普通本科院校土木工程專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)探索

摘要：材料力學(xué)是理工科三大基礎(chǔ)力學(xué)課程中非常重要的一門課程，該課程教學(xué)質(zhì)量將直接影響學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。文章從普通高校的實(shí)際教學(xué)情況出發(fā)，對(duì)普通本科院校材料力學(xué)課程教學(xué)模式的創(chuàng)新進(jìn)行了研究和探索。主要內(nèi)容包括培養(yǎng)學(xué)生興趣，提高學(xué)生主觀能動(dòng)性；優(yōu)化課程，改革教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法；改革綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，改進(jìn)傳統(tǒng)的課程考核辦法等。旨在通過創(chuàng)新教學(xué)模式，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；土木工程；本科教育；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G6420；TU375文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2015）01005103眾所周知，材料力學(xué)與理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)并稱為土木工程專業(yè)的三大基礎(chǔ)力學(xué)。特別是材料力學(xué)作為機(jī)械、土木、采礦、航空航天、石油工程、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科，是理工科非常重要的一門專業(yè)課程。該課程是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的橋梁和紐帶，起著承上啟下的作用，是一切力學(xué)課程的根本[1]。

普通本科院校材料力學(xué)課程教學(xué)有其自身的特點(diǎn)和規(guī)律，如受學(xué)習(xí)能力和動(dòng)力的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)遇見種種困難，在平時(shí)的學(xué)習(xí)和期末考試中也會(huì)出現(xiàn)較多問題。本文以聊城大學(xué)為例，對(duì)普通本科院校土木工程專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行探索，旨在創(chuàng)新教育模式，提高教學(xué)效果。

一、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性

俗語說得好，“天下無難事，只怕有心人”。二本院校學(xué)生的高考成績相對(duì)較低，特別是很多學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。材料力學(xué)課程開設(shè)于大二上學(xué)期，正是學(xué)生完全擺脫高中緊張的學(xué)習(xí)生活，并已度過對(duì)大學(xué)好奇的大一，進(jìn)入一種松懈、迷茫的生活節(jié)奏的時(shí)候[2]。

相比材料力學(xué)課程的枯燥而言，理論力學(xué)可以說是土木工程專業(yè)力學(xué)系統(tǒng)相對(duì)簡單的課程，是入門課程，而且它和大學(xué)以前學(xué)過的物理、數(shù)學(xué)結(jié)合得較緊密，學(xué)生學(xué)習(xí)起來會(huì)感到輕松一些。而材料力學(xué)則將學(xué)生帶入一個(gè)全新的世界，這個(gè)世界如果能讓學(xué)生感到精彩，他們就會(huì)學(xué)得不亦樂乎；若這個(gè)世界讓學(xué)生覺得乏味，他們就會(huì)自暴自棄。因此如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們主動(dòng)去學(xué)習(xí)就顯得非常重要。一般土木工程專業(yè)的學(xué)生在大一已學(xué)過土木工程概論，但在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生仍對(duì)土木工程專業(yè)的內(nèi)涵比較模糊，對(duì)材料力學(xué)在土木工程力學(xué)“家族”中的地位也不甚明了。因此，在教學(xué)過程中對(duì)緒論這部分內(nèi)容必須給予重視。然而一些教師不注重緒論的講解，僅作一些簡單的介紹，甚至一筆帶過直入正題；學(xué)生則更是不重視。筆者認(rèn)為這種態(tài)度是不正確的，將嚴(yán)重影響該課程的后續(xù)學(xué)習(xí)。

高等建筑教育2015年第24卷第1期

倪振強(qiáng)普通本科院校土木工程專業(yè)材料力學(xué)課程教學(xué)探索

筆者在緒論部分的教學(xué)中，除了介紹課程的基本信息、目的要求、主要內(nèi)容外，還特別向?qū)W生介紹了課程知識(shí)的應(yīng)用前景和學(xué)習(xí)方法。應(yīng)用前景包括該課程與后續(xù)結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等課程的關(guān)系，該課程知識(shí)在建筑結(jié)構(gòu)、混凝土設(shè)計(jì)等專業(yè)課程，以及土木工程二級(jí)學(xué)科中的應(yīng)用情況等。學(xué)習(xí)方法包括如弄清基本概念——思考、觀察、讀書、實(shí)驗(yàn)，注重知識(shí)獲取過程——公式推導(dǎo)，認(rèn)真完成作業(yè)——理解、體會(huì)、舉一反三等。最后向?qū)W生推薦一些經(jīng)典書籍和學(xué)習(xí)網(wǎng)站，供其課外閱讀所用。

二、優(yōu)化課程，推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革

當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展，要求高層次工程技術(shù)人員必須具備堅(jiān)實(shí)的力學(xué)理論基礎(chǔ)[3]。材料力學(xué)是力學(xué)理論體系的重要環(huán)節(jié)，在幫助學(xué)生明確工程概念、解決實(shí)際問題方面，發(fā)揮著夯實(shí)基礎(chǔ)和啟蒙引導(dǎo)的作用。隨著高等教育的改革和發(fā)展，教育體制和課程設(shè)置以及學(xué)時(shí)分配都發(fā)生了重大變化[4]，教學(xué)中往往出現(xiàn)教學(xué)課時(shí)不斷被壓縮、教學(xué)方法單調(diào)陳舊、實(shí)驗(yàn)課程不受重視、實(shí)踐教學(xué)機(jī)會(huì)較少等問題。要解決這些問題，教學(xué)改革顯得刻不容緩。

（一） 整合教學(xué)內(nèi)容，力求主次分明

材料力學(xué)課程內(nèi)容涉及范圍較廣，有固體力學(xué)、材料學(xué)、電磁學(xué)等諸多學(xué)科，因此，教學(xué)內(nèi)容必須主次分明，要抓住課程主線和重點(diǎn)，同時(shí)也要緊密聯(lián)系土木工程專業(yè)，做到有的放矢，使學(xué)生在有限的時(shí)間里學(xué)到最需要的知識(shí)。

傳統(tǒng)材料力學(xué)教材的內(nèi)容體系一般為“拉壓→扭轉(zhuǎn)→彎曲→組合變形”，其規(guī)律是由簡到繁、由易到難，這種教學(xué)次序較為經(jīng)典，但也存在教學(xué)起點(diǎn)低、內(nèi)容重復(fù)多、課時(shí)量大等缺點(diǎn)[5]。因此在教學(xué)過程中，首先應(yīng)立足于土木的房建結(jié)構(gòu)，對(duì)其各個(gè)部位進(jìn)行受力分析，引導(dǎo)學(xué)生將這些構(gòu)件簡化為力學(xué)模型，然后再思考這些模型的共性，對(duì)其應(yīng)力、應(yīng)變情況進(jìn)行集中分析比較。比如框架結(jié)構(gòu)的柱，除了受壓以外，還受什么作用？設(shè)計(jì)柱的時(shí)候，長細(xì)比對(duì)其有什么影響？柱的截面形狀到底選哪一種才好？又比如陽臺(tái)和雨棚，除了彎曲之外，還受什么作用？如何去改善它們的受力狀態(tài)？在教學(xué)過程中遵循歸納—演繹的模式，始終抓住“外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形”的主線，以“內(nèi)力圖—應(yīng)力狀態(tài)—強(qiáng)度理論”為具體內(nèi)容，強(qiáng)化知識(shí)的貫通與滲透，引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上理解各種基本變形的內(nèi)在聯(lián)系。在具體的教學(xué)內(nèi)容上，重點(diǎn)學(xué)習(xí)拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲和組合變形，而對(duì)超靜定、壓桿穩(wěn)定等問題可作適當(dāng)?shù)暮喕＿€可結(jié)合教師的科研成果，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)拓展和延伸。

（二）教學(xué)方法與手段多樣化，力求教學(xué)模式的創(chuàng)新

1. 教學(xué)方法的創(chuàng)新

傳統(tǒng)的講授法教學(xué)存在較多缺陷，比如單一的注入式難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)等，因此，課程教學(xué)方法應(yīng)整體轉(zhuǎn)型，根據(jù)課程內(nèi)容由單一方法轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N教學(xué)方法的靈活組合。如由教師提出話題，與學(xué)生進(jìn)行課題討論。這種討論并不只限于“答案”的討論，而是從“問題”提出“新問題”的討論，引導(dǎo)學(xué)生由權(quán)威灌輸過渡到質(zhì)疑理解，經(jīng)歷求解過程，給予學(xué)生更多獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)。筆者在課堂教學(xué)過程中，常常采用問題法、討論法、練習(xí)法等教學(xué)方法，注重引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生的思維。特別是在引入一些重要概念的時(shí)候，先闡述概念的產(chǎn)生背景，提供一個(gè)恰當(dāng)?shù)陌咐?，由學(xué)生提出問題，并思考解決方法；在此過程中教師參與學(xué)生話題的討論；最后對(duì)概念進(jìn)行實(shí)踐運(yùn)用，挑選典型練習(xí)，從模仿性練習(xí)到創(chuàng)造性練習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)生抓住本質(zhì)溯本求源，“打破沙鍋問到底”，而不是依葫蘆畫瓢。

重視學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)，可安排學(xué)生以宿舍為單位形成學(xué)習(xí)小組，自行閱讀相關(guān)參考書。對(duì)一些課后題和教材的某些章節(jié)，可由各小組代表分別為全班學(xué)生講解，教師僅進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，比較各種解題方法和講解模式，引導(dǎo)學(xué)生找出最優(yōu)方式。此外，鼓勵(lì)學(xué)生課外多閱讀相關(guān)書籍資料，推薦學(xué)生觀看愛課程網(wǎng)中南京航空航天大學(xué)鄧宗白教師主講的材料力學(xué)漫談；閱讀劉鴻文的《材料力學(xué)》，徐芝綸的《彈性力學(xué)》；利用校內(nèi)網(wǎng)下載《力學(xué)與實(shí)踐》雜志的有關(guān)材料力學(xué)論文等。

另外，學(xué)院還為學(xué)生專門安排每周一次2學(xué)時(shí)的答疑課，一般是教師和學(xué)生一對(duì)一式。利用這些機(jī)會(huì)，教師可以充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、內(nèi)心想法等，增進(jìn)師生間的了解，為課堂教學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。

2. 教學(xué)手段的創(chuàng)新

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是多媒體的出現(xiàn)，教學(xué)手段更加現(xiàn)代化。課件制作質(zhì)量直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？稍谡n件中穿插大量的圖片和視頻，增加有關(guān)材料力學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家的生平、事跡與工程案例。比如在講解壓桿穩(wěn)定這部分內(nèi)容時(shí)，以塔吊為例，可向?qū)W生提問：塔吊為什么要采用附著這一措施？附著應(yīng)該設(shè)在什么位置？又如播放冷兵器時(shí)代的影視視頻時(shí)，可提問：如果青銅兵器和鋼鐵兵器碰在一起結(jié)果會(huì)如何？如何提高兵器的戰(zhàn)斗能力？在解答這些問題的過程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系理論公式去思考。由于這些技術(shù)和內(nèi)容與課程要求聯(lián)系緊密，使得該課件不僅不是教材的翻版，而更像是一本講故事的書，增加了課堂教學(xué)的趣味性。

除多媒體之外，課堂教學(xué)還應(yīng)充分利用各種簡單的小道具。比如用幾個(gè)砝碼和三合板片就能演示梁的彎曲、截面的幾何性質(zhì)、壓桿穩(wěn)定等。此外，為了貼近生活，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，還可設(shè)計(jì)許多通俗易懂的小實(shí)驗(yàn)，粉筆、書本、教室的各種建筑材料等都可以拿來作為材料力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)例進(jìn)行講解[6]。

（三）重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，力求學(xué)以致用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為材料力學(xué)課程的一個(gè)重要組成部分，對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力具有重要意義。但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量和實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，材料力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)只開展了純彎曲梁正應(yīng)力、電測法測定材料彈性模量E和泊松比μ實(shí)驗(yàn)、懸臂梁靜應(yīng)變?nèi)齻€(gè)實(shí)驗(yàn)。而且由于是分組實(shí)驗(yàn)，個(gè)別學(xué)生往往濫竽充數(shù)，抄襲別人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)付了事。為了解決這一問題，一方面開放實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生留有充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)也充分發(fā)揮設(shè)備資源的作用；另一方面在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中添加實(shí)驗(yàn)小結(jié)一項(xiàng)，要求每個(gè)學(xué)生寫出不少于200字的總結(jié)，內(nèi)容可以是對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)、誤差的分析或其他相關(guān)感想等，嚴(yán)禁出現(xiàn)雷同，促使每個(gè)學(xué)生都真正參與實(shí)驗(yàn)，并有所收獲。如有學(xué)生在實(shí)驗(yàn)總結(jié)中這樣寫到：“實(shí)驗(yàn)雖看似簡單，但眼高手低，在將理論轉(zhuǎn)化為操作的過程中，有很多細(xì)節(jié)需要考慮，以此類推，使我認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)與實(shí)踐工程之間的差異?！?/p>

此外，還要求每位學(xué)生在期末完成一篇材料力學(xué)課程小論文。內(nèi)容可以涉及教材任何一部分的知識(shí)，但須與土木工程專業(yè)相關(guān)的實(shí)際工程相聯(lián)系。這就促使學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，按照調(diào)研→分析→理論→應(yīng)用的思路，將實(shí)踐與理論有機(jī)聯(lián)系起來，做到學(xué)以致用。

三、綜合評(píng)價(jià)，改進(jìn)傳統(tǒng)的考核機(jī)制

考核評(píng)估是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段之一，傳統(tǒng)的僅憑期末考試或期末考試加實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)價(jià)機(jī)制不盡合理。因此，改進(jìn)傳統(tǒng)的課程考核機(jī)制是非常必要的。

鑒于實(shí)驗(yàn)的重要性，目前聊城大學(xué)建工學(xué)院已將材料力學(xué)和土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)獨(dú)立為一門課程，共計(jì)1個(gè)學(xué)分。不計(jì)實(shí)驗(yàn)成績，材料力學(xué)課程最后考核成績中平時(shí)表現(xiàn)占總成績的10%，期中考試占20%，期末小論文占10%，期末考試占60%。這樣既考查了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的情況，也考查了學(xué)生最終掌握知識(shí)的程度，比較合理。

四、結(jié)語

目前普通本科院校的材料力學(xué)課程教學(xué)仍存在較多的問題，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平和實(shí)訓(xùn)條件也有待提高。在這種情況下，推進(jìn)教學(xué)改革并不容易。材料力學(xué)課程作為一門土木工程專業(yè)重要的專業(yè)課，其教學(xué)改革值得關(guān)注。教學(xué)中應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)方法和模式，堅(jiān)持“以學(xué)生為本”，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，努力提高教學(xué)質(zhì)量，為社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)優(yōu)秀的專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉鴻文. 材料力學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2011.

[2] 王文靜. 二本院校大學(xué)生學(xué)風(fēng)現(xiàn)狀分析[J]. 中小企業(yè)管理與科技，2013（12）：187-188.

[3] 司鵠. 材料力學(xué)課程教學(xué)體系改革研究與實(shí)踐[J]. 高等建筑教育，2005，14（1）：62-63.

[4] 李玉蘭，張永祥，樊小龍. 材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 高等建筑教育，2010，19（5）：78-80.

[5] 韋成龍，李學(xué)罡，徐飛鴻. 材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革的研究與實(shí)踐[J]. 力學(xué)與實(shí)踐，2002（24）：53-54.

[6] 侯作富，梅超. 教室中的材料力學(xué)實(shí)例[J]. 力學(xué)與實(shí)踐，2013（35）：90-92.