王　濤，羅洪峰，王　娟，廖宇蘭，李　粵

(海南大學(xué)　機(jī)電工程學(xué)院，?？凇?70228)

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材料力學(xué)教學(xué)改革的探索與實踐

王濤，羅洪峰，王娟，廖宇蘭，李粵

(海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，海口570228)

摘要為了提高材料力學(xué)教學(xué)質(zhì)量和增強(qiáng)學(xué)生掌握材料力學(xué)知識的效果，提高學(xué)生運(yùn)用材料力學(xué)知識分析問題解決問題的能力，提出了針對機(jī)械工程專業(yè)材料力學(xué)教學(xué)改革的具體措施：課堂教學(xué)注重力學(xué)知識的產(chǎn)生過程及背景介紹與分析，結(jié)合實踐提高學(xué)生運(yùn)用知識解決新問題的能力，鼓勵學(xué)生在科研課題中發(fā)現(xiàn)和分析新問題并創(chuàng)造新知識。課堂教學(xué)采用研究探究式教學(xué)模式，結(jié)合科研課題展開材料力學(xué)知識學(xué)習(xí)，重視材料力學(xué)實驗教學(xué)，課堂再現(xiàn)材料力學(xué)知識的產(chǎn)生過程，提高學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識解決問題的創(chuàng)造性。教學(xué)實踐結(jié)果表明：該措施能進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和靈活運(yùn)用力學(xué)知識的綜合素質(zhì)。有利于機(jī)械工程專業(yè)材料力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高，為具有創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)研究提供參考。

關(guān)鍵詞材料力學(xué)；創(chuàng)新能力；人才培養(yǎng)；探索與實踐

材料力學(xué)是機(jī)械類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，對于培養(yǎng)學(xué)生今后從事專業(yè)知識的工作有極大的作用。材料力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量提高始終是高等院校所重視的，長期以來同行進(jìn)行了大量的教學(xué)實踐及改革，效果顯著[1-6]。學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時，存在一系列的問題，例如，學(xué)生反映雖然理論聽懂了，也完成了基本的作業(yè)內(nèi)容，初步掌握了材料力學(xué)的基本知識，但是運(yùn)用材料力學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)造性解決問題的能力仍然顯得不足[7-10]。為此，我們結(jié)合多年的材料力學(xué)教學(xué)實踐提出材料力學(xué)的教學(xué)改革方案措施。作為引玉之磚，供同行參考。

1教學(xué)過程注重知識的產(chǎn)生原理及過程

在人類長期的生產(chǎn)實踐活動中，人們進(jìn)行了大量的科學(xué)試驗及歸納，總結(jié)出比較系統(tǒng)的材料力學(xué)知識，形成教科書上的基本知識。

材料力學(xué)教學(xué)教師在授課的過程中應(yīng)該從知識產(chǎn)生的詳細(xì)過程開始給學(xué)生進(jìn)行深入細(xì)致的剖析。課堂教學(xué)中對力學(xué)的基本概念產(chǎn)生的歷史背景及淵源，當(dāng)初科學(xué)家是如何提出所面臨的材料力學(xué)問題及解決該問題過程，對材料力學(xué)的性質(zhì)是如何研究的，要對學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)的說明和解釋。科學(xué)家經(jīng)過反復(fù)的實驗及數(shù)據(jù)分析總結(jié)出的經(jīng)典力學(xué)理論，最后又應(yīng)用經(jīng)典材料力學(xué)理論到實踐過程中。這樣學(xué)生在掌握一個材料力學(xué)基本概念的時候，對概念的提出背景及原因，概念的內(nèi)涵和外延及產(chǎn)生的過程和應(yīng)用等都能夠有更加深入的認(rèn)識。學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的知識就能夠真正變成活的知識并且形象生動有趣，這樣不但提高了學(xué)生理解力學(xué)基本概念和運(yùn)用材料力學(xué)知識的能力，也在學(xué)習(xí)材料力學(xué)基本概念的時候真正感覺到了樂趣，體會到先輩們的優(yōu)秀的思維品質(zhì)，能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對材料力學(xué)知識的深入思考。書本上以前看起來枯燥乏味的知識就能變成為活的知識。進(jìn)而真正內(nèi)化到學(xué)生的頭腦，對知識的理解程度就能夠更加深刻。

在介紹知識產(chǎn)生的過程中，學(xué)生無形中也對先輩們追求真理的科學(xué)精神非常欽佩，對進(jìn)行書本上來之不易的材料力學(xué)知識產(chǎn)生敬畏感。還能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對科學(xué)知識的追求。

在課堂教學(xué)中多加引用一些古代前輩們運(yùn)用材料力學(xué)知識創(chuàng)造出的優(yōu)秀成果，能激發(fā)學(xué)生的愛國主義熱情。尤其結(jié)合中國的古代先賢們在機(jī)械工程中的優(yōu)秀成果介紹，例如：秦始皇時期的銅車馬存在的力學(xué)知識及原理、兵馬俑等優(yōu)秀的作品展示，還有古代的戰(zhàn)車的構(gòu)造及春秋戰(zhàn)國時中國人發(fā)明的弩等材料力學(xué)原理，結(jié)合歷史人物張衡發(fā)明的渾天儀，西漢所發(fā)明的鼓車等裝備，結(jié)合我們國家的機(jī)械工程先進(jìn)成就等提高學(xué)生對我國古代機(jī)械的認(rèn)識，也進(jìn)一步使學(xué)生增強(qiáng)民族自信心和自豪感。

2提高學(xué)生的動手能力、力學(xué)實際應(yīng)用及科研能力

材料力學(xué)知識是在人們長期的生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的理論，理論必然又指導(dǎo)于實踐。對于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來說，明確機(jī)器的工作原理及構(gòu)造，對學(xué)生深刻理解材料力學(xué)知識在機(jī)械工程中的應(yīng)用有極其重要的作用。機(jī)械零部件設(shè)計及制造很多都是符合材料力學(xué)基本原理的，通過引導(dǎo)學(xué)生在課堂上及課下觀察常用的機(jī)械產(chǎn)品及構(gòu)造，分析材料力學(xué)的基本原理，學(xué)生對機(jī)械產(chǎn)品的認(rèn)識能夠更加深刻，也提高了學(xué)習(xí)材料力學(xué)興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

在教學(xué)過程中，鼓勵學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的材料力學(xué)原理自己動手制作相關(guān)參數(shù)測量的科研儀器。讓學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)理論知識的同時，針對課本上的力學(xué)參數(shù)，例如，楊氏模量E、切變模量G、梁的彎曲撓度的測量等，結(jié)合海南特色的農(nóng)作物及海洋產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)參數(shù)測量，鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的興趣課下開發(fā)基本力學(xué)參數(shù)測試儀器。經(jīng)過這樣的鍛煉和實踐，學(xué)生普遍對力學(xué)知識的應(yīng)有有個更加形象和直觀的認(rèn)識，在實踐中也真切體會到學(xué)習(xí)材料力學(xué)的價值，并能夠把自己所學(xué)的理論應(yīng)用到力學(xué)應(yīng)用實踐中去。結(jié)合海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院老師的海南特色課題研究，學(xué)生自行設(shè)計制作了木薯秸稈力學(xué)測試儀器、香蕉秸稈切割力學(xué)測試儀器及橡膠果脫殼機(jī)械測試儀器等。通過學(xué)生自己親手做試驗，完成海南相關(guān)農(nóng)作物等力學(xué)測試參數(shù)的測量課題，其中比較優(yōu)秀的學(xué)生經(jīng)過該過程的訓(xùn)練，進(jìn)一步對試驗結(jié)果的分析和整理，個別學(xué)生已在期刊上發(fā)表了科研論文。這些措施表明，學(xué)生對材料力學(xué)的理解和認(rèn)識就能更加深刻，力學(xué)學(xué)習(xí)的效果得到明顯的提高，學(xué)生反映說材料力學(xué)課程知識確實是活生生的，能夠真正內(nèi)化成學(xué)生的基本素質(zhì)，提高了自己的創(chuàng)造性。

3材料力學(xué)教學(xué)中采用研究式教學(xué)，發(fā)揮師生討論的學(xué)習(xí)模式

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的動力，如果學(xué)生對材料力學(xué)的知識發(fā)生濃厚的興趣，那么教學(xué)效果自然就更好，所以在授課的過程中，教師有意識地引用科研課題，尤其是國內(nèi)外針對材料力學(xué)應(yīng)用方面的課題研究案例，針對各個課題研究的目的和科研方法，結(jié)合研究的結(jié)果及意義分析等給學(xué)生進(jìn)行全面的呈現(xiàn)和介紹，把學(xué)生引入到材料力學(xué)的科研的情景之中，學(xué)生就以一個研究者角色進(jìn)行思維模式的切換，鼓勵學(xué)生進(jìn)行主動積極的思考，針對課題中面臨的問題和采用的方法，讓學(xué)生提出自己的見解并和學(xué)生共同分析所采用方法和方案的優(yōu)劣，這樣學(xué)生對整個課題研究過程和研究思路就有了更加深刻的認(rèn)識。

結(jié)合材料力學(xué)課程，拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲、組合變形及壓桿穩(wěn)定等基本內(nèi)容，各個章節(jié)都進(jìn)行了科研課題案例的引入，結(jié)合本校實際，搜集和整理關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械等實際科研過程中的科研案例進(jìn)行深入的剖析，這樣增加了學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)知識的積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)知識過程中啟發(fā)很大。同時也極大地提高了學(xué)習(xí)興趣，對國內(nèi)外關(guān)于材料力學(xué)的課題研究有了更加濃厚的研究興趣，并創(chuàng)造性地提出了新的解決方案。課下學(xué)生利用自己的課余時間對感興趣的題目查資料，找器材，做設(shè)計及研制等方式，進(jìn)一步深入研究，這些效果都比較明顯，提高了學(xué)生對材料力學(xué)的課程的學(xué)習(xí)熱情。

在課堂教學(xué)過程中，教師盡量要營造出科研課題研究的環(huán)境，提出問題和課題的背景，尤其要對課題的背景知識做詳細(xì)的說明，在課堂中有意讓學(xué)生提出新的設(shè)想和新的方案。實際在教學(xué)過程中，有的學(xué)生提出的新的方法和思路往往很富有創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。有的學(xué)生在課下積極畫圖并對課題深入研究，同時作為鼓勵的方式，對于這些善于動手分析思考的學(xué)生，在期末考試中適當(dāng)提高他們的平時成績，學(xué)生也感到非常滿意。

4重視材料力學(xué)實驗課，增加學(xué)生對知識產(chǎn)生的過程深刻理解

材料力學(xué)知識的獲得是人們在生產(chǎn)實踐上的經(jīng)驗總結(jié)，因此書本上的知識應(yīng)該能夠讓學(xué)生親自體驗，課堂教學(xué)中應(yīng)該創(chuàng)造條件對材料力學(xué)理論知識及規(guī)律做出試驗驗證及總結(jié)。例如，在講到彎曲的基本概念時，能夠在理論講解之前先進(jìn)行真正的彎曲演示試驗，學(xué)生眼見為實感覺到形象直觀，通過演示試驗教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行試驗的觀察和分析，并提出為什么梁加橫向載荷時，上下邊緣長度不一樣。同時，可以具體讓一學(xué)生用卡尺測量上下邊緣尺寸，確認(rèn)彎曲之前與彎曲之后尺寸有差異，那么學(xué)生和老師的共同參與該實驗，學(xué)生也真切地體會出上下邊緣尺寸確有差異，進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生思考這背后的原因和機(jī)理。師生共同參與到整個課程實驗之中，印象深刻，并且能引起學(xué)生極大的興趣，在推理梁橫截面的應(yīng)力公式時候，仍然再現(xiàn)和還原當(dāng)年科學(xué)家在探索推導(dǎo)該公式的過程，教學(xué)過程中適當(dāng)采用實驗教學(xué)與理論推導(dǎo)有機(jī)結(jié)合的方式，學(xué)生真正地體會到科學(xué)研究的過程并積極地思考，并從中領(lǐng)悟到尋找科學(xué)問題答案的基本思維方法，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)問題的方法，對材料力學(xué)的知識認(rèn)識就比被動地接受更能理解深刻，自然對公式的使用條件及使用方法及內(nèi)涵掌握更加到位。演示性試驗引入課程教學(xué)中能夠極大的提高學(xué)生興趣和他們的創(chuàng)造性，尤其是講完一個試驗過程中，讓學(xué)生進(jìn)一步課下對試驗裝置改進(jìn)或者重新創(chuàng)造性地提出試驗驗證方法，采用這樣的理論與實踐相結(jié)合的方式能夠提高學(xué)生對材料力學(xué)的濃厚興趣和創(chuàng)造性。提高了學(xué)生觀察自然現(xiàn)象，解決問題和總結(jié)歸納等能力。

5結(jié)束語

提高材料力學(xué)教學(xué)質(zhì)量是培養(yǎng)具有創(chuàng)新性人才的關(guān)鍵，是學(xué)生學(xué)好后繼專業(yè)課程的基礎(chǔ)。以上是我們針對提高機(jī)械類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程質(zhì)量的一些嘗試，今后還要更進(jìn)一步結(jié)合學(xué)生的特點和實際情況，結(jié)合個性化教學(xué)，達(dá)到因材施教，進(jìn)一步深入探索提高材料力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量的方法和措施。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期:2015-04-15；修改期日：2015-05-09

基金項目：中西部高校提升綜合實力工作基金(2013年)。

作者簡介：王濤(1980 -)，男，碩士，副教授，主要從事機(jī)電液系統(tǒng)設(shè)計與測試研究。

中圖分類號G642.0；O341

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.034

Exploration and Practice of Material Mechanics Teaching Reform

WANG Tao，LUO Hongfeng，WANG Juan，LIAO Yulan，LI Yue

(College of Electrical Mechanical Engineering，Hainan University，Haikou 570228，China)

AbstractTo improve the teaching quality of Materials mechanics，promote students’ proficiency of the knowledge and the ability to analyze realistic problems with it，we reform the traditional teaching method in materials mechanics for mechanical engineering students and present some specific measures.These measures applied during teaching procedure include：pay attention to the emergency of mechanical knowledge and relative backgrounds;combine the theory with practice to enhance students’ ability to solve new problems through their knowledge;encourage students to find，analyze and create new things in scientific research program.Research-type teaching pattern is used in our materials mechanics teaching process：combine the research program with theory teaching，emphasize the experimental teaching;reappear the emergency of mechanical knowledge，promote students’ innovation to handle problems their confronting by strength of mechanical knowledge.The teaching practice shows that the reforms can further enhance students’ innovation and the comprehensive quality of using mechanical knowledge flexibly.This reform can benefit Strength of Materials’ teaching quality and offer a reference for cultivating innovative talents.

Key wordsmechanics of materials;innovation ability;cultivation of talents；exploration and practice