi)容，教材頁(yè)數(shù)約300頁(yè)[1]。在四十幾節(jié)課的時(shí)間內(nèi)講完全部?jī)?nèi)容很顯然每節(jié)課都得“滿堂灌”。如果講得又快又多，學(xué)生必然覺(jué)得枯燥乏味，注意力也難以集中，慢慢地會(huì)產(chǎn)生畏懼心理和厭學(xué)情緒。因此教師應(yīng)當(dāng)經(jīng)常給學(xué)生鼓勁，還要設(shè)法幫學(xué)生理清頭緒，化紛繁復(fù)雜為簡(jiǎn)單明了。

好在《材料力學(xué)》許多章節(jié)具有相似性，前后章節(jié)有關(guān)聯(lián)性。知道這些相似性就會(huì)知道雖然教材內(nèi)容很多，其實(shí)新的內(nèi)容并不多，要學(xué)好這門課并不難[2]。明了其關(guān)聯(lián)性和相似性，就會(huì)讓學(xué)生感到思路清晰了，記憶和學(xué)習(xí)的難度減輕了。

比如相似性：第二章軸向拉壓、第三章扭轉(zhuǎn)和第五章彎曲都講到了平面假設(shè)。這三章所講的平面假設(shè)首先具有相似性。這三章所講的平面都是指的橫截面，且這個(gè)橫截面在變形過(guò)程中都沒(méi)有發(fā)生扭曲變形，變形之前是平面，變形后仍然是平面。其次要明了其不同點(diǎn)：（1）軸向拉壓橫截面在變形過(guò)程中是沿軸向平行移動(dòng)，且面積要縮小或擴(kuò)大；（2）扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，面積不變，似乎是剛體；（3）彎曲過(guò)程中橫截面繞中性軸轉(zhuǎn)動(dòng)，面積也近似不變，且各橫截面變形后相交于一條線（指純彎曲）。

公式的推導(dǎo)過(guò)程也有很多是相似的。比如扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力公式的推導(dǎo)過(guò)程都是如下：1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出假設(shè)；2）根據(jù)變形幾何關(guān)系得出應(yīng)變與所研究點(diǎn)的位置之間的關(guān)系；3）根據(jù)胡克定律建立應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系；4）根據(jù)靜力學(xué)平衡關(guān)系求某點(diǎn)的應(yīng)力與該點(diǎn)位置之間的關(guān)系，即是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力公式。

這三章公式的相似性也是顯而易見(jiàn)的，如下表所示：

表1 基本變形有關(guān)公式比較表Tab.1 Comparison of formulae relating to basic deformations

材料力學(xué)公式推導(dǎo)的相似性非常普遍，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常提醒同學(xué)們注意。

比如關(guān)聯(lián)性：很多同學(xué)覺(jué)得組合變形難以掌握。實(shí)際上組合變形只不過(guò)是軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲變形的疊加，也可以說(shuō)是拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲單獨(dú)作用之結(jié)果的疊加。扭轉(zhuǎn)和彎曲的疊加是矢量疊加，即要滿足平行四邊形法則。當(dāng)我們做完力的分析之后，就可根據(jù)強(qiáng)度理論判斷該構(gòu)件是否滿足強(qiáng)度條件。因此，只要我們掌握了簡(jiǎn)單的軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力計(jì)算公式以及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力分析公式，求組合變形的強(qiáng)度條件并不難。

三、應(yīng)強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基本功

《材料力學(xué)》與數(shù)學(xué)有著密切聯(lián)系。對(duì)于二本院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們有一定的初等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但大多數(shù)同學(xué)高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，許多學(xué)生連基本的微積分知識(shí)都沒(méi)有掌握，因此，凡是涉及到微積分的內(nèi)容，學(xué)生都感到頭疼。比如第四章載荷集度、剪力和彎矩關(guān)系一節(jié)有許多微分方程，如：

這些公式對(duì)于有一定微積分基礎(chǔ)知識(shí)的同學(xué)來(lái)說(shuō)是很簡(jiǎn)單的實(shí)實(shí)在在的事實(shí)或圖像，而對(duì)于那些對(duì)于簡(jiǎn)單的微積分知識(shí)都似懂非懂的同學(xué)來(lái)說(shuō)，這些公式就是一堆令人頭疼的符號(hào)，難以理解和記憶。

簡(jiǎn)單微積分知識(shí)在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力、彎曲正應(yīng)力、切應(yīng)力、平面圖形的幾何性質(zhì)等章節(jié)都有應(yīng)用，因此應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生必須掌握基本的微積分知識(shí)。

四、合理刪減教學(xué)內(nèi)容

二本院校學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)一般不是太好，這是眾所周知的，也是無(wú)法回避的；另外，現(xiàn)在大學(xué)需要學(xué)習(xí)的課程較多，一般來(lái)說(shuō)一個(gè)學(xué)期約七到十門，還有實(shí)踐環(huán)節(jié)，相應(yīng)地分配到《材料力學(xué)》課程的時(shí)間有限，一般在50課時(shí)左右。要在一個(gè)學(xué)期內(nèi)面面俱到地學(xué)習(xí)掌握所有章節(jié)的內(nèi)容必然給學(xué)生帶來(lái)巨大的學(xué)習(xí)壓力，這是不恰當(dāng)?shù)?。老師?yīng)當(dāng)根據(jù)專業(yè)需要和教學(xué)時(shí)間，對(duì)教學(xué)內(nèi)容作適當(dāng)取舍。比如對(duì)材料成形專業(yè)的學(xué)生，可以刪減動(dòng)載荷、交變應(yīng)力兩章。難點(diǎn)部分如小變形問(wèn)題不可要求過(guò)高，可以作為興趣題，供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)，非圓截面桿的扭轉(zhuǎn)、位移與應(yīng)變分量、平面應(yīng)力狀態(tài)分析、莫爾強(qiáng)度理論、偏心壓縮和截面核心等節(jié)可以刪減。主要講解材料受力破壞的一般規(guī)律，即軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)以及彎曲變形的應(yīng)力分析和強(qiáng)度理論、組合變形和失穩(wěn)等的相關(guān)理論和相關(guān)公式。

五、強(qiáng)調(diào)適量練習(xí)的重要性

掌握了良好的學(xué)習(xí)方法會(huì)收到事半功倍的效果，但如果沒(méi)有適量的練習(xí)，結(jié)果就好比花拳繡腿。在目前材料力學(xué)學(xué)時(shí)不斷減少的情況下，已經(jīng)出現(xiàn)了降低教學(xué)要求，減少習(xí)題訓(xùn)練量和習(xí)題難度大幅下降的現(xiàn)象，以至使學(xué)生在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中感到有些吃力，甚至有力不從心的感覺(jué)。相反，凡是在材料力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中經(jīng)過(guò)一定數(shù)量和一定難度習(xí)題訓(xùn)練的學(xué)生，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，以及在后來(lái)的工作崗位上都獲益匪淺。在學(xué)習(xí)材料力學(xué)的課程中，學(xué)生普遍反映材料力學(xué)“上課一聽(tīng)就懂,教材一看就會(huì)，習(xí)題一做就錯(cuò)”，這也是習(xí)題訓(xùn)練太少的緣故。加強(qiáng)學(xué)生的習(xí)題訓(xùn)練，可以從各個(gè)側(cè)面促進(jìn)學(xué)生對(duì)基本概念、基本理論和基本方法的理解和掌握，提高學(xué)生的計(jì)算能力，是保證材料力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的重要措施。

［1］劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.

［2］劉長(zhǎng)文.材料力學(xué)教學(xué)方法探討[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2004，5(4):147.

Discussion on the teaching method of mechanics of materials

Wang Jin-song
（Tongling University,Tongling Anhui 244000，China）

Aiming at the problems in the educational course of mechanics of materials which is offered for college students,The paper proposes some tentative teaching methods such as deleting some minor contents,stimulating student's interest by linking the theory to pratical use,empolying comprative study method,emphasizing mathematical ability.

college;mechanics of materials;teaching method

G642

A

1672-0547（2011）01-0096-02

2010-12-08

汪勁松（1971-），男，安徽懷寧人，銅陵學(xué)院機(jī)械工程系講師，碩士，研究方向：冶金、材料加工工藝。