基于創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的材料力學(xué)教學(xué)改革

馬昌紅

摘 要：為了適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)改革，對(duì)材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、課程考核方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了優(yōu)化，并且把有限元計(jì)算軟件引入到材料力學(xué)的教學(xué)中，在加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)踐與創(chuàng)新

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.206

隨著我國(guó)大眾化高等教育的發(fā)展，應(yīng)用型本科教育越來(lái)越受到重視。我校把“建設(shè)成以工科為主、交通特色更加鮮明的高水平應(yīng)用型本科高?！睘槟繕?biāo)，致力于培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、一定工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。材料力學(xué)是高等院校工科類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它與工程實(shí)際緊密結(jié)合，且應(yīng)用廣泛，在培養(yǎng)學(xué)生確立工程概念，解決實(shí)際問(wèn)題方面，發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

1 構(gòu)建新的材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系

材料力學(xué)的主要任務(wù)是研究構(gòu)件在載荷作用下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等問(wèn)題。傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)以軸向拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲為章節(jié)，對(duì)每一種變形進(jìn)行了單獨(dú)講解。按照這種內(nèi)容體系，以桿件變形形式來(lái)分類，教學(xué)過(guò)程中采用了相同的推導(dǎo)過(guò)程，同樣的問(wèn)題每一種變形都要重復(fù)講，浪費(fèi)較多的學(xué)時(shí)，而且公式太多學(xué)生記不住，教學(xué)過(guò)程沒(méi)有創(chuàng)新，學(xué)生也感覺(jué)枯燥乏味。所以，材料力學(xué)教學(xué)改革，首先構(gòu)建了新的教學(xué)內(nèi)容體系，采用類比、模塊式教學(xué)，把三種變形集中起來(lái)講解，都是先用截面法求出內(nèi)力，然后根據(jù)內(nèi)力及平面假設(shè)從幾何關(guān)系、物理關(guān)系和靜力學(xué)關(guān)系推導(dǎo)出相應(yīng)的應(yīng)力，從而進(jìn)行強(qiáng)度方面的計(jì)算。這樣優(yōu)化之后，既節(jié)約了課時(shí)，又突出了共性，強(qiáng)化了概念，加深了學(xué)生的理解，達(dá)到事半功倍的效果。

2 教學(xué)方法和課程考核方式的優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力

2.1 教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革與創(chuàng)新

為了改變學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的被動(dòng)地位，我們采取了訓(xùn)練式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)式教學(xué)等多種教學(xué)方式，采用啟發(fā)式、探討式、研究式等多種教學(xué)方法。

在“訓(xùn)練式課堂”中，教師要想教好，首先要準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)，其次要合理設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，必須符合學(xué)生思維特點(diǎn)和認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，要突出重點(diǎn)。學(xué)生要想學(xué)好，首先必須掌握基本理論、教學(xué)重點(diǎn)，其次要有針對(duì)性地進(jìn)行練習(xí)。這樣的訓(xùn)練，一是突出了理論應(yīng)用于實(shí)踐，讓學(xué)生了解材料力學(xué)在工程上的應(yīng)用；二是提高了學(xué)生的課堂參與度；三是教師能發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問(wèn)題，對(duì)教學(xué)進(jìn)度可做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

“翻轉(zhuǎn)式課堂”是指把傳統(tǒng)的“教師在課堂上講授知識(shí)，學(xué)生課后做作業(yè)”的教學(xué)過(guò)程完全翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。這種教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，學(xué)生可以根據(jù)自身情況，自主規(guī)劃學(xué)習(xí)節(jié)奏和風(fēng)格；其次，通過(guò)自學(xué)后作業(yè)的完成情況，不但能讓學(xué)生及時(shí)對(duì)自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢測(cè)，還可以幫助教師更全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況；最后，通過(guò)在線輔導(dǎo)交流，教師能給予學(xué)生更直接有效的一對(duì)一輔導(dǎo)，也促進(jìn)了學(xué)生間相互探討。

材料力學(xué)基本概念多、公式多，理論知識(shí)抽象，邏輯性強(qiáng)，又緊密結(jié)合工程實(shí)際，因此在教學(xué)手段上，我們采用板書和多媒體相結(jié)合的授課方式。為了突顯材料力學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性和邏輯性，在推導(dǎo)公式時(shí)采用板書。而在講解工程案例和抽象的概念時(shí)，采用多媒體教學(xué)，圖像生動(dòng)、具體，學(xué)生見到的就是實(shí)實(shí)在在的工程實(shí)際問(wèn)題，縮短了認(rèn)知過(guò)程。例如在講解拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形時(shí)采用動(dòng)畫形式，效果更直觀，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、QQ群都為教師和學(xué)生提供了良好的交流學(xué)習(xí)的平臺(tái)。

2.2 基于過(guò)程導(dǎo)向的累加式考核評(píng)價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)的課程考核評(píng)價(jià)體系不注重學(xué)習(xí)過(guò)程，只看期末考試成績(jī)，這樣就導(dǎo)致了學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)，期末搞突擊，考試時(shí)死記硬背，甚至抄襲作弊。這樣的考核評(píng)價(jià)體系也忽視了學(xué)生對(duì)教師教學(xué)過(guò)程的隨時(shí)反饋功能，致使教師對(duì)教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)傳統(tǒng)的課程考核方式存在的問(wèn)題，我們提出了基于過(guò)程導(dǎo)向的累加式考核評(píng)價(jià)機(jī)制。主要有以下特點(diǎn)：第一，考核形式更加多樣化，總成績(jī)由平時(shí)過(guò)程考核成績(jī)和期末考試成績(jī)兩大部分組成，平時(shí)過(guò)程考核包括：出勤、課堂表現(xiàn)（小組討論、課堂參與活躍度）、作業(yè)、隨堂測(cè)驗(yàn)、期中測(cè)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)等的考核；期末考試則弱化了基本理論的考核，加強(qiáng)了綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的考核；第二，加強(qiáng)過(guò)程考核，通過(guò)“訓(xùn)練式課堂”和“翻轉(zhuǎn)式課堂”來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程；第三，通過(guò)過(guò)程考核，能更好地掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，督促學(xué)生學(xué)習(xí)，對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，學(xué)生能及時(shí)反饋，教師能及時(shí)糾正，從而提高了學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。

3 有限元計(jì)算軟件在材料力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

利用ANSYS有限元計(jì)算軟件可以把材料力學(xué)中抽象的概念以圖形的形式，更直觀更具體地展示給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的興趣，從而提高學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。例如在軸向拉伸和壓縮時(shí)介紹了圣維南原理：如用與外力系靜力等效的合力來(lái)代替原力系，則除在原力系作用區(qū)域內(nèi)有明顯差別外，在離外力作用區(qū)域略遠(yuǎn)處（例如距離約等于橫截面尺寸處），上述替代的影響就非常微小，可以不計(jì)。學(xué)生很難準(zhǔn)確地理解此原理，此時(shí)用ANSYS就能將這一抽象的概念進(jìn)行充分的解析，一個(gè)承受軸向拉伸的桿，在不同的加載方式下，經(jīng)過(guò)建模、計(jì)算等一系列過(guò)程，最后以圖形的形式表達(dá)出來(lái)，不僅對(duì)圣維南原理進(jìn)行了驗(yàn)證，更幫助學(xué)生加深了理解。

4 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)教學(xué)的重要組成部分。除了基本型實(shí)驗(yàn)---軸向拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲外，我們開設(shè)了材料力學(xué)開放實(shí)驗(yàn)，它屬于綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，考查學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。例如彎扭組合梁實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生有以下要求：畫出圓管在彎扭組合變形下的彎矩圖和扭矩圖；計(jì)算薄壁圓管在彎扭組合變形下主應(yīng)力。這是彎曲、扭轉(zhuǎn)、應(yīng)力狀態(tài)三部分內(nèi)容的綜合應(yīng)用，考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和實(shí)踐的能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

在“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力”的人才培養(yǎng)模式改革的大環(huán)境下，我們還要繼續(xù)對(duì)材料力學(xué)的教學(xué)改革進(jìn)行更深入的思考和探討，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才為目標(biāo)，不斷優(yōu)化材料力學(xué)的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]孔祥清.材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017（02）.