改進(jìn)材料力學(xué)課程教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)

謝冰

摘要 材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課，在專業(yè)教學(xué)改革中占有重要的地位。對這一傳統(tǒng)課程進(jìn)行剖析，提出一些改革思路，特別對教學(xué)手段和方法提出一些建設(shè)性建議。

關(guān)鍵詞 材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐；信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1671-489X(2012)12-0070-03

Discussion on Teaching Reform on Course Concrete Structures//Xie Bing

Abstract Engineering mechanics of materials is the higher of an important class of specialized professional and technical courses, professional teaching reform occupies an important position. The paper analyzes the course of Concrete Structure and gave some constructive advises to improve the teaching methods of it.

Key words mechanics of materials; experiment and practice; information technology

Authors address Civil Engineering Department, Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang, Henan, China 471023

材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課，是構(gòu)成專業(yè)課程的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，起著承上啟下的銜接作用，又緊密結(jié)合工程實(shí)際，實(shí)用性廣，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力意義重大。但該課程概念抽象，理論性強(qiáng)，且教學(xué)課時(shí)數(shù)被不斷壓縮，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都與當(dāng)前我國高等教育從以傳授知識(shí)為主的知識(shí)教育向以培養(yǎng)能力為主的素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變很不適應(yīng)，與培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的要求存在明顯差距。

因此，必須在認(rèn)知規(guī)律的指導(dǎo)下，調(diào)整課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容，尋求科學(xué)合理的教學(xué)模式，嘗試多種教學(xué)方法，加強(qiáng)課程信息化，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力，加強(qiáng)創(chuàng)新思維培養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)“培養(yǎng)具有強(qiáng)烈創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才”的目標(biāo)。

1 調(diào)整課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容

材料力學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)很難掌握，大多數(shù)學(xué)生學(xué)起來有一定的困難。必須刪減教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)，刪繁就簡，確保主干，理順關(guān)系，突出重點(diǎn)。

1.1 突出共性，提綱挈領(lǐng)

材料力學(xué)課程中“拉、壓、剪、扭、彎”各種基本變形都按內(nèi)力、應(yīng)力、變形以及強(qiáng)度、剛度的同一次序進(jìn)行分析討論，對每種基本變形問題，又都采用“平面假設(shè)——變形幾何關(guān)系——物理關(guān)系——靜力平衡條件——應(yīng)力公式”這一相同的推導(dǎo)過程。顯然，這種多重循環(huán)的知識(shí)體系內(nèi)容重復(fù)多，教學(xué)過程缺乏新意，花費(fèi)學(xué)時(shí)量大，還不利于學(xué)生對知識(shí)的融會(huì)貫通，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。設(shè)想將課程內(nèi)容分為多個(gè)模塊，把各種基本變形的共性問題（如內(nèi)力、應(yīng)力、變形等）集中起來討論并加以分析，實(shí)現(xiàn)各種基本變形以及組合變形下桿件的內(nèi)力分析、應(yīng)力分析與強(qiáng)度計(jì)算方法的貫通。這樣可突出共性，強(qiáng)化概念，有利于學(xué)生掌握事物的內(nèi)在聯(lián)系，提綱挈領(lǐng)，掌握課程的精華。由淺到深，由粗到精，循序上升，能培養(yǎng)歸納綜合能力和知識(shí)滲透能力，也能避免重復(fù)循環(huán)，節(jié)約課時(shí)，取得事半功倍的效果。

1.2 通過異同對比分析實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的由此及彼擴(kuò)展

依照學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，在講述新的概念時(shí)，要把新知識(shí)與舊知識(shí)（已學(xué)過的）聯(lián)系起來，在對比中理解其實(shí)質(zhì)異同。如：吃透了力矩概念后就很容易建立一個(gè)力偶的概念；學(xué)完了平面力系進(jìn)入空間力系，就要剖析清楚平面和空間的根本區(qū)別與聯(lián)系；學(xué)完了“理論力學(xué)”再研究“材料力學(xué)”，突出的矛盾是剛體的概念將被否認(rèn)，物體的變形成了事實(shí)。這種聯(lián)系對比既可引起學(xué)生的興趣，也有利于突出新知識(shí)的難點(diǎn)。

1.3 分散難點(diǎn)，各個(gè)擊破，避免陷入復(fù)雜的公式推導(dǎo)

材料力學(xué)公式多，推導(dǎo)過程繁雜，如果詳盡地給學(xué)生推導(dǎo)公式必然耗費(fèi)大量課時(shí)，板書滿黑板，教師自己疲憊不堪，不僅收效甚微，還加重了學(xué)生的懼怕心理。熟練應(yīng)用力學(xué)中的基本方法和公式，是學(xué)好材料力學(xué)這門課程的基本要求。如何才能使學(xué)生達(dá)到上述要求呢？當(dāng)然不是死記硬背某些概念或公式就行，而是要在對理論的基本思想、推導(dǎo)過程及適用范圍進(jìn)行明確的理解和掌握的基礎(chǔ)上運(yùn)用自如。應(yīng)該以讓學(xué)生理解和會(huì)應(yīng)用公式計(jì)算為目標(biāo)，把重點(diǎn)放在講清楚力學(xué)基本概念和結(jié)論以及公式適用范圍、使用注意事項(xiàng)。公式本身講解盡量簡單，少講數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。這樣既可以節(jié)約課時(shí)，又可以使問題簡單化，提高教學(xué)效率。

1.4 盡量不搞“滿堂灌”

在授課過程中每堂課都要安排一定的時(shí)間來進(jìn)行答疑，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的想法和見解，鼓勵(lì)學(xué)生通過互相討論的方式解決問題。同時(shí)通過在教學(xué)內(nèi)容中增加一些與本學(xué)科聯(lián)系緊密的實(shí)際例題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)教學(xué)效果。

教學(xué)應(yīng)該始終注重理論聯(lián)系工程實(shí)際，以探討和啟發(fā)性思維的開放式教學(xué)為主，通過問題講義的方式，針對具體的工程問題進(jìn)行講解和討論。注重學(xué)生對知識(shí)原理的理解和應(yīng)用，盡量通過工程實(shí)例，并結(jié)合知識(shí)內(nèi)容闡釋和理解在現(xiàn)實(shí)生活中所出現(xiàn)的現(xiàn)象，既加深對材料力學(xué)知識(shí)的理解，又著力培育學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。這種從“教學(xué)資源導(dǎo)向型”教學(xué)方法向“能力訓(xùn)練導(dǎo)向型”教學(xué)方法轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)是要發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，還可以進(jìn)一步豐富教師的教學(xué)內(nèi)容。

1.5 引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣于畫圖分析，培養(yǎng)形象思維

要引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣于依據(jù)所研究的問題畫出正確恰當(dāng)?shù)氖疽鈭D，創(chuàng)設(shè)形象的物理情形，經(jīng)過表示圖來指導(dǎo)學(xué)生用籠統(tǒng)的概念和規(guī)律來解答詳細(xì)形象的實(shí)踐問題，養(yǎng)成畫圖剖析的習(xí)慣。圖形能幫助學(xué)生準(zhǔn)確了解題意，畫出正確的受力剖析圖是正確處理力學(xué)問題的關(guān)鍵。不畫受力圖或圖畫得不正確，常常難以得出正確的結(jié)果。即便一時(shí)能得出正確的答案，但養(yǎng)成了這種不良習(xí)慣，一旦遇到較為復(fù)雜的問題時(shí)，就不知道如何下手了。

在教學(xué)中要注重表示圖畫法的鍛煉，教會(huì)學(xué)生如何經(jīng)過審題，畫表示圖，從易到難，逐漸消除思想障礙。同時(shí)要求學(xué)生把練習(xí)本的左側(cè)折出三分之一，特地用作畫圖區(qū)，把圖像作為樹立關(guān)系、列方程的根據(jù)。畫圖習(xí)慣的培育需求一個(gè)過程，對應(yīng)該畫圖而沒有畫圖的答題應(yīng)扣去大局部的分?jǐn)?shù)或可讓學(xué)生重做，從嚴(yán)請求，使之形成習(xí)慣。這也是在培育學(xué)生的形象思維。須知，形象思想并不僅僅屬于藝術(shù)家，它也是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要思維方式。

1.6 開設(shè)討論課和習(xí)題課

讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決各種問題，從而有效地掌握分析和解決問題的方法；建議學(xué)有余力的學(xué)生，利用工程界廣泛使用的MATLAB科學(xué)計(jì)算語言，對材料力學(xué)中的某些問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和分析，使學(xué)生在掌握MATLAB語言的同時(shí)，能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件來解決實(shí)際的力學(xué)問題。

2 教學(xué)信息化

2.1 使用現(xiàn)代信息技術(shù)將抽象的教學(xué)內(nèi)容形象化，盡可能由感性到理性

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容都是經(jīng)過選擇、緊縮、改造而具典型化和簡約化，更具高度的籠統(tǒng)性。若是照本宣科，學(xué)生很難理解，因此有必要應(yīng)用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等手段再現(xiàn)研究內(nèi)容的變化過程。合理創(chuàng)作應(yīng)用電子教案、多媒體技術(shù)教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。制作多媒體教學(xué)課件、復(fù)習(xí)指導(dǎo)等教學(xué)輔助材料，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)手段（如課堂講授、上習(xí)題課）和現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)（多媒體教學(xué)等）的緊密結(jié)合。通過課堂展示、提供交流和互動(dòng)平臺(tái)，活躍課堂氣氛，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得較好的效果。對于一些較為抽象、難以用語言描述清楚的教學(xué)內(nèi)容，還建議采用圖片、動(dòng)畫視頻、聲音等多媒體技術(shù)，動(dòng)靜結(jié)合，有聲有色，如材料破壞的動(dòng)畫演示，從而增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，

2.2 建立材料力學(xué)課程試題庫及自學(xué)自測系統(tǒng)（學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)）

建立作業(yè)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率，督促學(xué)生課前、課后的學(xué)習(xí)，全程跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，這是一種比較有效可行的教學(xué)改革方法。同時(shí)，教學(xué)信息化的技術(shù)是充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)來完成教學(xué)前和教學(xué)后的工作，大大減少教師的勞動(dòng)強(qiáng)度，非常值得學(xué)習(xí)和借鑒。

3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，如自制實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)小型化、多樣化，從而增加學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)和時(shí)間。壓縮理論教學(xué)環(huán)節(jié)，增加力學(xué)相關(guān)軟件和上機(jī)操作實(shí)踐。

值得注意的是，隨著素質(zhì)教育要求的不斷提高，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為課程的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本任務(wù)是：幫助學(xué)生理解和掌握理論體系的基本概念，使學(xué)生掌握材料力學(xué)性能的測試方法，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論與實(shí)驗(yàn)手段解決工程問題的能力。理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相輔相成的，不能相互取代，因此除了理論教學(xué)外，在教學(xué)改革方面還必須兼顧實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須為理論教學(xué)服務(wù)。當(dāng)然，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)并不應(yīng)當(dāng)停留在單純理論的驗(yàn)證上，必須將培養(yǎng)學(xué)生能力作為重中之重，開設(shè)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解更為深入，對實(shí)驗(yàn)操作也做到心中有數(shù)。另外，針對當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為簡單，缺乏思考性和啟發(fā)性的現(xiàn)狀，還應(yīng)適時(shí)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)更加豐富有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該借助現(xiàn)代力學(xué)手段，為學(xué)生提供更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)。當(dāng)前由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，大部分實(shí)驗(yàn)還是演示性實(shí)驗(yàn)，這種情況帶來的直接后果就是教師演示、學(xué)生觀看，學(xué)生處于被動(dòng)地位，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和科學(xué)作風(fēng)，啟發(fā)學(xué)生的開創(chuàng)思維，應(yīng)大力創(chuàng)造條件采用開放實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生留有充足的時(shí)間，給他們親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)，以充分發(fā)揮設(shè)備資源的潛力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，切實(shí)把理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能密切結(jié)合起來，使學(xué)生對所學(xué)課程有形象和深入的理解，這樣才有利于人才的培養(yǎng)，有利于教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

4 考核

隨著教學(xué)改革工作的深入發(fā)展，各個(gè)學(xué)科的課程評估工作已全面展開，而評估的核心是對考和學(xué)兩個(gè)方面的質(zhì)量評價(jià)和估計(jì)，其重要的手段之一是對學(xué)生進(jìn)行考試。傳統(tǒng)的考試制度是任課教師“一包到底”，即誰任課，誰出題，誰閱卷。這種考試無疑存在很大的弊病，一方面不易檢查教師的教學(xué)水平和教學(xué)效果；另一方面，由于每位教師在長期的教學(xué)中形成的自己傳統(tǒng)的教學(xué)與考試的特點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)，對檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也有很大的不利影響。因此，要提高教學(xué)質(zhì)量，改革這種“一包到底”的考試制度勢在必行。

建立試題庫、運(yùn)用試題庫、實(shí)現(xiàn)教考分離則是有效的改革方法之一。這樣不僅能考出學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，更重要的是對教師的教學(xué)水平、教學(xué)效果也是一個(gè)很好的檢驗(yàn)。這樣必然促使教師對教學(xué)工作的重視，所以在一定程度上對教學(xué)工作起著積極的推動(dòng)作用。課程考核應(yīng)按平時(shí)成績和期末考試加權(quán)計(jì)算，平時(shí)成績按實(shí)驗(yàn)成績、出勤、課堂提問、作業(yè)等綜合評定。

5 結(jié)束語

在材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐中，通過課程體系和內(nèi)容的創(chuàng)新、教學(xué)方法和模式的創(chuàng)新、考試與考核方法的改革，對材料力學(xué)課程教學(xué)大綱進(jìn)行重新修訂。在保留原有經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，盡可能提高該課程的起點(diǎn)，引入復(fù)合材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等近代力學(xué)知識(shí)。研究對象從各向同性材料拓展到各向異性材料（如復(fù)合材料），介紹新的研究方法和設(shè)計(jì)思路（如可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等），廣泛采用多媒體研究手段，使課程教學(xué)改革富時(shí)代氣息，與時(shí)俱進(jìn)地推動(dòng)材料力學(xué)課程教學(xué)改革持續(xù)、健康地向前發(fā)展。

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