結(jié)構(gòu)案例法在材料力學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

劉曉洲

摘要：建筑專業(yè)材料力學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是解決工程實(shí)際問題的前提，可是傳統(tǒng)的教學(xué)模式及方法不能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。針對(duì)這一突出問題，本文借助已有力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，利用各類不同構(gòu)件讓學(xué)生自由組合成不同結(jié)構(gòu)案例來測定其在荷載組合作用下各桿件的力學(xué)性能，這樣不僅能夠讓學(xué)生掌握材料力學(xué)的特性及實(shí)驗(yàn)方法，而且還能更好地培養(yǎng)學(xué)生的技能和創(chuàng)新意識(shí)與能力，以適應(yīng)新時(shí)期大學(xué)生培養(yǎng)的要求和目的。

關(guān)鍵詞：建筑力學(xué)；教學(xué)模式；結(jié)構(gòu)案例；力學(xué)特性

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）06-0198-02

一、前言

目前，大多數(shù)高校在進(jìn)行材料力學(xué)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中所采取的主要方式還是“教師在講臺(tái)講授、學(xué)生在下面聽課”的模式，有條件的高校還會(huì)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作為必要的補(bǔ)充，二者是相輔相成互為補(bǔ)充的。但這種教學(xué)方式和方法缺乏科學(xué)性，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生求知的積極性和創(chuàng)造性。特別是有時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生往往不能人人親自動(dòng)手，甚至有的人只能演示實(shí)驗(yàn)后記下實(shí)驗(yàn)報(bào)告中所要求記錄的數(shù)據(jù)。這樣一來容易使得學(xué)生產(chǎn)生依賴性，對(duì)在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的其他實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)不記錄分析，更不會(huì)總結(jié)和提問。這樣就嚴(yán)重束縛了學(xué)生的自主性，阻礙了學(xué)生大膽探索和勇于創(chuàng)新的能力。

二、建筑力學(xué)結(jié)構(gòu)案例法

所謂案例（case）也被稱作實(shí)例，是來源于生產(chǎn)實(shí)踐的。案例教學(xué)法是將生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際工程實(shí)例為基礎(chǔ)，將之應(yīng)用在課堂教學(xué)中的一種教學(xué)方法。案例本質(zhì)上就是提出一種決策的兩難情境，沒有特定的解決之道。在教學(xué)中，教師扮演著設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論，而不是像傳統(tǒng)教學(xué)模式傳授教學(xué)法那樣，教師扮演著傳授知識(shí)者的角色，這樣才能使教學(xué)變得更加生動(dòng)和有趣[1，2]。而所謂材料力學(xué)結(jié)構(gòu)案例法，其實(shí)質(zhì)就是通過學(xué)生自己動(dòng)手、自由組裝來確定合理的結(jié)構(gòu)模型形式，并且要求該結(jié)構(gòu)模型必須要涵蓋所要實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)，從而使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)過的力學(xué)課程知識(shí)，達(dá)到自己設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，已改以往被動(dòng)接受學(xué)習(xí)的模式為主動(dòng)求學(xué)的模式，這是傳統(tǒng)力學(xué)教學(xué)模式改革的一種嘗試。

培養(yǎng)創(chuàng)造型人才，大學(xué)生的創(chuàng)新能力是當(dāng)下高等教育的首要任務(wù)，而創(chuàng)新型人才的健康成長則需要實(shí)實(shí)在在的創(chuàng)新實(shí)踐。特別是對(duì)于建筑專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)生的創(chuàng)新靈感和智慧不會(huì)從書本和教師那里直接學(xué)到，教師通過對(duì)有工程意義和背景的實(shí)際案例來積累和探索實(shí)踐過程，從點(diǎn)滴收獲中逐漸領(lǐng)悟和感悟出來[3]。通過甄選適合本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)和教育要求的案例，展現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐的魅力，就能讓學(xué)生們?cè)谔剿鲗?shí)踐中體驗(yàn)到研究的快樂，激發(fā)出無限創(chuàng)新的欲望[4]。因此，將材料結(jié)構(gòu)案例教學(xué)法應(yīng)用于建筑專業(yè)的材料力學(xué)教學(xué)環(huán)境中，可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高材料力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，從而最大限度地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和想象空間。通過自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、創(chuàng)新思維、營造崇尚真知、追求真理的氛圍，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)的力學(xué)理論和知識(shí)，提高分析問題和解決問題的能力。加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)提高學(xué)生的材料力學(xué)整體教學(xué)效果具有深遠(yuǎn)意義。材料力學(xué)結(jié)構(gòu)案例教學(xué)法則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的一個(gè)有效途徑。

三、建筑結(jié)構(gòu)案例分析

建筑專業(yè)材料力學(xué)課程是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程是解決工程實(shí)際問題的前提，還涉及到與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相互配合、相互補(bǔ)充。因其主干課程地位，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的任務(wù)就不只是鞏固理論知識(shí)，了解掌握力學(xué)檢測技術(shù)和手段的問題，還應(yīng)在力學(xué)理論的深化、運(yùn)用、工程問題的認(rèn)識(shí)等方面有所要求。而加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提高創(chuàng)新能力，是高校人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是涉及面較大的理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)和改進(jìn)這一環(huán)節(jié)對(duì)鞏固力學(xué)概念、加深理論認(rèn)識(shí)、了解力學(xué)檢測方法與檢測技術(shù)、增強(qiáng)力學(xué)分析意識(shí)、提高力學(xué)分析能力具有重要意義。

1.傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。按照現(xiàn)行材料力學(xué)及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中的要求，其主要包括金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)、彈性模量實(shí)驗(yàn)及電測試驗(yàn)等。傳統(tǒng)的授課方式是在教師講述完實(shí)驗(yàn)原理及方法后，讓學(xué)生以小組為單位按照所講述的實(shí)驗(yàn)步驟重復(fù)模仿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相近，實(shí)驗(yàn)所寫報(bào)告形式統(tǒng)一。這樣講授的好處在于學(xué)生只要按照固定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作就不會(huì)出現(xiàn)問題，結(jié)果不會(huì)有太大偏差；而不好之處在于學(xué)生無需認(rèn)真動(dòng)腦去思考，只要按照教師的要求去做就可以，對(duì)結(jié)果不會(huì)去追究其“怎么得到的”、“為什么會(huì)得到”。學(xué)生完全是一種“填鴨式”的被動(dòng)受學(xué)模式，從而磨滅了學(xué)生的求知欲、探索精神和主觀能動(dòng)性，何談學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造性，因此有必要對(duì)這種教學(xué)方法進(jìn)行改革。

2.材料力學(xué)案例分析。減少驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要方向。同樣是上述的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如果能夠選取一系列合理的建筑結(jié)構(gòu)模型案例形式，使其涵蓋所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣，學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)、思考來組合不同的結(jié)構(gòu)模型，而后通過不同的加載方式、不同的加載點(diǎn)和不同級(jí)別的載荷可以得到無窮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這樣極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的熱情和積極性、創(chuàng)造性和求知欲，改變其被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這種模式的好處還在于即使是同一種結(jié)構(gòu)、同一種加載方法，其所得的結(jié)果也是不一樣的，從而可以避免和杜絕學(xué)生的抄襲現(xiàn)象，使理論和實(shí)踐得到統(tǒng)一。具體表現(xiàn)在：（1）能夠組合搭接出多種結(jié)構(gòu)構(gòu)型，具有真正的設(shè)計(jì)功能；（2）各種構(gòu)型具有實(shí)際的工程意義；（3）組合構(gòu)件盡可能簡單，組合搭接與拆解方便；（4）加載與測量方便，投入成本低。

本研究以秦皇島協(xié)力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)來進(jìn)行研究。上課時(shí)將之稍加變動(dòng)，即可進(jìn)行教學(xué)大綱規(guī)定內(nèi)容的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在保留了原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上增加了由多根桿件搭接的桁架結(jié)構(gòu)，橫向壓桿和組合梁組合的框架結(jié)構(gòu)，桁架可任意組合拆卸。學(xué)生可以利用學(xué)過的理論力學(xué)和材料力學(xué)知識(shí)，根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)實(shí)踐自行設(shè)計(jì)喜歡的結(jié)構(gòu)類型，并根據(jù)不同階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的設(shè)置加載方式，以實(shí)現(xiàn)拉伸、彈性模量、應(yīng)變片的粘貼、彎曲正應(yīng)力的測定等一系列實(shí)驗(yàn)。這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，“從學(xué)未知”到“求未知”的轉(zhuǎn)變。

學(xué)生根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的桁架模型在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行組合，同時(shí)配上靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)對(duì)加載的整個(gè)過程實(shí)時(shí)采集和處理。這種實(shí)驗(yàn)裝置和教學(xué)模式不適用于進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究及教學(xué)工作。

四、結(jié)論

培養(yǎng)創(chuàng)新能力既是培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的高質(zhì)量人才的必然要求，也是一種全新的教育思想和理念，應(yīng)該從那種單純書院式的課堂教學(xué)方式中走出來，更多地和實(shí)踐與工程相結(jié)合，讓學(xué)生在“干”中“學(xué)”、在“學(xué)”中“干”。理論課教師沒有必要講得很系統(tǒng)、很完備，可以留下一些空間讓學(xué)生自己去體驗(yàn)，適當(dāng)?shù)啬贸霾糠謱W(xué)時(shí)給實(shí)驗(yàn)課無損理論課教學(xué)。

案例教學(xué)為學(xué)生提供了一個(gè)近乎真實(shí)的場景，縮短了教學(xué)與實(shí)踐之間的距離。其成功之處在于教學(xué)內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)、接近實(shí)踐，縮小了學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)與社會(huì)職業(yè)素質(zhì)需求的距離，抓住了職業(yè)素質(zhì)中最本質(zhì)的因素。案例教學(xué)著眼于學(xué)生創(chuàng)造能力和分析問題、解決問題能力的發(fā)展。以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的案例教學(xué)在不斷循環(huán)中完成知識(shí)的更新或創(chuàng)新。加強(qiáng)案例教學(xué)的研究，對(duì)于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)將具有重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊文，李玉琳，蔣麗波.案例教學(xué)及其在礦業(yè)工程類課程中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2011，30（11）.

[2]鞏克菊，劉海霞.碩士研究生案例教學(xué)探索[J].齊魯師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，28（1）：23-27.

[3]張慶英，張英，羅述全，等.從創(chuàng)新的角度探討案例教學(xué)[J].物流工程與管理，2010，32（10）：86-88.

[4]馮翠菊，李海玲.大學(xué)物理案例教學(xué)科學(xué)性探析[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，9（4）：119-120.