基于成果導(dǎo)向的材料力學(xué)教學(xué)方法思考

周月娥 嚴(yán) 鵬 桂潤(rùn)金

（廣西民族大學(xué)建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530006）

材料力學(xué)是土木工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程所必備的理論基礎(chǔ)。 學(xué)生在學(xué)習(xí)材料力學(xué)前已經(jīng)學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)、 大學(xué)物理和理論力學(xué)等基礎(chǔ)課程。 傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程教學(xué)是以課程為導(dǎo)向，從學(xué)科出發(fā)，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性，重點(diǎn)是任課教師在課程的授課時(shí)期教給學(xué)生了什么， 教學(xué)目標(biāo)要明確， 教學(xué)行為要符合規(guī)定， 具有科學(xué)合理的教學(xué)方法，要能達(dá)到一定的教學(xué)效果。學(xué)完材料力學(xué)后要求學(xué)生掌握桿件的強(qiáng)度、 剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的計(jì)算能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。以成果?dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)的工程教育認(rèn)證理念是美國(guó)工程與技術(shù)委員會(huì)提出的，我國(guó)從2006 年開(kāi)始全面構(gòu)建工程教育認(rèn)證體系，2013 年正式成為《華盛頓協(xié)議》會(huì)員國(guó)[1]。 這對(duì)我國(guó)高校各工科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)提出了相應(yīng)的改革要求，要從國(guó)家發(fā)展和社會(huì)行業(yè)需求出發(fā)，把學(xué)生的學(xué)習(xí)成果放在重要的位置， 強(qiáng)調(diào)相應(yīng)的課程教學(xué)活動(dòng)要恰當(dāng)，要對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)， 注重學(xué)生在課堂的表現(xiàn)程度，要使學(xué)生達(dá)成一定的學(xué)習(xí)成果。 培養(yǎng)的學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)要扎實(shí)，專(zhuān)業(yè)知識(shí)寬廣，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)。 國(guó)內(nèi)針對(duì)材料力學(xué)課程教學(xué)改革已有不少高校的教師從課堂理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人才培養(yǎng)方法等方面給出了相應(yīng)的建議[2-5]。 對(duì)于廣西民族大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，目前材料力學(xué)的教學(xué)還沒(méi)有按照工程認(rèn)證畢業(yè)要求來(lái)做，開(kāi)展工程教育認(rèn)證背景下的課程教學(xué)改革是非常有必要和順應(yīng)時(shí)代的，基于對(duì)材料力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程的一些經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合學(xué)生畢業(yè)后應(yīng)該具有的知識(shí)、能力和素養(yǎng)方面給出了一些目前教學(xué)中存在問(wèn)題和需要改進(jìn)方面的思考看法。

1 當(dāng)前材料力學(xué)課堂教學(xué)分析

在學(xué)習(xí)材料力學(xué)這門(mén)課程前，學(xué)生學(xué)習(xí)了理論力學(xué)，能夠求解約束反力。 在此基礎(chǔ)上，可以用截面法利用平衡方程求解所求截面上相應(yīng)的內(nèi)力，繼而求解相應(yīng)的應(yīng)力。 對(duì)于內(nèi)力和應(yīng)力基本概念的理解和求解是學(xué)習(xí)材料力學(xué)重要的內(nèi)容，一些學(xué)生對(duì)于內(nèi)力的理解一直搞不清楚，只是機(jī)械地去按公式計(jì)算。 對(duì)于應(yīng)力的求解要具體到點(diǎn)上也沒(méi)有理解透。 因?yàn)椴煌膬?nèi)力求解應(yīng)力有不同的假設(shè)條件和推導(dǎo)過(guò)程，這些過(guò)程比較煩鎖，理論性太強(qiáng)，理解起來(lái)是有難度的。 任課教師對(duì)這一部分的講解往往只是利用PPT 理論推導(dǎo)和板書(shū)，內(nèi)容抽象，講解起來(lái)有難度，學(xué)生理解起來(lái)也很困難。 土木工程專(zhuān)業(yè)材料力學(xué)重點(diǎn)研究了桿件在拉壓、受扭、受彎不同受力情況下內(nèi)力和應(yīng)力的求解。 以桿件受拉或受壓為例來(lái)講，變形為拉伸或壓縮，提出了內(nèi)力的概念為外力作用下物體內(nèi)相鄰部分間分布內(nèi)力系的合成。 用截面法截開(kāi)桿件，棄去部分對(duì)分析部分的作用用內(nèi)力代替，分析部分要滿足平衡，可以求出內(nèi)力。 對(duì)于這部分，雖然是最簡(jiǎn)單的受力情況，但卻是學(xué)生第一次接觸內(nèi)力和截面法，需要詳細(xì)地給同學(xué)們講解清楚。 內(nèi)力學(xué)習(xí)完的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)力的概念，是桿件截面上分布內(nèi)力的集度，是對(duì)應(yīng)于截面上的一點(diǎn)。應(yīng)力是矢量，有正應(yīng)力和切應(yīng)力兩種分量。對(duì)于受拉壓情況，只有正應(yīng)力一種。 在求正應(yīng)力時(shí)提出了平截面假設(shè)，這個(gè)假設(shè)是材料力學(xué)中的一個(gè)重要的假設(shè)，原為平面的截面變形后仍為平面。 根據(jù)這個(gè)假定得出了橫截面上各點(diǎn)處正應(yīng)力相等，相應(yīng)地得出了正應(yīng)力的計(jì)算公式。

2 基于成果導(dǎo)向的材料力學(xué)教學(xué)方法分析

成果導(dǎo)向理念下的教學(xué)要求要制定相應(yīng)的教學(xué)過(guò)程， 任課教師應(yīng)該從教學(xué)手段上破解教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生取得一定的學(xué)習(xí)成果。 學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)是否取得了知識(shí)方面的增強(qiáng)、能力方面的提高和人文素養(yǎng)方面的進(jìn)步，需要對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果對(duì)教師的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。 現(xiàn)從教師教學(xué)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)和材料力學(xué)課程對(duì)學(xué)生畢業(yè)要求的支撐方面給出相應(yīng)的分析。

2.1 教師教學(xué)方法

現(xiàn)有教學(xué)中， 教師是依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)教學(xué)，一些土木工程專(zhuān)業(yè)的材料力學(xué)課程是由力學(xué)專(zhuān)業(yè)的教師來(lái)授課的， 一些是土木工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課教師授課。 土木工程專(zhuān)業(yè)背景的教師不是專(zhuān)業(yè)力學(xué)出身，但是講授每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以結(jié)合專(zhuān)業(yè)背景來(lái)介紹，學(xué)生能夠知道自己所學(xué)知識(shí)在后面一些課程中的應(yīng)用。 在軸向拉伸和壓縮中， 土木工程中有許多受拉壓桿件，比如，桁架橋梁中的一些受力桿和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受壓柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 只有知道了構(gòu)件真正的受力情況，才能對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)件才能正常工作。 學(xué)生可以分組調(diào)查實(shí)際土木工程結(jié)構(gòu)中受拉壓的構(gòu)件，從以前以教師為中心， 單一傳授知識(shí)的模式改變?yōu)閷W(xué)生自學(xué)，相互分享，成為課堂教學(xué)的參與者。 在彎曲應(yīng)力一章，梁受力作用下的內(nèi)力有彎矩和剪力，兩種內(nèi)力作用下梁會(huì)有不同的破壞模式。 雖然還沒(méi)有學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，但是可以用一個(gè)簡(jiǎn)支橋梁為例來(lái)說(shuō)明橋梁為何需要配鋼筋。 學(xué)生分組調(diào)研橋梁的材料組成及截面形式，討論內(nèi)力分析與橋梁結(jié)構(gòu)形式的關(guān)聯(lián)。 另外，可以根據(jù)學(xué)生高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)情況，程度比較好的學(xué)生可以對(duì)梁截面彎矩和剪力的推導(dǎo)、截面正應(yīng)力公式的推導(dǎo)在老師講解前提下自己推導(dǎo)，對(duì)一些理論推導(dǎo)分享討論。 另外，一部學(xué)生分配他們進(jìn)行工程實(shí)踐應(yīng)用調(diào)研，分組討論報(bào)告。 另外，在新時(shí)代背景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)資源是比較豐富的，教師要利用信息現(xiàn)代化技術(shù)和虛擬技術(shù)來(lái)傳遞知識(shí)，比如，超星學(xué)習(xí)通，云平臺(tái)，“互聯(lián)網(wǎng)+”等培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)智慧，增加師生之間，學(xué)生之間的一些互動(dòng)性。

2.2 評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果

目前，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)是以分?jǐn)?shù)為標(biāo)準(zhǔn)的，平時(shí)成績(jī)加期末成績(jī)。 成果導(dǎo)向理念下的教學(xué)要求必須關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)整個(gè)過(guò)程要進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。 不能只依靠分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的優(yōu)良，要把學(xué)生合作學(xué)習(xí)的能力充分調(diào)動(dòng)起來(lái)。 利用學(xué)習(xí)平臺(tái)將學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)提出來(lái)，分組學(xué)習(xí)，在課堂上進(jìn)行檢測(cè)， 讓學(xué)生也知道自己的學(xué)習(xí)不足在哪些方面，自己可以解決的問(wèn)題有哪些，不能解決的課堂上重點(diǎn)講解。 課后作業(yè)布置后，根據(jù)學(xué)生答題情況，可以分類(lèi)結(jié)合下一個(gè)學(xué)習(xí)模塊對(duì)不同學(xué)生留不同的作業(yè)。 這樣可以避免全班同一個(gè)作業(yè)題目， 有的學(xué)生參與度不高， 不能全面地反映大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的情況，學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)不夠全面。 分類(lèi)布置，針對(duì)性評(píng)講，給不同類(lèi)學(xué)生合理的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。

2.3 材料力學(xué)支撐點(diǎn)分析

以成果導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)的工程教育認(rèn)證理念對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求有12 條， 從知識(shí)層面上要求學(xué)生要掌握一定的工程知識(shí)，有分析問(wèn)題的能力，可以針對(duì)不同的實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案，具有一定的研究能力。 從能力方面上要求學(xué)生可以使用現(xiàn)代化的工具，了解工程與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，工程的設(shè)計(jì)要符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，工程人員要遵守職業(yè)規(guī)范。 人文素養(yǎng)方面要求學(xué)生要注重個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的溝通能力，具備一定的項(xiàng)目管理能力和終身學(xué)習(xí)的能力。 整個(gè)土木工程專(zhuān)業(yè)的課程體系的培養(yǎng)要使學(xué)生畢業(yè)后具備以上所述能力。 每一門(mén)課對(duì)這些目標(biāo)都要有相應(yīng)的支撐點(diǎn)。 材料力學(xué)課程相應(yīng)的支撐點(diǎn)也有四到五點(diǎn)，在材料力學(xué)課程講解過(guò)程中會(huì)涉及一些土木工程實(shí)踐工程知識(shí)的講解， 幫助學(xué)生建立一種工程安全設(shè)計(jì)方面的思維，從學(xué)到的力學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)中土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分析問(wèn)題。 材料力學(xué)作為土木工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心基礎(chǔ)課，后續(xù)的結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)原理， 鋼結(jié)構(gòu)等課程都會(huì)用到材料力學(xué)的知識(shí)，所以這門(mén)課程的學(xué)習(xí)可以為學(xué)生在以后具備一定的研究能力打下基礎(chǔ)。 在材料力學(xué)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)更多的土木工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，畢業(yè)后會(huì)參加工作，將所學(xué)知識(shí)服務(wù)于社會(huì)。 土木工程課程體系的知識(shí)都是有一定難度的， 材料力學(xué)的一些理論知識(shí)、公式推導(dǎo)、理解幾何、物理和力學(xué)條件，需要同學(xué)們合作學(xué)習(xí)，還要運(yùn)用理論力學(xué)、高等數(shù)學(xué)和一定的計(jì)算機(jī)知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。 在整個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程中培養(yǎng)的學(xué)習(xí)思維能力使得學(xué)生逐漸形成了一種終身學(xué)習(xí)的能力。