培養(yǎng)工程能力 深化材料力學教學改革

孫立紅 劉寶良

(黑龍江科技學院，黑龍江 哈爾濱150027)

培養(yǎng)工程能力 深化材料力學教學改革

孫立紅 劉寶良

(黑龍江科技學院，黑龍江 哈爾濱150027)

材料力學是工科院校的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，起著承上啟下的作用。通過對材料力學教學改革的幾點討論和實踐來探討增強學生綜合素質(zhì)、以培養(yǎng)學生的工程意識和工程能力，培養(yǎng)適應(yīng)21世紀需要的人才。

材料力學;工程意識;工程能力

材料力學不論在土木建筑、機械工程還是礦業(yè)工程等專業(yè)領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用，是工科院校的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，起著承上啟下的作用。全國高等學校都在精簡學時，材料力學也不例外。在精簡學時的同時，將思維的空間和時間留給學生，引導(dǎo)他們獨立進行深層次思考，改變“重知識傳播，輕科學方法培養(yǎng);重書本知識，輕思維方式訓(xùn)練的傳統(tǒng)教學方式”的不足，是當前教學改革中的重要課題。為了培養(yǎng)適于21世紀、適于社會需要的應(yīng)用型人才，為了培養(yǎng)學生獨立學習的能力、創(chuàng)新精神和解決工程問題的能力，我們進行了材料力學的教學改革方法和實踐的探索。

一、深化課程內(nèi)容，加強工程意識的培養(yǎng)

不管改革如何進行，材料力學的根本任務(wù)和目的還是要培養(yǎng)學生具有分析和解決工程問題以及有繼續(xù)學習的初步能力，還是要以桿件的三大任務(wù)(強度、剛度、穩(wěn)定性)為主線，以強度問題為重點。但是在材料力學教學內(nèi)容上應(yīng)該有如下考慮:要提高有效知識量的教育，把基本的、方法的、系統(tǒng)的知識傳授給學生。因為基本的知識可以增強思考力，具有遷移性再生力。系統(tǒng)的知識就是知識合理的組合、知識內(nèi)在邏輯系統(tǒng)，掌握知識的邏輯系統(tǒng)可以提高學生解決問題的能力;隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，材料力學教學除介紹材料力學基本理論、基本概念、基本方法外，還要溶入現(xiàn)代科學的概念和思維方法。

基于以上考慮，我們重新修訂教學《大綱》，在保留經(jīng)典教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，刪減了與物理學、理論力學等重復(fù)較多的內(nèi)容，盡可能提高該課程的起點。引入復(fù)合材料力學、彈塑性力學等近代力學知識(在以往講授梁的彎曲變形問題時，主要以鋼、鑄鐵為材料的矩形截面梁、工字型截面梁等為例。我們在改革實踐中引入了復(fù)合材料力學的部分內(nèi)容;在介紹“構(gòu)件的交變應(yīng)力”這一章中引入了“疲勞與斷裂”斷裂力學的部分內(nèi)容等一些現(xiàn)代科技成果)，通過傳統(tǒng)授課內(nèi)容的修訂，刪減了部分陳舊的、與其他課程重復(fù)較多的內(nèi)容，增加了一些力學學科的現(xiàn)代科技成果介紹(包括各專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中現(xiàn)代力學的應(yīng)用)，既減輕了學生的負擔，又調(diào)動了學生學習力學課程的興趣與積極性。

二、采用多樣化教學手段提高材料力學課程教學質(zhì)量，加強工程能力的培養(yǎng)

材料力學教學中講授的方法還是主要方法。但是為了適應(yīng)當前的教育改革，應(yīng)該使用科學的教學方法。熟練自如的科學教學方法具有認知的功能、發(fā)展的功能和塑造的功能。授課教師在講授過程中應(yīng)該講清內(nèi)容的重點、難點、疑點，內(nèi)容的規(guī)律性、實質(zhì)性、關(guān)鍵性，內(nèi)容的新意、寓意，內(nèi)容背后隱藏的、學生看不到的東西，科研的新成果及教師的見識等。特別要講授學習方法、研究方法和創(chuàng)造方法。

各種教學方法，既有其優(yōu)越的一面，也有其不可避免的弊端。而發(fā)揮其長處，彌補其不足，實現(xiàn)各種方法的互補性，是選擇教學方法的依據(jù)。在教學實踐中我們采用了多種教學方法，用最適當?shù)姆绞绞箤W生以極大熱情學好材料力學知識，提高分析問題、研究問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神及創(chuàng)造能力。

1.采用啟發(fā)式教學，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題，研究問題的興趣

采用啟發(fā)式教學，在講課過程中為學生創(chuàng)造積極思維的必要條件，教師講課時不必什么都要講，什么都要細，可以在一些適當內(nèi)容上為學生留下思維空間，由學生自己得出結(jié)論，甚至是一些重要結(jié)論。如在畫剪力、彎矩圖時，導(dǎo)出彎矩、剪力和分布載荷的微分關(guān)系，這部分內(nèi)容正適合于學生剛學過高等代數(shù)的相關(guān)知識，完全可以讓學生進行嘗試性推導(dǎo)，獨立得出結(jié)論。像這種簡單的理論推導(dǎo)交給學生自己去做，不僅極大地調(diào)動了學生主動學習的積極性，而且使學生積極思考，并培養(yǎng)了他們研究問題的能力。傳統(tǒng)的材料力學的習題講解中注重步驟的規(guī)范，推導(dǎo)的縝密，不易調(diào)動學生學習的積極性，所以我們在講解習題的過程中，除了給出必要的提示外，盡量讓學生自己給出解題思路，且注重解題方法的多樣性。比如，在解靜不定問題時，可以采用變形比較法、摩爾積分法及應(yīng)用正則方程法等，讓學生自己總結(jié)各種方法的優(yōu)劣及各種不同類型題的最適用的解題方法。

2.采用形象化教學方式，提高學生理解能力

材料力學是一門理論性較強、概念較抽象的課程，有一些概念一時還不易理解。所以我們把多媒體計算機系統(tǒng)統(tǒng)納入教學計劃。多媒體可以以一種全新的面貌向?qū)W生傳輸知識。它把文字、聲音和視頻圖像有機地結(jié)合在一起，動靜結(jié)合、有聲有色;可以調(diào)動學生學習材料力學的積極性，使學習變得更加有趣;可以吸引學生的注意力和啟發(fā)學生的想象力。如材力的變形公式都是建立在一定的變形假設(shè)基礎(chǔ)上的，以往講授這部分內(nèi)容時，需要連寫帶畫，又要由表及里地推導(dǎo)，費了很大力氣，浪費了很多課時，可學生還不一定理解。通過多媒體演示，既形象生動，調(diào)動了課堂的學習氣氛，又可以使學生一目了然地看到內(nèi)部的變形情況，很容易就總結(jié)出了變形規(guī)律。

教材中的例子通常具有模型化、理想化的特點，學生學習時由于缺乏實踐認識及感性認識，能夠用學到的理論知識解題，但并不一定了解實際的結(jié)構(gòu)形式和實際的問題。為了增加學生的感性認識，我們在授課時盡可能列舉周圍常見的工程及生活中的一些結(jié)構(gòu)作為實例(如教室中的橫梁、樓板、燈具、坐椅，戶外的旗桿、水塔、路面、樹木等)，不僅提高了學生的學習興趣，加深了學生對實際問題的認識，還可引導(dǎo)學生繼續(xù)思考，啟發(fā)學生的思維。

語言文字敘述的內(nèi)容給人的印象遠遠遜色于具體的形象。為了加深學生對所學內(nèi)容的感知程度，我們在授課時，對一些文字敘述的內(nèi)容用圖像化、實物化手段來講解。例如，在介紹截面幾何性質(zhì)對構(gòu)件強度和剛度的影響時，我們采用學生常用的直尺，在相同的載荷下，通過平放與豎放相互比較的方法使學生直觀地了解到不同截面的幾何性質(zhì)對構(gòu)件強度的影響;在壓桿穩(wěn)定中，選用截面形狀、材料、面積相同，長度不同的軟試件(如塑料管、塑料尺等)，讓學生自己做試驗來體會不同長度壓桿的臨界力的不同等。實踐證明，這種做法不僅可以彌補單純語言文字敘述的不足，還能增加學生對實際問題的認識。

3.引入專題介紹，提高學生的實踐認識能力

為了使學生掌握所學理論知識在工程實際中的具體應(yīng)用，增強學生分析、研究、解決問題的能力，在教學過程中適當引入了專題介紹，如彩虹橋倒塌原因分析，上海楊浦大橋橋面結(jié)構(gòu)力學性能分析，典型工程實例(由于疲勞強度原因引起的破壞現(xiàn)象分析等)專題。讓學生通過一些工程實例學會如何將一個工程實際問題簡化成一個力學模型，這是第一步;然后再由力學模型如何變成數(shù)學模型，有了數(shù)學模型，學生就可以根據(jù)學過的數(shù)學知識去解決問題了;最后，教師解出的結(jié)果與實際問題是什么關(guān)系，并讓學生明白怎樣來解釋，在應(yīng)用所得結(jié)果時應(yīng)注意些什么問題等。此種方式深受學生的歡迎，學生學習材料力學的熱情得到了極大地提高，分析、研究問題的能力也得到一定提高。

在專題介紹中引入學科發(fā)展的新動向、新成果。隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步，材料力學也不可能停滯不前，固體力學模型的改變就是其中的例子，作為力學教師理所當然地要介紹這些新動向、新成果。

4.通過“雙邊教學法”來激發(fā)學生的學習興趣，啟發(fā)學生思維

傳統(tǒng)的教學通常為教師講，學生聽，采用“雙邊教學法”，采用教師啟發(fā)、引導(dǎo)學生參與講課，以學生為教學的主體的新模式。在授課過程中，我們在班級中成立了若干個課堂討論學習小組，由教師為學生指定較為簡單的章節(jié)內(nèi)容，做好講義，設(shè)計出以課程重點和難點為突破口的教學提綱，學生在課下準備出教案，經(jīng)教師指正后在課堂上由學生主講、教師輔助，引導(dǎo)的學習方式，如在能量方法這一章中，對于前幾節(jié)比較簡單的理論推導(dǎo);彎曲應(yīng)力中截面幾何性質(zhì)對構(gòu)件強度的影響等都是采用的這種方式。這種教學方式不僅使學生的學習熱情、學習積極性、綜合能力等得到了大幅度的提高，更使學生學會了怎樣去思考問題和發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和獨立意識。

5.通過創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的實踐，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力

在課堂教學中，教師只是對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力起到了一種引導(dǎo)和示范。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生獲取新知識的能力，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，以及語言表達的能力和臨場應(yīng)變的能力，我們舉辦了力學創(chuàng)新設(shè)計大賽。大賽在內(nèi)容上并不設(shè)定固定的范圍，而是涵蓋各專業(yè)、各學科的知識，使學生能夠?qū)⒘W知識應(yīng)用到各個方面中去，從而在實踐中鍛煉了學生的創(chuàng)新能力。在評審各作品時，突破傳統(tǒng)的現(xiàn)場答辯式，為學生在各評委面前、眾多的同學面前展示自己提供機會，培養(yǎng)了學生的語言表達能力和臨場應(yīng)變能力。

為了配合以上改革措施，我們在素質(zhì)考核方面也進行了相應(yīng)的改革。在平時，采取階段性測試、資格考試和水平考試相結(jié)合的方法，并參考布置給學生撰寫的科技報告和小論文及在參加力學創(chuàng)新設(shè)計大賽中取得的成績等來綜合衡量學生的綜合素質(zhì)及對本門課的掌握情況給出成績。自實施了以上方法后，學生們在上課時積極參與討論問題，爭相發(fā)表意見、提出問題，學生的學習熱情、學習積極性、綜合能力等均得到了大幅度的提高。由此證明了力學課程初步改革的成效，對于工科類課程有借鑒意義。

［1］徐春暉，秦太驗.《材料力學》教學改革探討［J］.農(nóng)機化研究，2005(1):284～285.

［2］呂偉.應(yīng)用問題教學法改革材料力學的課堂教學模式［J］.力學與實踐，2001(2):64～65.

［3］郭秀峰.淺談多種教學手段在材料力學教學中的運用［J］.山西建筑，2002(4):110～111.

［4］孔美娜.如何激發(fā)學生學習制圖課的動機［J］.職業(yè)教育研究，2007(3):167.

［5］蔣持平.材料力學教學中的科學思維方式培養(yǎng)［J］.力學與實踐，2001(23):52.

Deepening Teaching Reforms in Mechanics of Materials and Cultivating Engineering Capability

Sun Lihong，Liu Baoliang
(Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin Heilongjiang 150024)

Mechanics of materials is an important and technological basic courses in the university of science and engineering，and it plays a role of a connecting between the past and the future.This paper discusses how to enhance the college students’comprehensive quality，training students in engineering consciousness and engineering capacity awareness and how to bring up the talents needed in the 21st century by discussing and practicing of teaching reforms in mechanics of materials.

mechanics of materials，engineering consciousness，engineering capability

G642.0

A

1672-3805(2011)05-0128-03

2011－07－10

中國高等教育學會教育科學“十一五”規(guī)劃重點研究項目“應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系下基礎(chǔ)課教學改革的研究與實踐”(編號:06AIJ0210137)

孫立紅(1976－)，男，哈爾濱人，黑龍江科技學院理學院副教授;研究方向:一般力學的教學和科研