問(wèn)題式方法在材料力學(xué)課程中的探索與應(yīng)用

商俊娟 袁志華 李連豪 田輝 何予鵬

摘要：材料力學(xué)是工科專業(yè)基礎(chǔ)課，在本科教學(xué)中具有重要作用。鑒于近年來(lái)材料力學(xué)課時(shí)減少，傳統(tǒng)課堂難以實(shí)現(xiàn)完整教學(xué)的現(xiàn)狀，本課題組在材料力學(xué)教學(xué)過(guò)程中引入了問(wèn)題式導(dǎo)入法，在課前引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)新課，課后布置作業(yè)，并以作業(yè)作為課堂引入。通過(guò)在材料力學(xué)課程中的探索與實(shí)踐，問(wèn)題式教學(xué)模式收效良好。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}式方法;材料力學(xué);課程改革

以學(xué)生為主體的教學(xué)與以往的“灌輸式”“填鴨式”不同，它是使學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)活動(dòng)中，從以往的被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)探索掌握知識(shí)，從知識(shí)被附加給學(xué)生轉(zhuǎn)化為學(xué)生積極轉(zhuǎn)化知識(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中享受探索知識(shí)的樂(lè)趣，學(xué)習(xí)成了一種快樂(lè)的事情而不是任務(wù)。1991年查克林和加姆森在專著《在大學(xué)本科教育中恰當(dāng)運(yùn)用七條教學(xué)原則》中提出本科教育的七項(xiàng)原則，鼓勵(lì)師生之間密切聯(lián)系、鼓勵(lì)學(xué)生之間密切合作、鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、及時(shí)反饋教與學(xué)的信息、強(qiáng)調(diào)有效利用時(shí)間、對(duì)學(xué)生寄予較高的期望和因材施教。本科教育不只是讓學(xué)生獲得新知識(shí)，而是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)溝通能力，并學(xué)會(huì)合理地分配時(shí)間，培養(yǎng)自信心，最終塑造完美的人格。

材料力學(xué)是研究物體應(yīng)力與變形的一門學(xué)科，理論性較強(qiáng)，同時(shí)，又與工程實(shí)踐緊密結(jié)合。本課程對(duì)提高學(xué)生工程概念和力學(xué)概念有著重要作用。學(xué)生通過(guò)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握桿件在常見(jiàn)荷載條件下的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的基本概念和計(jì)算方法，運(yùn)用強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性理論對(duì)桿件進(jìn)行校核、截面設(shè)計(jì)及載荷確定等基本計(jì)算工作。掌握材料的力學(xué)性能及材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和操作技能。為學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)課程打下基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。通過(guò)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決簡(jiǎn)單工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義的世界觀。奠定自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，加強(qiáng)適應(yīng)知識(shí)更新過(guò)程中需要不斷學(xué)習(xí)的意識(shí)和自主學(xué)習(xí)能力。材料力學(xué)是工科專業(yè)必修課，在本科課程教學(xué)中起到承上啟下的作用，具有理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)繁多等特點(diǎn)。

傳統(tǒng)上課方法是“滿堂灌”，教師按照總學(xué)時(shí)來(lái)分配每堂課的內(nèi)容，提前備好課。通過(guò)作業(yè)的完成情況，教師可以評(píng)估出學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握水平，但由于課堂時(shí)間有限，導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解得不夠深入。材料力學(xué)知識(shí)點(diǎn)前后銜接，第一章中內(nèi)力的求解方法是軸向拉伸和壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形中強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。新修訂的教學(xué)大綱中材料力學(xué)由原來(lái)的56學(xué)時(shí)縮減為48學(xué)時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中如何處理好學(xué)時(shí)短內(nèi)容多的問(wèn)題，教師一方面需要加強(qiáng)自我專業(yè)素質(zhì)，另一方面要對(duì)教學(xué)計(jì)劃、方法進(jìn)行改革。鑒于以上問(wèn)題，本課題組在教學(xué)實(shí)踐中嘗試采用問(wèn)題式教學(xué)方法以加強(qiáng)教學(xué)效果。

一、問(wèn)題式教學(xué)方法的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

材料力學(xué)課程理論性較強(qiáng)，公式較多，同時(shí)，課堂教學(xué)時(shí)間有限，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度較差。鑒于以上問(wèn)題，課題組引入問(wèn)題式教學(xué)方法。主要分兩部分內(nèi)容，一是作業(yè)引導(dǎo)式;二為理論聯(lián)系實(shí)際。

（一）作業(yè)引導(dǎo)式的問(wèn)題式教學(xué)方法

課前，教師在上堂課的基礎(chǔ)上在作業(yè)中增加下堂課內(nèi)容題目，讓學(xué)生在作業(yè)中思考新的教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)電腦、手機(jī)等媒介，借助互聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)、教材的內(nèi)容，以及與同學(xué)討論等方式尋求解決方法，總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，上交作業(yè)。教師批改作業(yè)，在作業(yè)中找到學(xué)生理解的問(wèn)題所在，掌握學(xué)生對(duì)新課內(nèi)容的理解程度，有針對(duì)性地準(zhǔn)備下堂課的內(nèi)容，為課堂講授做好準(zhǔn)備。課中，教師找?guī)讉€(gè)典型的同學(xué)講解有關(guān)本堂課內(nèi)容的作業(yè)題目，然后讓同學(xué)們討論講解是否正確。最后，教師進(jìn)行講解補(bǔ)充，強(qiáng)調(diào)本堂課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。課后，教師布置適量的、知識(shí)點(diǎn)不同的作業(yè)。讓同學(xué)們?cè)谧鳂I(yè)中鞏固知識(shí)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化吸收。

以軸向拉伸或壓縮時(shí)的變形課程為例，具體方法如下。第一，教師在第一次課中講解如圖1左側(cè)所示的例題，它屬于靜定問(wèn)題，由靜平衡方程和幾何關(guān)系可求得所有未知量。通過(guò)多個(gè)類似例題的講解使學(xué)生達(dá)到融會(huì)貫通的效果，給出如圖1右側(cè)所示的例題，讓學(xué)生課后思考如何求解，課后作業(yè)中不止包含靜定問(wèn)題的內(nèi)容，還增加一個(gè)超靜定問(wèn)題，讓學(xué)生預(yù)習(xí)新課后完成作業(yè)。作業(yè)中超靜定問(wèn)題的達(dá)成度不計(jì)入作業(yè)成績(jī)，目的只是引導(dǎo)學(xué)生思考;第二，隨后課堂上以超靜定問(wèn)題的作業(yè)作為切入點(diǎn)讓學(xué)生討論解決方法，根據(jù)學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的問(wèn)題和討論的結(jié)果，教師開(kāi)始新課的講解，學(xué)生帶著問(wèn)題和自己的理解聽(tīng)課，跟著老師的思路找到超靜定問(wèn)題與靜定問(wèn)題的區(qū)別，并對(duì)比自己的理解，找到自己理解的問(wèn)題所在。通過(guò)這樣一個(gè)過(guò)程，學(xué)生可以加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解;第三，課后學(xué)生完成作業(yè)，鞏固靜定問(wèn)題和超靜定問(wèn)題的區(qū)別，熟練掌握超靜定問(wèn)題的解決步驟和方法。

（二）理論聯(lián)系實(shí)際的問(wèn)題式教學(xué)方法

材料力學(xué)是一門理論基礎(chǔ)課，是變形體力學(xué)的分支，是純力學(xué)的關(guān)系模型。為了使學(xué)生更容易掌握知識(shí)，運(yùn)用知識(shí)，教師讓學(xué)生通過(guò)調(diào)研討論設(shè)計(jì)真實(shí)的構(gòu)件。具體方法如下。第一，課前教師根據(jù)課程內(nèi)容準(zhǔn)備幾個(gè)真實(shí)構(gòu)件的設(shè)計(jì)案例，設(shè)定一定的設(shè)計(jì)條件。第二，第一堂課講授新知識(shí)后將學(xué)生以宿舍為單位分組，并指定一名組長(zhǎng)，組長(zhǎng)以抽簽的形式分配設(shè)計(jì)案例，教師安排學(xué)生在課后調(diào)研討論出設(shè)計(jì)方案。第三，第二堂課每組匯報(bào)自己的設(shè)計(jì)方法，匯報(bào)人以隨機(jī)抽取的方法確定，同學(xué)們討論設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。指出哪種設(shè)計(jì)方案既經(jīng)濟(jì)又合理。

二、問(wèn)題式教學(xué)方法效果評(píng)價(jià)

問(wèn)題式教學(xué)方法效果主要表現(xiàn)在學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和思維方式轉(zhuǎn)變兩個(gè)方面。

（一）問(wèn)題式教學(xué)方法對(duì)知識(shí)掌握程度的影響

以2016屆和2017屆交通運(yùn)輸與汽車服務(wù)兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生為例分析教學(xué)改革的效果。2016屆學(xué)生材料力學(xué)學(xué)時(shí)設(shè)置為56學(xué)時(shí)，按照學(xué)時(shí)和難易程度劃分每節(jié)課的任務(wù)，采用教師課堂上講解作業(yè)和新課，學(xué)生課后完成作業(yè)的傳統(tǒng)模式進(jìn)行教學(xué)。由于課上時(shí)間有限，有些學(xué)生可能對(duì)課后作業(yè)沒(méi)有理解透徹就又要學(xué)習(xí)新的教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致這些學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解不到位。2017屆學(xué)生材料力學(xué)的學(xué)時(shí)為48，采用問(wèn)題式導(dǎo)入法進(jìn)行授課，學(xué)生在聽(tīng)課的過(guò)程中有的放矢，在這過(guò)程中將自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與老師的講解進(jìn)行對(duì)比，這樣對(duì)知識(shí)點(diǎn)的印象更深刻。

表1為2016屆和2017屆交通運(yùn)輸和汽車服務(wù)專業(yè)學(xué)生的期末考試成績(jī)。由表1可知，中等水平（80～90分）學(xué)生比例增加了接近一半，中等偏下（60-70分和70～80分）的學(xué)生比例減少，90分以上和不及格的學(xué)生基本持平。通過(guò)表中數(shù)據(jù)可以看出教學(xué)改革對(duì)中等學(xué)生成績(jī)提升效果明顯，其他分?jǐn)?shù)段學(xué)生的效果不明顯，主要原因是優(yōu)秀學(xué)生自學(xué)能力較強(qiáng)，教學(xué)方法的改革對(duì)他們影響較小，而不及格的學(xué)生是由于他們學(xué)習(xí)的自制力不夠。

（二）問(wèn)題式教學(xué)方法對(duì)思維轉(zhuǎn)變的影響

問(wèn)題式教學(xué)方法以問(wèn)題為導(dǎo)向，以作業(yè)或者課后調(diào)研設(shè)計(jì)的形式督促學(xué)生思考和討論，通過(guò)一個(gè)學(xué)期的訓(xùn)練，學(xué)生調(diào)研能力、查閱資料的能力、自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力得到大幅提高，對(duì)學(xué)生自身的發(fā)展起到了不可替代的作用。

三、總結(jié)

通過(guò)教學(xué)改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有了很大提高，學(xué)習(xí)的自主性增強(qiáng)了，體現(xiàn)在對(duì)課后作業(yè)的完成度和對(duì)新課的預(yù)習(xí)程度上，同時(shí)，課上聽(tīng)講的參與程度也增加了。通過(guò)課程改革，雖然課時(shí)減少了，但教學(xué)效果有了明顯提高。問(wèn)題式教學(xué)不僅提高了學(xué)生掌握知識(shí)的程度，而且增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，促進(jìn)了學(xué)生理想人格的塑造。