轉(zhuǎn)型背景下《材料力學(xué)》實踐教學(xué)改革研究

摘 要：材料力學(xué)是土木工程專業(yè)的經(jīng)典科目，學(xué)好材料力學(xué)對于土木工程專業(yè)學(xué)生有著重要的指導(dǎo)意義。而通過實踐教學(xué)改革，將大量的實踐環(huán)節(jié)、實踐方法引入到材料力學(xué)課堂中，能夠有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生熟練掌握專業(yè)技能，將他們培養(yǎng)成具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)型；材料力學(xué)；實踐教學(xué)改革；人才培養(yǎng)

一、緒論

材料力學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)平臺課程，對于土木工程專業(yè)學(xué)生來說，這門課程具有地基和核心作用。學(xué)好材料力學(xué)，有助于學(xué)生夯實自己的知識技能大廈，更有助于他們在新的領(lǐng)域進(jìn)行知識的延伸。這門課程理論概念較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)起來很容易覺得抽象晦澀和枯燥。所以，這門課程的實踐教學(xué)改革勢在必行。而在實踐教學(xué)改革的具體操作中，要把課程密切結(jié)合工程實踐，要應(yīng)用一些創(chuàng)新性的課程改革手法，讓學(xué)生對所學(xué)的概念產(chǎn)生濃厚的興趣，對課程有直觀深刻的認(rèn)識，培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新能力。

二、材料力學(xué)實踐教學(xué)改革的背景、方向與翻轉(zhuǎn)

（一）實踐教學(xué)的改革背景

材料力學(xué)這門課程實踐性極強(qiáng)，具有進(jìn)行實踐教學(xué)改革的天然優(yōu)勢。傳統(tǒng)對于材料力學(xué)的講解，往往只拘囿于課堂上知識的灌輸，學(xué)生極易對枯燥的概念定理產(chǎn)生厭倦的情緒，導(dǎo)致產(chǎn)生課程與社會脫節(jié)、課堂教學(xué)效果平庸化和同質(zhì)化、學(xué)生所學(xué)知識不會應(yīng)用于工程實踐等諸多問題。材料力學(xué)這門課程起源于工程實踐，應(yīng)用于工程實踐，而對于材料力學(xué)進(jìn)行實踐教學(xué)改革，就是讓這門課程走出傳統(tǒng)課堂，走出書山題海，回歸工程實踐本身。讓學(xué)生通過在實踐中學(xué)，產(chǎn)生一個正向的反饋鏈條，建構(gòu)出一個成熟完整的知識體系。

（二）實踐教學(xué)改革的三大方向

改革要有明確的方向，方向不明確，改革就會誤入歧途，陷入困境。材料力學(xué)實踐教學(xué)改革，核心是實踐。它的具體方向可以歸納為以下三點：①追根溯源，重溫對于材料力學(xué)這門課程產(chǎn)生重大影響的經(jīng)典力學(xué)實驗 ，讓學(xué)生不僅知其然，更知其所以然，而不是一味的對于公式死記硬背。②立足當(dāng)代，用材料力學(xué)分析當(dāng)下建筑結(jié)構(gòu)，以層出不窮的建筑安全事故案例對學(xué)生做出警示，讓學(xué)生在以后的工作中養(yǎng)成謹(jǐn)慎細(xì)心的習(xí)慣。而且當(dāng)代大學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力較強(qiáng)，在課堂中，還可以引入優(yōu)秀的與材料力學(xué)相關(guān)的計算機(jī)軟件，讓學(xué)生進(jìn)行掌握。③遠(yuǎn)望前瞻，課堂上可以分析新型材料、綠色材料的力學(xué)特性，工藝技法，讓學(xué)生接觸到這些新型材料，知道它們的各自特征與應(yīng)用前景，擴(kuò)大視野。

這就是材料力學(xué)實踐教學(xué)改革的三大方向，這三大方向打破了時間的壁壘，讓過去、現(xiàn)在、未來都以共時的面貌出現(xiàn)在課堂中；打破了空間的壁壘，讓課程與社會在教學(xué)實踐中緊密融合；也打破了學(xué)科的壁壘，讓計算機(jī)、物理、材料科學(xué)等學(xué)科在這門課上融會貫通。

（三）實踐教學(xué)改革的三大翻轉(zhuǎn)

這次實踐教學(xué)改革也將翻轉(zhuǎn)的理念融匯其中，實現(xiàn)了三大翻轉(zhuǎn)：①由教師主場翻轉(zhuǎn)成學(xué)生主場，教師起到課程的引導(dǎo)作用，讓學(xué)生主動探求知識，進(jìn)行分組專題匯報。②由個人學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)成小組學(xué)習(xí)，以往學(xué)生的學(xué)習(xí)都是個人行為，自己在自習(xí)室中埋頭苦學(xué)。而通過本次教學(xué)實踐改革，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓他們進(jìn)行分工明確的團(tuán)隊協(xié)作，鍛煉了他們的合作意識與團(tuán)隊精神。③教學(xué)空間由教室為主翻轉(zhuǎn)變成社會為主，本次教學(xué)實踐改革，將課堂由教室搬到了實驗室，搬到了工地現(xiàn)場，讓學(xué)生在親自動手實踐與考察中對知識活學(xué)活用，不斷在實踐中修正自己的知識體系，查缺補(bǔ)漏，讓知識體系真正的立足于實踐這個永遠(yuǎn)顛撲不破的牢固地基，經(jīng)受實踐的層層考驗，而不是將知識建構(gòu)在書本上紙上談兵。

三、材料力學(xué)實踐教學(xué)改革的具體內(nèi)容

（一）重溫經(jīng)典力學(xué)實驗

材料力學(xué)這門學(xué)科，不是一蹴而就的，而是人類在認(rèn)識自然的過程中逐漸建立的，是古今中外眾多力學(xué)家集體智慧的結(jié)晶。這門學(xué)科在形成的過程中，伴隨著眾多彪炳力學(xué)史史冊的偉大力學(xué)實驗。在實踐教學(xué)改革中，可以帶領(lǐng)學(xué)生深入力學(xué)史的長河，讓學(xué)生重溫經(jīng)典力學(xué)實驗。通過這些實驗來認(rèn)識那些力學(xué)家，以古人為友，進(jìn)而學(xué)習(xí)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及他們?yōu)榭茖W(xué)獻(xiàn)身的精神，激發(fā)起學(xué)生的求知欲。

這些經(jīng)典力學(xué)實驗很多，實驗環(huán)境也并不難創(chuàng)造，可以在實驗室中進(jìn)行模擬，讓學(xué)生們通過親自實驗來得出結(jié)論。比如，伽利略的懸臂梁彎曲實驗、胡克定律實驗、歐拉公式的壓桿穩(wěn)定等等。通過這些實驗，讓學(xué)生重溫當(dāng)年力學(xué)前輩們的工作場景，讓他們能夠追本溯源，將枯燥的公式變成生動的實驗演示，對概念銘刻于心。

（二）回顧工程事故案例

學(xué)好材料力學(xué)知識對于學(xué)生進(jìn)入社會后的工程實踐能力意義重大。很多建筑物，正是因為設(shè)計中或者施工中，忽視了力學(xué)知識，才造成了重大的事故。比如，加拿大魁北克大橋倒塌事故、美國堪薩斯城飯店倒塌事故、韓國三豐百貨店倒塌事故等等，除了這些大的經(jīng)典事故之外，各種小的由于忽視力學(xué)結(jié)構(gòu)而造成的建筑事故在新聞媒體上更是屢見不鮮。通過這些慘烈的建筑事故回顧，給學(xué)生們產(chǎn)生警示，讓他們意識到學(xué)好材料力學(xué)這門課的重要性。讓他們在以后的工作中，無論是作為設(shè)計者還是施工方，或者是工程監(jiān)理，都能以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度考察建筑的力學(xué)建構(gòu)，讓建筑排除安全隱患。

（三）運用計算機(jī)軟件模擬

材料力學(xué)中要處理很多數(shù)據(jù)，如果用計算機(jī)軟件去模擬的話，就可以將抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成動態(tài)的圖形，讓學(xué)生對于這些概念知識一目了然。有很多國外的商業(yè)軟件可以在課堂上應(yīng)用，比如在講到復(fù)雜的力學(xué)計算時，可以在電腦上安裝ansys軟件系統(tǒng)，ansys軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析系統(tǒng)。還有工程軟件中的翹楚MATLAB，學(xué)生可以通過軟件，對于各種類型的情況進(jìn)行模擬，還原工程實驗，將傳統(tǒng)的讀數(shù)變成直觀可視的讀圖，讓他們在對于所學(xué)知識點牢固掌握的同時，鍛煉了他們的建模能力，計算機(jī)分析能力，成為高素質(zhì)的復(fù)合型人才。

（四）走進(jìn)工程現(xiàn)場

材料力學(xué)最終是要在工程現(xiàn)場得以體現(xiàn)，在實踐教學(xué)改革中，將授課場所由傳統(tǒng)的教室翻轉(zhuǎn)到工地是重要的改革環(huán)節(jié)。通過帶領(lǐng)學(xué)生在工地走訪，讓他們親自看到材料力學(xué)在建筑中的體現(xiàn)，看到各類建筑構(gòu)件的具體應(yīng)用，以及工程中出現(xiàn)的各類問題。能夠讓他們對于知識的應(yīng)用產(chǎn)生濃厚的興趣，鍛煉他們的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。

（五）新型材料涉獵

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種新型材料逐漸被引入了工程實踐，比如泡沫混凝土砌塊磚、用于屋面和墻體的太空板等等。這些新型材料往往具有復(fù)合型的特點，它們和傳統(tǒng)材料相比，有著不同的受力特征，認(rèn)識這些新材料可以開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，讓他們具有專業(yè)前沿意識。

四、材料力學(xué)實踐教學(xué)改革的具體方法

材料力學(xué)實踐教學(xué)改革除了新穎的內(nèi)容之外，還要有新穎的方法。通過新穎的方法，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，激發(fā)起學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，讓他們不是在外力的強(qiáng)制下被動學(xué)習(xí)，而是處于內(nèi)心的熱愛進(jìn)行學(xué)習(xí)。材料力學(xué)的實踐教學(xué)改革方法可以歸納為以下兩種：

（一）分組競賽

在材料力學(xué)課堂上，可以進(jìn)行學(xué)生分組，五到六個學(xué)生為一組，每一組都有項目負(fù)責(zé)人，大家各司其職，互相切磋，在團(tuán)隊協(xié)作中完成項目。項目結(jié)束后，進(jìn)行小組專題匯報，每個小組負(fù)責(zé)人上臺面向全班同學(xué)講述項目過程，然后由老師進(jìn)行點評打分。既鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，又鍛煉了學(xué)生的交流溝通能力，極大的調(diào)動了學(xué)習(xí)積極性。

（二）獎懲分明

傳統(tǒng)材料力學(xué)都是采用期末考試的方式，這種考核周期長，學(xué)生無法對每次學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行查缺補(bǔ)漏。而新的改革是將每堂課都納入到考核中，隨講隨練隨考，讓學(xué)生每節(jié)課都有明確的測評，通過及時練習(xí)考查自己的知識掌握水平。

五、結(jié)束語

隨著中國制造走入產(chǎn)業(yè)升級的歷史關(guān)頭，在我校轉(zhuǎn)型背景下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的實踐性人才成為高校教改的當(dāng)務(wù)之急。事實證明，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式很多都存在著僵化以及與實踐相脫節(jié)的問題，不能與時俱進(jìn)，束縛了學(xué)生的學(xué)習(xí)天性與能力，不利于生產(chǎn)力的升級發(fā)展。對于土木工程專業(yè)來說，材料力學(xué)這門核心課程只有進(jìn)行與之相適應(yīng)的教學(xué)改革，不斷推陳出新，由課程走向社會，由書本走向?qū)嵺`，才能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力的高科技復(fù)合型人才。

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作者簡介：楊凱（1984—），男，河南睢縣人，碩士，講師，主要研究方向：混凝土材料與結(jié)構(gòu)。