材料力學與專業(yè)課程銜接中提高學生創(chuàng)新能力★

裴長春

(延邊大學工學院土木工程專業(yè)，吉林 延吉 133002)

材料力學是土木工程專業(yè)的一門重要核心課程[1]，是將來學生從事科研、工程結構設計等工作時必須掌握的專業(yè)基礎知識。本課程內容多，內容涵蓋土木工程、水利工程、機械制造與自動化、航空航天等多領域[2]，對于大學數學、大學物理等專業(yè)基礎知識較差的學生學起來有較大難度。

本文通過材料力學教學與土木工程專業(yè)課程銜接中的過程環(huán)節(jié)，多方面探討如何培養(yǎng)好大學生的創(chuàng)新能力。

1 專業(yè)基礎課的銜接

材料力學先修課程有大學數學、大學物理、理論力學等，銜接好先修課程內容是學好本課程的重要前提。如在講解材料力學中靜定結構、超靜定結構力學性能時，適當概括講解理論力學中的靜力學平衡方程、虛位移原理等已修知識，并和材料力學理論知識實現融合貫通，分析及解決工程結構構件的力學性能，提高學生解決問題的能力。

材料力學后續(xù)課程有結構力學、混凝土結構設計原理、鋼結構基本原理等課程。在講授實際材料力學課程中軸向拉伸和壓縮、扭轉、彎曲應力、彎曲位移、超靜定問題、應力狀態(tài)和強度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定等內容時，適當增加后續(xù)課程中的軸心受力構件、受彎構件、受扭構件、偏心受力構件等例子，運用材料力學分析簡單的構件力學性能，從中提高學生分析能力和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

2 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

材料力學課程內容多、范圍廣，主要講述對基本變形下的內力分析、應力計算公式推導、位移計算、穩(wěn)定性驗算等。針對土木工程中的鋼筋混凝土結構、鋼結構、組合結構構件，由于構件材料屬性多樣、構件受力復雜等原因，直接利用材料力學理論分析實際工程構件的力學性能有一定局限。本文為了提高學生對基本知識的應用能力、創(chuàng)新思維能力，在以下三個方面進行探討。

第一，在教學當中要使學生對材料力學課程產生興趣。在課程講授當中可以以實際工程構件的受力破壞為情景導入，使學生對構件破壞原因產生疑問，并通過不斷的學習課程內容，逐步懂得結構構件的受力性能和破壞機理。從中不斷提高學生自主解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力。第二，通過借助有限元分析軟件，模擬結構構件承載力、撓度、構件連接等，從視覺上加深學生對構件受力性能的理解。如利用ANSYS，MIDAS，ABAQUS等[3]有限元軟件模擬結構構件受力及變形，可以分析不同影響因素對工程結構力學性能影響，扎實理解材料力學基本理論，激發(fā)學生創(chuàng)新思維能力。第三，通過大學生結構設計大賽等專業(yè)知識競賽，學生制作實際工程結構模型、試件加載、測試數據及分析，加深學生對理論知識的理解程度。學生不僅對工程結構構件的受力全過程和破壞有直觀的親身體驗，而且產生對本學科前沿知識的學習渴望，有助于激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。

3 教學方法的應用

為了提高學生的創(chuàng)新能力，在材料力學教學當中需要多種教學方法有機結合應用。

1)系統式教學方法。材料力學的知識點較多，學習起來比較吃力。利用系統的思想把知識點有機聯系在一起，詳細地學習每一知識點的內容，并通過歸納及分析、綜合知識點，系統地學習相關內容。如學習構件的軸向拉伸和壓縮時，系統的學習拉(壓)桿件軸力圖的畫法，正應力的分布及其計算，強度條件，虎克定律，拉壓桿變形的計算，應力-應變圖及其主要特征；學習受彎構件受力時，系統地學習構件所受的外力、內力、應力-應變、極限荷載等知識，加深學生對知識的理解，同時有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。2)啟發(fā)式教學方法。課堂中主體為學生，教師可以采用啟發(fā)式教學方法引導學生，使學生對本課程產生興趣和注意力。如講授軸心受力構件時，以實際建筑物中柱、桁架、剛架等實際構件受力情況為導向，向學生提出問題，使學生對其工作機理產生好奇和疑問，激發(fā)學生的積極性。學生從中可以獨立思考、積極探索、利用知識點發(fā)表自己的觀點，有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。3)逆向式教學方法。逆向式教學相對于正向思維而言，從相反的方向和角度進行思考，從中發(fā)現問題或得到啟發(fā)。如講授彎曲應力和彎曲變形時，先給學生舉實際受彎構件受彎破壞以后結果，讓學生根據構件正截面破壞情況逆向思維，對受彎破壞進行思考及學習。即學生從彎曲正應力和切應力強度條件，剛度條件；正應力的分布及其計算，撓曲線的近似微分方程、邊界條件及連續(xù)條件、積分法求梁的撓曲線方程，撓度和轉角；截面上的剪力、彎矩的求法；列出剪力方程和彎矩方程，繪制剪力圖和彎矩圖，撓曲線、撓度、轉角的概念，撓度和轉角的關系等順序逆向學習及思維，從中發(fā)現問題或啟發(fā)，得到解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力。

4 考核方式改革

考核是教學評價的一個重要的環(huán)節(jié)[4-6]，通過考核可以了解學生掌握知識的程度。但目前材料力學的考核基本上是理論知識的考核，對前沿性知識和知識點應用有關的考核較少。為了提高學生的創(chuàng)新思維能力，首先設置本課程的課程目標，具體見表1。

表1 材料力學課程目標

本課程的最終成績由過程考核(占40%)成績和課終考核(即期末考試，占60%)成績組成，總計100%。過程考核由課后作業(yè)(20%)和課堂表現(20%)等組成。課終考核(60%)采用閉卷考試?？偝煽円园俜钟嫞瑵M分100分。本課程各考核環(huán)節(jié)所占分值比例及考核細則如表2所示。課程目標達成度評價包括課程分目標達成度評價和課程總目標達成度評價，計算方法如表3所示。

表2 考核環(huán)節(jié)細則

表3 材料力學課程目標達成度計算

其次，在考核當中適當的加入利用材料力學知識解決實際工程構件的力學分析或前沿性內容，考核學生利用所學知識點解決問題的能力。如在提高題中增加軸心受力構件、受彎構件、受扭構件等實際工程構件受力破壞有關的題，讓學生利用所學知識分析工程構件的加載初期、彈性階段、屈服階段、極限荷載、破壞等全部過程的受力特性、應力-應變關系、變形等，并提出合理解決問題的方案，主要考核學生解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)程度。

5 結語

本文為了提高學生的創(chuàng)新思維能力，探討了材料力學教學與專業(yè)課程的銜接、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、考核方式改革等方面。要教好學生、培養(yǎng)好學生的創(chuàng)新思維能力，要從課堂教學、模擬分析、實際構件制作及試驗、考核等每一環(huán)節(jié)中注重培養(yǎng)學生學習前沿知識，并應用所學知識解決實際工程中問題的能力。