材料力學(xué)案例教學(xué)方式研究

郝俊才等

摘 要：材料力學(xué)是工科院校一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是架起基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁。對(duì)該課程的教學(xué)改變了以往以傳授知識(shí)為主的方式，引入日常和工程案例，吸引學(xué)生興趣，發(fā)揮學(xué)生分析解決工程實(shí)際問題的主動(dòng)性，提高學(xué)生工程應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué) 案例教學(xué) 工科院校

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2015）01-259-02

一、引言

材料力學(xué)課程是一門為工科院校學(xué)生開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它為機(jī)械、土木等主要專業(yè)在課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面提供必要的理論基礎(chǔ)，是理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程{1}。這門課程掌握的好壞，直接影響學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)和工程實(shí)踐能力的提高。在傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)中，往往忽視了實(shí)踐能力的培養(yǎng)或?qū)嵺`部分的比例太小。在筆者所在的黑龍江科技大學(xué)建設(shè)應(yīng)用型本科院校的過程中，適當(dāng)增加課程實(shí)踐應(yīng)用方面的比例，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，可以提高教學(xué)水平，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。為此，提出案例式教學(xué)的方式，即圍繞日常和工程案例組織教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生將工程實(shí)際問題進(jìn)行力學(xué)建模，結(jié)合實(shí)際問題講授基礎(chǔ)理論、基本方法。案例教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的一種有效教學(xué)方法，它具有擬真性和故事性、鮮明的自主性和靈活性等特點(diǎn)。{2}

二、材料力學(xué)案例教學(xué)方法

以日常和工程案例為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是將常規(guī)的教學(xué)方法改進(jìn)，在講授課程時(shí)，以解決實(shí)際問題為目標(biāo)，通過案例導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容，講解基本知識(shí)和理論，然后用它來解決案例提出的問題。同時(shí)布置解決工程案例實(shí)踐問題的力學(xué)建模，并納入課程成績(jī)考核體系的教學(xué)方法{3}。該方法使學(xué)生能夠應(yīng)用材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)原理，對(duì)實(shí)際工程現(xiàn)象和問題進(jìn)行力學(xué)建模和計(jì)算分析，給出合理的理論解釋，以此提高解決工程實(shí)際問題的能力。

為配合案例教學(xué)，應(yīng)編寫與之相適應(yīng)案例教材，這是一項(xiàng)非常繁重的任務(wù)。首先，案例的收集需要長(zhǎng)期的積累，已有的很多案例存在內(nèi)容不夠新穎，針對(duì)性不強(qiáng)，素材不充分等問題，需要改善。其次，案例教學(xué)的過程， 既是素材積累、資料的豐富的過程，也是不斷積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展完善的過程。此外，教師可以引導(dǎo)學(xué)生查閱、收集一些與材料力學(xué)相關(guān)的日常和工程案例，一起研究分析，充實(shí)案例。

三、材料力學(xué)案例教學(xué)的措施

熟練運(yùn)用案例教學(xué)法，需要教師首先查閱大量的資料，掌握與具體的課堂情境有關(guān)的實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行案例收集、整理、分析，或者通過與企業(yè)的信息交流，獲取最貼近工程實(shí)踐的案例。所以進(jìn)行案例教學(xué)的措施可分以幾步：

1.案例收集整理。一是案例收集要有典型性、針對(duì)性。對(duì)不同的專業(yè)采用不同的案例，還要注意知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)面、理論與實(shí)踐的結(jié)合，而且能夠引起學(xué)生的好奇心。比如講解壓桿穩(wěn)定時(shí)，以某建筑樓外墻裝飾時(shí)腳手架發(fā)生失穩(wěn)而導(dǎo)致的經(jīng)典事故為教學(xué)案例，提出穩(wěn)定性的概念，然后講解設(shè)計(jì)的依據(jù)，計(jì)算方法。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到穩(wěn)定性計(jì)算的重要性和計(jì)算的方法。另外案例收集，除了教師自己收集外，可以讓學(xué)生以作業(yè)的形式去完成。二是設(shè)計(jì)好問題。恰如其分的問題設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生積極地參與討論。比如筆者會(huì)設(shè)定如下問題：腳手架為什么會(huì)坍塌？整個(gè)結(jié)構(gòu)都會(huì)破壞嗎？等等。

2.案例討論分析。在課堂上，先提出工程案例，然后采用將學(xué)生分組的形式，每一組選一名組長(zhǎng)，組織討論，記錄討論結(jié)果，充分調(diào)動(dòng)每個(gè)同學(xué)的主觀能動(dòng)性，每個(gè)同學(xué)要提出自己獨(dú)特的觀點(diǎn)。同時(shí)要認(rèn)真聽其他人的想法，然后和自己的作一比較。教師在討論過程中可以作一些適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和引導(dǎo)。

3.案例總結(jié)歸納。教師將每組討論的結(jié)果匯總。在總結(jié)過程中，可采用組長(zhǎng)匯報(bào)、師生問答等形式，盡可能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)點(diǎn)是他們討論和學(xué)習(xí)所得到的，而不是老師硬塞給他們的。在對(duì)各組討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)的時(shí)候，要高度肯定一些好的分析方法及獨(dú)到見解，澄清并糾正討論中的一些模糊和錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。同時(shí)注重保持學(xué)生參與討論的積極性，逐步提高案例討論的質(zhì)量。最后教師作全面總結(jié)，對(duì)事先設(shè)計(jì)的問題和知識(shí)點(diǎn)逐一總結(jié)，使知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來。

4.案例鞏固應(yīng)用。通過前面的分析總結(jié)，學(xué)生已基本掌握了知識(shí)點(diǎn)和分析方法，然后結(jié)合案例讓學(xué)生單獨(dú)完成一道練習(xí)題，來加強(qiáng)和鞏固所學(xué)知識(shí)。此外，布置一個(gè)與案例問題相似的作業(yè)，讓學(xué)生課后去完成，可以幾個(gè)人一組的形式去完成。

四、材料力學(xué)案例教學(xué)注意的問題

1.理論與實(shí)際結(jié)合的問題。并非所有的教學(xué)內(nèi)容都能找到適合的案例。選擇的案例應(yīng)當(dāng)和材料力學(xué)中的理論知識(shí)直接相關(guān)，即案例教學(xué)要圍繞理論知識(shí)進(jìn)行，為了學(xué)習(xí)好理論知識(shí)，借助案例這一形式，理論聯(lián)系實(shí)際，教學(xué)效果才能上一個(gè)層次。沒有對(duì)基本概念、基本原理的掌握和透徹理解，就無法對(duì)案例進(jìn)行討論教學(xué)，難以取得理想成效。在理論知識(shí)普及和更新方面，傳統(tǒng)講授式教學(xué)法具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它能全面、系統(tǒng)地向?qū)W生傳授基礎(chǔ)知識(shí)基本方法。但在講授時(shí)，對(duì)理論部分要力求精煉，加大充分展開討論案例的比例，讓學(xué)生更多地參與討論，提出自己的見解，使學(xué)生在應(yīng)用理論分析方面的技能得到提高。

2.案例的選擇。案例教學(xué)最重要的是選擇合適的案例。對(duì)案例的選擇要精挑細(xì)選，精選出的案例具有典型性、代表性，能夠應(yīng)用材料力學(xué)的基本概念和理論去分析計(jì)算的。一些經(jīng)典的案例要保留，同時(shí)也要引入新的案例，這樣才能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在選擇案例時(shí)，應(yīng)使所選擇的案例既不能過于復(fù)雜， 又不能過于簡(jiǎn)單，既要反映實(shí)際問題，又能包括教學(xué)重點(diǎn)。可以從學(xué)生了解的生活實(shí)際中選擇案例，也可從學(xué)生容易查閱的資料中去選擇案例。建立案例是一個(gè)系統(tǒng)工程， 涉及建立案例的選題、收集、編寫、整理、分類、篩選、編輯等環(huán)節(jié)在內(nèi)。在平時(shí)的教學(xué)中，不斷積累、更新、修改、補(bǔ)充案例教材，是案例教學(xué)十分重要的基礎(chǔ)性工作，是保證案例教學(xué)質(zhì)量的前提。編寫一本適合專業(yè)特點(diǎn)的案例教材對(duì)案例教學(xué)有十分重要的意義。

3.學(xué)生能動(dòng)性的發(fā)揮。案例教學(xué)是一種以案例為主題，通過案例傳授知識(shí)和理論的一種教學(xué)方式，同時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，沒有學(xué)生的積極參與，案例教學(xué)也會(huì)流于由教師灌入式的講授形式。為了取得更好的效果，教師對(duì)學(xué)生提出如下幾點(diǎn)要求：首先，學(xué)生獨(dú)立分析案例，分析案例中所涉及該課程的內(nèi)容，并確定采用什么原理和理論分析。其次，對(duì)教師提出的每一個(gè)問題進(jìn)行獨(dú)立思考和分析，并對(duì)案例中問題出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，提出解決的方案。另外，還可以對(duì)一些非力學(xué)問題進(jìn)行探析，培養(yǎng)學(xué)生分析研究性思維。

通過對(duì)材料力學(xué)課程中實(shí)施案例教學(xué)的過程和需注意的問題進(jìn)行論述，得出在教學(xué)中采用案例教學(xué)討論方式，可以顯著提高教學(xué)效果。同時(shí)，需要指出的是，盡管案例教學(xué)法對(duì)材料力學(xué)課程的教學(xué)十分有效，但是并不能取代替其他的一些教學(xué)方法，因此它也有一定的局限性。在應(yīng)用的過程中還應(yīng)該與傳統(tǒng)教學(xué)及多媒體教學(xué)等方法相結(jié)合。切實(shí)改變傳統(tǒng)的主要以教師講、學(xué)生聽的方式，讓學(xué)生更多地參與到教學(xué)中來。學(xué)生經(jīng)過在案例教學(xué)之前的準(zhǔn)備，教學(xué)過程中的積極討論，課后自己的總結(jié)這些環(huán)節(jié)，使學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力。

[課題來源：1.黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“材料力學(xué)案例教學(xué)的實(shí)踐與研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JG2013010494）；2.黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題“特色應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)體系下力學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)改革探索與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：GBC201212082）；3.黑龍江科技大學(xué)教研項(xiàng)目（JY14-128）]

注釋：

{1}劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011

{2}高金盔.工程力學(xué)案例教學(xué)法的探索與實(shí)踐[J].課程教育研究，2014（2）

{3}李梅.基于工程案例研究的材料力學(xué)教學(xué)探索[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（9）

（作者單位：黑龍江科技大學(xué)理學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150022）

（責(zé)編：若佳）