淺談《材料力學(xué)》的興趣培養(yǎng)

白 楊 陳俊旗

河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院（45000 1）

1 《材料力學(xué)》教學(xué)現(xiàn)狀

《材料力學(xué)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是連接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要橋梁。尤其對于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生而言，材料力學(xué)是考研的專業(yè)課程之一，其重要性不言而喻。《材料力學(xué)》的課程特點是概念多、公式多、實驗多，內(nèi)容瑣碎而枯燥，容易形成教師不好講、學(xué)生不愿學(xué)、教學(xué)效果差的惡性循環(huán)。

捷克著名教育學(xué)家夸美紐斯說:“教育是一種教起來使人感到愉快的藝術(shù)，就是說，它不會使教員感到煩惱，或是學(xué)生感到厭惡，它能使教員和學(xué)生全都得到最大的快樂”。[1]

如果在授課過程中能積極培養(yǎng)學(xué)生對《材料力學(xué)》的興趣，必然使學(xué)生由被動地聽轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥貙W(xué)，并形成一種輕松愉悅的課堂氛圍，師生都將樂在其中。通過借鑒他人的教改成果[2]并結(jié)合本人的教學(xué)經(jīng)驗,現(xiàn)提出以下三種培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的淺見，以作拋磚引玉之用。

2 培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的方法

2.1 開篇設(shè)疑

平鋪直敘地介紹課本知識顯然沒有先設(shè)疑再解答的方式更引人入勝，因此可以從以下兩部分著手:即緒論部分的總體設(shè)疑和各章內(nèi)容的分別設(shè)疑。

緒論部分主要介紹了材料力學(xué)的任務(wù)和一些基本概念、基本方法和基本假設(shè)，如果在介紹完課本知識后能將生活和工程中的實例作為問題提出來，并讓學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中慢慢尋找答案，就會使學(xué)生以一種好奇渴望的心態(tài)去學(xué)習(xí)《材料力學(xué)》。例如,為什么梁的橫截面是豎著放而不是橫著放的?一張紙在折疊前后的承重能力和變形情況為什么有顯著的差異?自行車的主要承重構(gòu)件為什么用空心鋼管而不用實心鋼管?自行車、電動車和汽車在和障礙物發(fā)生水平碰撞時的沖擊力分別有多大?

各章內(nèi)容的分別設(shè)疑是指在講解每一章的內(nèi)容時應(yīng)先通過具體的實例提出問題，從而引出要介紹的章節(jié)內(nèi)容，然后介紹一些相應(yīng)的工程背景或力學(xué)發(fā)展簡史,已達(dá)到激發(fā)學(xué)生興趣的良好效果。例如壓桿穩(wěn)定這一章就可以通過細(xì)長鋼板條 （塑性材料）和松木板條（脆性材料）的受壓試驗提出問題：為什么在強度滿足的情況下構(gòu)件會發(fā)生失效?引導(dǎo)學(xué)生分析思考后就能得到答案:因為引起構(gòu)件失效的原因除了強度、剛度以外還有穩(wěn)定性，自然而然引出了本章主題——壓桿穩(wěn)定。

2.2 提高課堂參與度

在課堂授課過程中一般都是以教師為主體，學(xué)生的參與度較低，從而導(dǎo)致課堂氣氛沉悶而缺乏活力，自然無法提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要提高學(xué)生的課堂參與度，可以試著讓學(xué)生變成小老師。例如，在每節(jié)課開始時請學(xué)生為大家總結(jié)上一節(jié)課的主要內(nèi)容,或是在習(xí)題課上請學(xué)生講解做過的作業(yè)，不足之處再由老師修正完善。讓學(xué)生作總結(jié)既可以使他們養(yǎng)成課后復(fù)習(xí)的好習(xí)慣，也鍛煉了他們的總結(jié)概括能力和在公眾場合下的表達(dá)能力，可謂一舉三得。由學(xué)生講解課后作業(yè)還可以起到預(yù)防抄襲作業(yè)的目的。

除此之外,《材料力學(xué)》課本上每章都有思考題，特別有助于學(xué)生對概念的深層理解。因此可以在講完相應(yīng)的知識點后挑一些典型的思考題放在課堂上討論，讓同學(xué)們通過積極討論活躍課堂氣氛，變被動聽講為主動思考,從而大大提高聽課效率，杜絕了“課上一聽就懂，課下一做就錯”的現(xiàn)象。

2.3 介紹趣味力學(xué)現(xiàn)象

學(xué)生們都喜歡聽老師講故事、講笑話，這也是老師調(diào)節(jié)課堂氣氛和調(diào)動學(xué)生情緒的有效手段。如果把一些趣事與材料力學(xué)知識聯(lián)系起來講，不僅使學(xué)生更愛聽課，也鍛煉了他們利用所學(xué)知識分析解決問題的能力。

例如，在講完材料拉壓時的力學(xué)性能、軸向拉（壓）桿的應(yīng)變能和應(yīng)力集中這些知識點后，就可以引導(dǎo)學(xué)生從力學(xué)的角度來分析唐代詩人盧綸的《塞下曲》:“林暗草驚風(fēng)，將軍夜引弓。平明尋白羽，沒入石棱中。”詩中所描述的將軍引弓而“滅矢飲羽”是否可能?這個問題需要從兩方面進(jìn)行分析，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題的全面性。

1）射箭的過程中，射手的臂力使弓和弦變形，變形了的弓積蓄了應(yīng)變能，然后應(yīng)變能通過弓弦轉(zhuǎn)化為箭的動能，使箭飛向目標(biāo)。弓的變形越大，箭的初動能也越大。箭的初動能在飛行過程中，因克服空氣阻力和發(fā)聲（轉(zhuǎn)化為聲能）將有所損耗。以現(xiàn)代武器來比擬，加農(nóng)炮炮身長為口徑的40倍以上，炮彈出膛的平均速度在700 m/s以上 （聲音在空氣中的傳播速度為340 m/s），是音速的2倍多，同時炮彈從膛線獲得每分鐘幾千轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速。炮彈的平動動能加上轉(zhuǎn)動動能就足以摧毀裝甲車。雖說巖石遠(yuǎn)不及鋼甲堅固，但由粗略的推算可知，不會旋轉(zhuǎn)的箭必須以接近音速的速度飛行，才能以足夠大的動能撞向巖石，這是人的臂力無法達(dá)到的。

2）從材料的力學(xué)性能來看，巖石類的脆性材料受較大外力作用后易出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象，另外巖石表面和內(nèi)部往往有許多孔隙與裂縫。當(dāng)巖石受到外壓時，這些孔隙周圍會出現(xiàn)“應(yīng)力集中”現(xiàn)象，更容易崩裂。因此，即使箭有足夠大的動能，也不會在巖石上鉆一個洞沒入其中。

所以，如果動能不足，箭會“遇石而墜”；如果動能足夠，也只會“箭到處，碎石紛飛”。

3 教學(xué)效果與體會

在教學(xué)過程中通過上述三種方式的實施，使學(xué)生對《材料力學(xué)》這門課產(chǎn)生了濃厚的興趣，對學(xué)好這門課也充滿了信心，并且在討論分析的過程中達(dá)到了學(xué)以致用的目的。與單純地照本宣科相比，這樣的教學(xué)方式深受學(xué)生喜愛，也取得了較好的學(xué)習(xí)效果，主要體現(xiàn)在以下三方面（見圖1，數(shù)據(jù)來源于2009、2010年度《材料力學(xué)》課程的平時成績和試卷成績）:

1）到課率顯著提高，不再需要利用點名的方式督促學(xué)生按時上課。

2）聽課效率高，課堂氣氛活躍，師生間能形成良好的互動。

3）總體考試成績明顯提高，優(yōu)良比例提升，不及格率大大降低。

[1]白楊.淺談《工程力學(xué)》的課堂教學(xué)藝術(shù)[J].河南建材,2008(1):12～13.

[2]李萍.關(guān)于《材料力學(xué)》教學(xué)改革的幾點思考[J].科技信息,2011(33):493.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2004.