模型加載實(shí)驗(yàn)在《材料力學(xué)》中的應(yīng)用

孟祥勃丁智沈旭棟

（浙江大學(xué)城市學(xué)院土木工程系，浙江 杭州 310015）

模型加載實(shí)驗(yàn)在《材料力學(xué)》中的應(yīng)用

孟祥勃丁智沈旭棟

（浙江大學(xué)城市學(xué)院土木工程系，浙江 杭州 310015）

借鑒國際上先進(jìn)的CDIO工程教育理念，在《材料力學(xué)》這門土木工程必修課的教學(xué)中，通過讓學(xué)生自由分組手工制作一個(gè)教師指定的力學(xué)模型，并在課堂上進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，可以有效地提高學(xué)生對(duì)《材料力學(xué)》課程知識(shí)點(diǎn)的深入理解和感性認(rèn)識(shí)，有利于對(duì)學(xué)生探索精神、科學(xué)思維、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

模型實(shí)驗(yàn)；土木工程；材料力學(xué)；教學(xué)創(chuàng)新

CDIO是國際上一種先進(jìn)的工程教育理念，改變了理論教學(xué)的傳統(tǒng)模式，構(gòu)建以實(shí)踐為主導(dǎo)的、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的、知識(shí)和能力培養(yǎng)一體化的課程教學(xué)新體系。借鑒這樣一個(gè)CDIO理念，在《材料力學(xué)》這門土木工程必修課的教學(xué)中，通過讓學(xué)生自由分組手工制作教師指定的橋梁模型，并在課堂上進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)直至破壞，通過模型質(zhì)量、最大加載質(zhì)量、撓度等因素綜合評(píng)定該模型的好壞。模型實(shí)驗(yàn)是一種與力學(xué)教學(xué)十分契合的教學(xué)方式，可以有效地提高學(xué)生對(duì)《材料力學(xué)》課程知識(shí)點(diǎn)的深入理解和感性認(rèn)識(shí)。

一、材料力學(xué)課程存在問題

1、教學(xué)模式太過傳統(tǒng)，學(xué)生積極性不高，參與度不夠。

2、整個(gè)教學(xué)更多地偏向理論化教學(xué)，不能給予學(xué)生足夠的感性認(rèn)識(shí)，不能培養(yǎng)學(xué)生一定的實(shí)踐能力。

3、學(xué)生缺乏對(duì)一個(gè)具體事例的分析能力，這也是這門課程的理論教學(xué)不能賦予的。

二、模型實(shí)驗(yàn)在材料力學(xué)中的應(yīng)用

其實(shí)，模型實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用一定程度上與CDIO理念是契合的。教育界對(duì)于CDIO理念的認(rèn)知，即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），是培養(yǎng)高等工程師的一種十分優(yōu)秀的教育理念。而模型實(shí)驗(yàn)正是這一理念的一種具象表現(xiàn)。具體安排如下：

項(xiàng)目總框架：我們?cè)诓牧狭W(xué)的教學(xué)過程中植入模型實(shí)驗(yàn)這樣一個(gè)板塊，學(xué)生按照教師制定的規(guī)則和指定的材料手工制作一個(gè)力學(xué)模型，例如簡支梁。在制作過程中，學(xué)生們必須在對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)有充分的理解和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的實(shí)踐能力來完成。

具體實(shí)施方法：教師通過理論授課的形式，將材料力學(xué)的一些基本知識(shí)在課堂上傳授給學(xué)生們，使學(xué)生們對(duì)本課程的理論知識(shí)具有一定的了解，達(dá)到初步掌握的程度。在這樣的基礎(chǔ)上，我們把模型實(shí)驗(yàn)這個(gè)板塊展開，學(xué)生們自由分組，每組3到4人，按照課題要求手工制作模型。除此之外，學(xué)生們還應(yīng)準(zhǔn)備一些圖片、文字資料，來講述一下制作過程和成品展示，這一部分內(nèi)容將在PPT中呈現(xiàn)。

時(shí)間安排：該項(xiàng)目通常是在一學(xué)期的最后四周展開。從教師給出指定模型和材料后就可以著手準(zhǔn)備了。每周除了4個(gè)課時(shí)的授課外，學(xué)生們必須在課外時(shí)間里完成模型制作等一系列任務(wù)。在最后一周進(jìn)行加載。

改變?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：為了更加體現(xiàn)現(xiàn)代化的要求，我們給PPT展示環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了更多的分?jǐn)?shù)。如果學(xué)生們可以在PPT展示中加入適量的圖片、文字說明和精彩的視頻，將制作過程和制作思路清楚地表達(dá)出來，這會(huì)讓評(píng)審教師酌情加分。

三、成果與展示

成果展示分成兩個(gè)內(nèi)容同時(shí)進(jìn)行。一個(gè)是將模型加載直至破壞來測(cè)出模型的最大承載力。另一個(gè)則是通過PPT展示模型的設(shè)計(jì)方案，模型的制作方法以及學(xué)生們?cè)谥谱?、設(shè)計(jì)中遇到了什么樣的問題，是如何解決的。

下面是一組學(xué)生的整個(gè)制作過程及成果展示。這一次教師指定的是簡支橋梁模型，在中間施加均布荷載。在平時(shí)的教學(xué)授課中，學(xué)生遇到的問題都是清楚的寫在書上的問題，已經(jīng)做了支座、荷載、結(jié)構(gòu)等的簡化，而在模型實(shí)驗(yàn)這個(gè)情境下，學(xué)生必須自己分析實(shí)例，將實(shí)際模型進(jìn)行力學(xué)簡化和分析。雖然這并不難，但卻可以讓學(xué)生感受到一種從實(shí)際到書面的感覺。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可以讓學(xué)生提前理解土木工程那種“從無到有”的感覺，讓他們明白自己不像過去那樣憑靠感覺去制作，而是經(jīng)過縝密計(jì)算后才制作的。成果展示這樣的一個(gè)環(huán)節(jié)主要考驗(yàn)的是學(xué)生的表達(dá)能力，通過觀察學(xué)生對(duì)于模型的設(shè)計(jì)、計(jì)算、處理等方面來衡量學(xué)生是否達(dá)到了所設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，是否真正掌握了知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

圖1手工模型制作

四、結(jié)語

模型實(shí)驗(yàn)在材料力學(xué)的教學(xué)中的應(yīng)用總體來說還是十分有效的一種創(chuàng)新。首先，它在形式上是一種創(chuàng)新，寓教于樂，讓學(xué)生在模型制作中理解重點(diǎn)、難點(diǎn)，更深層理解知識(shí)。其次，它拓展了學(xué)生的能力。模型實(shí)驗(yàn)不僅僅考驗(yàn)學(xué)生對(duì)于本門課程的掌握程度，同時(shí)也對(duì)學(xué)生在組織能力，實(shí)踐能力，自主探索能力以及語言表達(dá)能力等方面有一定的要求。這樣的設(shè)計(jì)也是基于CDIO理念的一種表現(xiàn)，強(qiáng)化了培養(yǎng)高級(jí)工程師的手段。最后，在這樣的設(shè)定下學(xué)生的積極性被大大的調(diào)動(dòng)了，將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，提高課堂的參與度。

[1]程光旭.努力實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)模式改革的新突破[J].中國高等教育，2009，1：24-27.

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1005-5312（2014）17-0248-01