材料力學(xué)金課建設(shè)探索與實(shí)踐

陳云信，夏燕 （江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056）

1 引言

2018年8月，教育部發(fā)布《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》指出：高校應(yīng)全面理順各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，提高大學(xué)生的學(xué)術(shù)挑戰(zhàn)水平，合理提高課程難度水平，擴(kuò)大課程深度，擴(kuò)大課程選擇，取消“水課程”，打造高水平、創(chuàng)新、富有挑戰(zhàn)性的“金課程”。就在這一年8月，“金課”被引入教育部文件?！敖鹫n程”不僅是一流學(xué)科建設(shè)、一流專(zhuān)業(yè)建設(shè)和培養(yǎng)優(yōu)秀一流人才的重要抓手，也是2035年實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化、推動(dòng)中國(guó)從教育大國(guó)向教育強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略目標(biāo)。

材料力學(xué)是我校材料成型及控制工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課，是后繼的機(jī)械原理、鋼筋混凝土、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的先導(dǎo)課程，它既可以獨(dú)立解決工程問(wèn)題，也可以結(jié)合其它課程在復(fù)雜問(wèn)題中深入應(yīng)用。弄清楚材料力學(xué)知識(shí)對(duì)于學(xué)生在學(xué)習(xí)方法,形成工程概念等方面有重要作用?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展、新材料不斷出現(xiàn)、材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的不斷提升,對(duì)教學(xué)的要求也會(huì)越來(lái)越高。但目前材料力學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面都難以滿(mǎn)足教學(xué)改革和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，這樣的授課模式與打造“金課”的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，因此，如何去“水”添“金”，是材料力學(xué)課程亟待解決的問(wèn)題。

為了解決材料力學(xué)課程中公式多、模型抽象、工程應(yīng)用難、學(xué)生參與度低的難題，并滿(mǎn)足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，本文從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教育教學(xué)方式等幾個(gè)方面進(jìn)行變革，由此去滿(mǎn)足高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度等要求，讓本校材料力學(xué)課程成為真正意義上的金課。

2 教學(xué)理念

傳統(tǒng)的教學(xué)中教師掌控課堂，很容易形成一言堂，現(xiàn)在把課堂主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，用活動(dòng)、實(shí)踐填充課堂，讓學(xué)生更有主動(dòng)權(quán)，根據(jù)自己的情況積極參與。教師主導(dǎo)，學(xué)生主體，教師在啟發(fā)學(xué)生的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣，從要我學(xué)，變?yōu)槲乙獙W(xué)，增加學(xué)生的課堂參與度，從而讓課堂動(dòng)起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)；因材施教，讓各層次的學(xué)生都能找到合適的提高方式，獲得知識(shí)交流與潛能開(kāi)發(fā)的成就，提高自信，感受學(xué)習(xí)的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值，形成良性循環(huán)，把課堂建設(shè)成為真正意義上的金課。

3 教學(xué)內(nèi)容

①課程內(nèi)容與生活息息相關(guān)，讓學(xué)生有興趣參與。材料力學(xué)和理論力學(xué)的特點(diǎn)不一樣，邏輯性不強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)比較散，公式比較多，如果方法不得當(dāng)，學(xué)起來(lái)比較枯燥，利用身邊的力學(xué)問(wèn)題可以很好地解決學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容興趣不足的問(wèn)題。在教學(xué)中，利用教室的日光燈、電扇吊桿、課桌（板）、橫梁（彎曲變形實(shí)例、截面放置與提高梁強(qiáng)度）；另外，還可以通過(guò)視頻、圖片等展示力學(xué)的前沿應(yīng)用，由此讓學(xué)生意識(shí)到材料力學(xué)既可以解決身邊的力學(xué)問(wèn)題，也可以在國(guó)之重器方面應(yīng)用。

②舉一反三：大學(xué)的課程是個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，材料力學(xué)的學(xué)習(xí)為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)組合變形時(shí)，拉彎組合（壓彎組合）除了引入工程中的實(shí)際問(wèn)題，例如圖1所示鉆床的立柱的變形，按圖2所示強(qiáng)度計(jì)算的基本思想分析問(wèn)題，并且能自主找到壓力和彎矩的關(guān)系,可以標(biāo)識(shí)為一條相互關(guān)聯(lián)的N-M曲線，理解這條曲線反映NM之間的關(guān)系，也就是軸力對(duì)抗彎承載能力的影響或者反過(guò)來(lái)，彎矩對(duì)抗拉或者抗壓能力的影響，上面這條曲線是由受壓控制的，下面這條曲線是由受拉控制的，交點(diǎn)處為界限破壞，此時(shí)抗彎能力最大，彎矩等于零時(shí)軸拉或者軸壓能力最大，如圖3所示，這些問(wèn)題理解透徹為鋼筋混凝土分析偏心拉壓打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 鉆床

圖2 強(qiáng)度計(jì)算的基本思想

圖3 理論Nu-Mu相關(guān)曲線

③培養(yǎng)學(xué)生逆向思維：一般的梁都已知約束、已知載荷，分析外力，求內(nèi)力，再畫(huà)內(nèi)力圖；在此基礎(chǔ)上，可以給定剪力圖，反求支座約束力，確定載荷，從而再作出彎矩圖；或者給定彎矩圖，反求支座約束力，確定載荷，從而再作出剪力圖。

④利用身邊的力學(xué)小問(wèn)題、工程實(shí)踐中的力學(xué)問(wèn)題、前沿的科技領(lǐng)域的力學(xué)問(wèn)題讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)怎樣提出問(wèn)題，需要解決哪方面的問(wèn)題，關(guān)鍵的解決思路在哪里，解決思路的依據(jù)是怎樣的，從哪里出發(fā)，方法和重要環(huán)節(jié)又是怎樣的，對(duì)進(jìn)一步提高教學(xué)水平和人才綜合能力培養(yǎng)具有積極的推動(dòng)作用。

⑤在教學(xué)中加入全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽的知識(shí)內(nèi)容，讓課程難度增加，學(xué)生可以更好地掌握基礎(chǔ)知識(shí)；材料力學(xué)研究以金屬材料為主，目前復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，可以在教學(xué)中引入復(fù)合材料的相關(guān)問(wèn)題，拓展學(xué)生的知識(shí)面，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)，對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行分析，提高課程的廣度，由此打造具有深度、高度、廣度和前沿性、時(shí)代性的材料力學(xué)課程。

4 教學(xué)方式

把信息化通過(guò)教學(xué)方式體現(xiàn)出來(lái)，增加課堂的參與度，比如線上、線下混合式的教學(xué)模式；線上超星平臺(tái)，平臺(tái)投屏、簽到、討論、選人、測(cè)試等功能和線下學(xué)習(xí)互相促進(jìn)融合；把材料力學(xué)力學(xué)知識(shí)碎片化，把重要的知識(shí)點(diǎn)錄制成短視頻，加上拓展性的思考題，根據(jù)學(xué)校課程的教學(xué)進(jìn)度發(fā)放，同學(xué)們?cè)谡n前、課中、課后利用線上課程各取所需，起點(diǎn)低的同學(xué)把重難點(diǎn)知識(shí)掌握好，基礎(chǔ)好的同學(xué)在基本要求的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，在力學(xué)競(jìng)賽、考研等方面有更好的成績(jī)，比較簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)線上資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)、靈活的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生有興趣，能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，這部分內(nèi)容線下課堂只需要?dú)w納總結(jié)一下，解決一下個(gè)別同學(xué)提出的有建設(shè)性的問(wèn)題，從而在有限課時(shí)的情況下，提高了材料力學(xué)的拓展度。行，提出問(wèn)題后，讓學(xué)生有思考的時(shí)間，讓學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)試圖解決問(wèn)題，這樣的方式學(xué)生是主動(dòng)思考，思路跟著教學(xué)進(jìn)度，能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲，調(diào)動(dòng)積極性，提高自己努力解決問(wèn)題，增加了自信；由此讓材料力學(xué)課程成為具有深度、高度的金課。

圖4 課堂設(shè)計(jì)

5 小結(jié)

過(guò)程啟發(fā)式教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。通過(guò)不同層次啟發(fā)、引導(dǎo)讓學(xué)生獨(dú)立主動(dòng)思考，主動(dòng)掌握知識(shí)?；趩?wèn)題的教學(xué)是過(guò)程啟發(fā)式教學(xué)的方法之一，如在教學(xué)過(guò)程中提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在提出適合學(xué)生難度的問(wèn)題后，讓學(xué)生們進(jìn)行討論，在充分交流的基礎(chǔ)上回答，對(duì)于一些有難度的問(wèn)題，也可以讓學(xué)生先思考，即便沒(méi)有完全的思路，教師在自己解答的過(guò)程中，同學(xué)也可以對(duì)照發(fā)現(xiàn)是哪個(gè)環(huán)節(jié)的哪個(gè)方面遇到了困難，應(yīng)該怎么解決；在例題和習(xí)題的分析過(guò)程中，PPT和黑板板書(shū)交替進(jìn)

學(xué)生的低年級(jí)階段是學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的關(guān)鍵時(shí)期，如何在該階段培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，不斷提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，如何在材料力學(xué)課程中開(kāi)展創(chuàng)新研究就顯得非常必要，它不僅可以為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，形成良好的思維習(xí)慣，并具有可持續(xù)性發(fā)展，而且也可以為學(xué)生在高年級(jí)階段學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程并最終形成專(zhuān)業(yè)能力提供良好的思維方式；建設(shè)兼具“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”的材料力學(xué)金課非常重要。