淺談材料力學(xué)的教學(xué)方法

豆麟龍

【摘 要】材料力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程，教師教好、學(xué)生學(xué)好并用好就顯得尤為重要。本文從四個(gè)方面闡述了教師在實(shí)際授課時(shí)該如何著手講解這門課程，才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。通過(guò)獨(dú)特有趣的授課方式培養(yǎng)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)課程的興趣；認(rèn)真總結(jié)有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于規(guī)律性的知識(shí)點(diǎn)做精煉的概括和總結(jié)；重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ由顚W(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握；將材料力學(xué)的教學(xué)與工程實(shí)際緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生用材料力學(xué)的知識(shí)來(lái)解決所遇到的工程問(wèn)題。本文為講授材料力學(xué)課程的教師提供了一定的教學(xué)建議和思路。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué) 興趣 實(shí)驗(yàn) 工程實(shí)際

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.18.168

材料力學(xué)是一門基礎(chǔ)力學(xué)，也是很多工科類專業(yè)學(xué)生的必修課程。眾所周知，牛頓的三大定律奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，材料力學(xué)屬于經(jīng)典力學(xué)的范疇。但材料力學(xué)的應(yīng)用并非始于經(jīng)典力學(xué)的建立之后，從埃及金字塔的建立，到趙州橋的矗立不倒，再到如今形形色色的高層建筑、機(jī)械設(shè)備、鐵路道橋等，都用到了材料力學(xué)的知識(shí)。材料力學(xué)著眼于解決結(jié)構(gòu)抵抗破壞的能力（強(qiáng)度問(wèn)題）、抵抗變形的能力（剛度問(wèn)題）以及保持原有平衡狀態(tài)的能力（穩(wěn)定性問(wèn)題）。材料力學(xué)的應(yīng)用性很強(qiáng)，它不僅可以幫助工程人員在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定合適的材料，還能確定材料的截面尺寸及形狀，并可以校核結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問(wèn)題，在工程實(shí)踐中發(fā)揮著極其重要的作用[1]。材料力學(xué)的重要性已不言而喻，但教師如何把這門重要的課程教好，是需要進(jìn)行思考并總結(jié)的。

一、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的興趣

作為專業(yè)基礎(chǔ)課的材料力學(xué)，是學(xué)好專業(yè)課的基礎(chǔ)，其課程特點(diǎn)是假設(shè)多、概念多、公式多，內(nèi)容枯燥瑣碎，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理，從而形成教師雖然講得很認(rèn)真，但學(xué)生不愿學(xué)，最終導(dǎo)致教學(xué)效果不理想的惡性循環(huán)。還有的老師授課方式比較單一，采用灌輸式的教學(xué)方式，老師與學(xué)生之間缺乏足夠的互動(dòng)環(huán)節(jié)，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抵觸心理，失去了學(xué)習(xí)該門課程的興趣，教學(xué)效果不理想是可想而知的。興趣是最好的老師，如果能夠提升學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的興趣，那么教學(xué)效果必定事半功倍。以提出疑問(wèn)的方式，讓學(xué)生抱著探究、求知的心態(tài)去學(xué)習(xí)，那么在課堂學(xué)習(xí)中學(xué)生就會(huì)認(rèn)真聽(tīng)講，試圖尋找出問(wèn)題的答案。比如，為什么梁的橫截面是豎放，而不是橫放？一張紙?jiān)谡郫B前后的承重能力為什么有顯著的差異？一些承重構(gòu)件為什么采用空心鋼管而不用實(shí)心鋼管？常見(jiàn)平房建筑的屋檐下的懸臂梁為什么用變截面而不用等截面？設(shè)疑的教學(xué)方式是指在講解每一個(gè)章節(jié)的內(nèi)容時(shí)先通過(guò)生活中常見(jiàn)的實(shí)例提出問(wèn)題，從而引出要講解的章節(jié)內(nèi)容，最終達(dá)到激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣[2]。另外，在課堂上教師也不能只講書本上的內(nèi)容，畢竟一個(gè)人能夠集中注意力的時(shí)間是有限的，可以適時(shí)的講一些能引起學(xué)生興趣的課外知識(shí)，這樣既變相的讓學(xué)生的大腦得到休息，也能讓學(xué)生了解一些有用的課外知識(shí)，從而達(dá)到學(xué)生喜歡上材料力學(xué)課的效果。

二、善于總結(jié)知識(shí)點(diǎn)

材料力學(xué)內(nèi)容繁雜，知識(shí)點(diǎn)也比較多。桿件的軸向拉壓、圓軸的扭轉(zhuǎn)、梁的彎曲、組合變形、壓桿穩(wěn)定等，教師在教學(xué)期間要進(jìn)行總結(jié)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，比如軸向拉壓桿的強(qiáng)度條件、圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件、梁的彎曲強(qiáng)度條件，可以用統(tǒng)一的形式表示三者的強(qiáng)度條件。利用該強(qiáng)度條件公式，可以進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，許可載荷計(jì)算，以及強(qiáng)度校核這三個(gè)方面的內(nèi)容，這些屬于共性的東西，總結(jié)出來(lái)方便學(xué)生記憶。

另外在確定彎曲截面內(nèi)力的時(shí)候，外力引起的截面內(nèi)力為正號(hào)還是負(fù)號(hào)，也可以以進(jìn)行簡(jiǎn)單的概括：

對(duì)于剪力：左上右下的外力產(chǎn)生正的剪力；

對(duì)于彎矩：向上的外力產(chǎn)生正的彎矩，左順右逆的集中力偶產(chǎn)生正的彎矩。

三、重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，在課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)是否正確并能夠得到驗(yàn)證，這就需要學(xué)生們自己動(dòng)手去做相關(guān)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生形成正確的概念認(rèn)識(shí)，加深對(duì)相關(guān)規(guī)律的理解，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)際密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的貫徹與否將會(huì)影響到材料力學(xué)這門課程的教學(xué)質(zhì)量和效果[3]。要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，積極引導(dǎo)學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的自主動(dòng)手能力，也更能加深學(xué)生對(duì)相關(guān)規(guī)律性的理解和認(rèn)識(shí)。學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察分析，能逐漸建立起實(shí)驗(yàn)分析能力，這對(duì)學(xué)生將來(lái)的實(shí)際工作以及學(xué)術(shù)研究等方面的作用都是非常巨大的。比如在講解材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能這一章節(jié)的時(shí)候，教師就可以抽出時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生做低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己觀察試件的整個(gè)斷裂過(guò)程，能夠明確彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段所對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力，并能自己繪制低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1所示。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的整理分析，能夠?qū)σ恍┫嚓P(guān)理論及結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證和鞏固，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力以及處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與書本知識(shí)能夠相符，那么知識(shí)也就得到了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與書本知識(shí)不符，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生做重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，然后就行分析并查找原因，也許能有新知識(shí)的發(fā)現(xiàn)，這能很大程度上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。

四、將材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際緊密結(jié)合

如果僅僅是對(duì)書本上的知識(shí)進(jìn)行灌輸式的傳授給學(xué)生，那么一方面會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得教師水平很一般，僅僅是照本宣科的講解，學(xué)生對(duì)教師可能就沒(méi)有那種因知識(shí)淵博而產(chǎn)生的內(nèi)心崇敬之情，所以學(xué)生會(huì)對(duì)教師的授課有抵觸心理；另一方面，學(xué)生在完成材料力學(xué)的課程學(xué)習(xí)后，縱使掌握了理論知識(shí)卻不知如何在工程實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用，如何用自己的理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題[4]，這才是教育最失敗的地方。知識(shí)的學(xué)習(xí)最終要用到實(shí)際的工作當(dāng)中，要能指導(dǎo)學(xué)生用自己學(xué)到的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，如何能夠設(shè)計(jì)出以最低的造價(jià)實(shí)現(xiàn)最大承載能力的工程結(jié)構(gòu)。教學(xué)當(dāng)中時(shí)常引入一些實(shí)際工程的例子，既能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能引導(dǎo)學(xué)生把理論知識(shí)同實(shí)際工程設(shè)計(jì)相結(jié)合。比如在講解提高梁彎曲強(qiáng)度措施的時(shí)候，可以引入實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)，闡述本來(lái)兩個(gè)鉸支座就能實(shí)現(xiàn)的靜定橋梁結(jié)構(gòu)，為什么要用多個(gè)支座來(lái)約束該結(jié)構(gòu)？通過(guò)后續(xù)對(duì)超靜定梁以及彎曲變形理論的學(xué)習(xí)，學(xué)生們就知道增加約束，可以減小梁的最大彎矩，增大梁的強(qiáng)度；此外，增加約束，還能減小梁的最大撓度，從而達(dá)到增大橋梁剛度的目的。在講解溫度對(duì)材料的力學(xué)性能的影響時(shí)，可以引入911事件時(shí)，美國(guó)世貿(mào)中心的五角大樓為何會(huì)完全坍塌？五角大樓主體為鋼結(jié)構(gòu)，由于撞擊大樓的飛機(jī)上攜帶大量燃油，燃油燃燒所產(chǎn)生的高溫，使大樓的鋼結(jié)構(gòu)軟化，從而大大降低了鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，當(dāng)結(jié)構(gòu)不足以承受自重的時(shí)候，就導(dǎo)致大樓最終坍塌。在講解強(qiáng)度問(wèn)題的時(shí)候，教師可以引入重慶彩虹橋坍塌的事例，為什么一隊(duì)士兵跑步路過(guò)彩虹橋，就造成了橋梁坍塌？其中一個(gè)重要原因就是該橋梁使用的混泥土等級(jí)不符合規(guī)范，造成橋梁強(qiáng)度不足，最終引起了橋梁的斷裂破壞。通過(guò)這些工程實(shí)際例子的引入，能夠引導(dǎo)學(xué)生將來(lái)面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠想到用材料力學(xué)的哪一部分知識(shí)可以解釋并解決所遇到的工程問(wèn)題。

五、結(jié)束語(yǔ)

材料力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程，由于其重要性，教師在講授該門課程的時(shí)候必須予以足夠的重視。本文從四個(gè)方面闡述了教師在實(shí)際授課時(shí)該如何著手講解這門課程，才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。首先要通過(guò)自己獨(dú)特有趣的授課方式培養(yǎng)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)課程的興趣，興趣養(yǎng)成之后，則學(xué)生在學(xué)到知識(shí)的同時(shí)又獲得了樂(lè)趣，這就是所謂的寓教于樂(lè)；其次，教師在授課過(guò)程中，通過(guò)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累，認(rèn)真總結(jié)有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于規(guī)律性的知識(shí)點(diǎn)做精煉的概括和總結(jié)，方便學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解；再次，要重視培養(yǎng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的能力，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)分析相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證課堂上所學(xué)到的理論知識(shí)，甚至發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)，這樣既加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，也培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力；最后，教師在授課時(shí)要將材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際緊密結(jié)合，通過(guò)對(duì)工程實(shí)際例子的引入，引導(dǎo)學(xué)生將來(lái)面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠想到用材料力學(xué)中學(xué)到的知識(shí)來(lái)解釋并解決所遇到的工程問(wèn)題。本文為講授材料力學(xué)課程的教師提供了一定的教學(xué)建議和思路。

參考文獻(xiàn)

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