上好一堂課：《材料力學(xué)》教學(xué)案例淺析

常冬梅　劉雪峰

【摘 要】本文以《材料力學(xué)》課程為例分析上好一堂課的幾個(gè)方法，根據(jù)上課實(shí)例介紹啟發(fā)式教學(xué)方法、問題式教學(xué)方法、順藤摸瓜式教學(xué)方法、歸納總結(jié)式教學(xué)方法的具體應(yīng)用，在《材料力學(xué)》課程教學(xué)及其他理工科課程教學(xué)方面均有應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)案例

如何上好一堂課？是教師終身思考的問題。材料力學(xué)作為機(jī)械、土木、材料、汽車等學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的“橋梁”，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)與工作提供重要理論基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中如何幫助學(xué)生掌握材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識，深入理解該課程的知識體系，靈活運(yùn)用材料力學(xué)知識解決實(shí)際工程問題是我們的教學(xué)目標(biāo)和宗旨。

材料力學(xué)課程介紹幾種變形：拉伸和壓縮、剪切和擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲以及他們的組合變形[1]，其課程體系有一條主線：內(nèi)力-應(yīng)力/變形-強(qiáng)度/剛度校核，在教學(xué)中我們圍繞該主線組織開展教學(xué)活動(dòng)。目前本科生上課積極性不高，如何上好一堂課，抓住學(xué)生的眼球，使學(xué)生主動(dòng)走進(jìn)課堂，帶著興趣來上課，是我們上好一堂課需要考慮的問題。本文以材料力學(xué)課程教學(xué)為例淺談上好一堂課的幾個(gè)方法。

1 啟發(fā)式教學(xué)方法

啟發(fā)式教學(xué)是教學(xué)過程中的常用方法。在講授課程時(shí)要注重開好篇，引導(dǎo)學(xué)生對課程感興趣。通常材料力學(xué)引言課從介紹基本概念和假設(shè)開始， 而我們先通過多媒體課件演示一些工程案例與學(xué)生進(jìn)行討論，例如比薩斜塔為什么屹立不倒；建于遼代（1056年）的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔900多年來歷經(jīng)數(shù)次地震不倒，現(xiàn)存唯一木塔；加拿大圣勞倫斯河魁北克大橋，在架設(shè)中跨時(shí)，由于懸臂桁架中受壓力最大的下弦桿喪失穩(wěn)定，致使橋梁倒塌，9000噸鋼鐵成廢鐵，橋上86人中傷亡達(dá)75人；建于隋代（605年）的河北趙州橋橋長64.4米，跨徑37.02米，用石2800噸，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋。列舉這些工程案例，讓學(xué)生展開討論這些現(xiàn)象存在的原因，引入材料力學(xué)理論來研究并解決這些疑問，從而引入材料力學(xué)這門課。理論是概括工程實(shí)際問題，給出一套解決方法，從而處理一些工程現(xiàn)象。想要學(xué)習(xí)一門理論，我們首先給自然界中的物體一些概念定義，所以我們從介紹材料力學(xué)基本概念開始講述這門課程。由于實(shí)際問題過于復(fù)雜，因此理論框架都是將實(shí)際問題簡化，因此我們要給定一些假設(shè)，從而講解材料力學(xué)理論中的幾點(diǎn)假設(shè)： 連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)和小變形假設(shè)。通過啟發(fā)式教學(xué)，帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生注意，從而達(dá)到教學(xué)效果，完成教學(xué)目的。如果教師一味地介紹知識，教學(xué)過程枯燥無味，教師白費(fèi)功夫，學(xué)生也浪費(fèi)時(shí)間，因此在教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)能達(dá)到事半功倍的效果。

2 問題式教學(xué)方法

教學(xué)改革的指導(dǎo)思想是教學(xué)思想的變革，由以教師為中心的填鴨式教學(xué)方式，改變成以學(xué)生為中心的啟發(fā)式教學(xué)，討論式教學(xué)等教學(xué)思路。這里我們根據(jù)實(shí)際課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)列舉具體實(shí)例淺析問題式教學(xué)方法。給學(xué)生布置自學(xué)課程時(shí)，教師可以先提出幾個(gè)問題，讓學(xué)生帶著問題讀書自學(xué)找到答案。通過一問一答的過程學(xué)生基本掌握了該節(jié)課的主要內(nèi)容。例如在講解材料力學(xué)基本概念時(shí)，教師提問：材料力學(xué)的基本概念有哪些？分別用一句話概括每個(gè)概念；在講解截面法求內(nèi)力時(shí)，設(shè)置問題：截面法分幾步，每一步分別是什么？講解彎曲強(qiáng)度措施這節(jié)時(shí)，設(shè)置問題：提高彎曲強(qiáng)度措施有幾種方法，每種方法分別是什么？設(shè)置自學(xué)課程時(shí)我們可以充分利用問題式教學(xué)方法，同樣，講完一節(jié)課時(shí)我們也可以設(shè)置思考題，學(xué)生通過回答思考題，對本節(jié)的關(guān)鍵問題理解更透徹，例如：講完“積分法求彎曲變形”這節(jié)，設(shè)置思考題：積分法求變形有什么優(yōu)缺點(diǎn)？對應(yīng)可以提出“疊加法求彎曲變形的優(yōu)缺點(diǎn)”。

3 順藤摸瓜式教學(xué)方法

力學(xué)課程邏輯性強(qiáng)，我們通?？梢圆捎庙樚倜系慕虒W(xué)方法。下面通過具體實(shí)例淺析順藤摸瓜方法的應(yīng)用。例如在講解拉伸、壓縮的超靜定問題時(shí)，為了使兩桿桁架更結(jié)實(shí)穩(wěn)定，我們在中間加一根桿，通過列方程求桿上的內(nèi)力，列平衡方程，出現(xiàn)兩個(gè)方程三個(gè)未知力，只憑靜力平衡方程不能求得全部軸力，還必須找到一個(gè)補(bǔ)充方程，我們發(fā)現(xiàn)幾根桿的變形之間存在關(guān)聯(lián)，因此找到變形協(xié)調(diào)方程，三個(gè)方程三個(gè)未知量可以順利求解；再列舉一個(gè)彎曲強(qiáng)度校核的例子：如圖1所示，一⊥形截面的外伸梁，已知：l=600mm，a=110mm，b=30mm，c=80mm，F(xiàn)1=24kN，F(xiàn)2=9kN，Iz=0.573×10-5m4，y1=0.072m，y2=0.038m，材料的許用拉應(yīng)力[σt]=30MPa，許用壓應(yīng)力[σc]=90MPa，試校核梁的強(qiáng)度。

根據(jù)彎曲強(qiáng)度公式：最大正應(yīng)力小于或等于許用正應(yīng)力梁是安全的，最大正應(yīng)力等于最大彎矩除以彎曲截面系數(shù)。因此，我們首先要畫出彎矩圖，找到彎矩最大值；求出彎曲截面系數(shù)。想要畫彎矩圖先求點(diǎn)A和B處的約束反力；若要求彎曲截面系數(shù)，先求出截面對形心軸z的慣性矩Iz以及最大拉/壓應(yīng)力距離形心軸的距離。因此這道題我們的解題步驟是：1.求約束反力。2.畫彎矩圖。3.求彎曲截面系數(shù)。4.求最大拉/壓應(yīng)力。5.強(qiáng)度校核。通過順藤摸瓜式教學(xué)方法，學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)該問題的邏輯，能更輕松地求解問題，同時(shí)鍛煉了學(xué)生的理性邏輯思維能力。

4 歸納總結(jié)式教學(xué)方法

學(xué)生應(yīng)養(yǎng)成歸納總結(jié)的習(xí)慣，例如學(xué)完一章，讓學(xué)生總結(jié)這章的知識點(diǎn)有哪些，先從大的知識點(diǎn)總結(jié)出脈絡(luò)，再將每個(gè)知識點(diǎn)拓展總結(jié)。例如學(xué)完“彎曲內(nèi)力”這章，學(xué)生總結(jié)該章重點(diǎn)知識：1）求解各種形式靜定梁的支座反力。2）剪力和彎矩的概念，理解剪力和彎矩的正負(fù)號規(guī)定。3）計(jì)算任意截面上的剪力和彎矩的數(shù)值。4）建立剪力方程、彎矩方程，正確繪制剪力圖和彎矩圖。總結(jié)知識脈絡(luò)，學(xué)生再根據(jù)每條拓展總結(jié)；每個(gè)學(xué)期期末，學(xué)生自己寫一份總結(jié)報(bào)告，列舉出各章知識點(diǎn)；材料力學(xué)的幾種變形（拉伸和壓縮、剪切和擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲）研究內(nèi)容具有重復(fù)性，都是按照內(nèi)力-應(yīng)力/變形-強(qiáng)度/剛度校核的順序介紹；并且應(yīng)力和變形公式推導(dǎo)也具有相似處，例如應(yīng)力公式推導(dǎo)都是從基本假設(shè)到靜力學(xué)關(guān)系、幾何關(guān)系和物理關(guān)系得到，引導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)出以上規(guī)律。

教育的目的是教書育人，育人是教育的宗旨，因此教師在教學(xué)中的目標(biāo)是全方位培養(yǎng)學(xué)生的能力，本文總結(jié)的幾種教學(xué)方法最終目標(biāo)都是以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)積極思考、培養(yǎng)邏輯思維能力，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，把被動(dòng)的學(xué)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)的探索，主動(dòng)地解決未知問題，興趣是最好的老師，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心，帶著興趣探索自然界的未知領(lǐng)域，達(dá)到教育的最高境界。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉鴻文.材料力學(xué)[M].杭州：高等教育出版社，2010.12-196.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]