关于提高材料力学课程教学效果的几点思考

摘要:针对目前工科院校中材料力学授课学时大幅削减而教学要求反而提高的现状,作者结合多年来的教学经验,对材料力学课程的教学体系和内容、教学手段作了一些改革与探索。实践表明,这些措施有效地提高了学生学习材料力学的积极性,取得了较好的效果。

关键词:材料力学 课程体系和内容 教学手段

1 材料力学课程教学的现状

材料力学[1-3]是高等院校土木工程、机械等工科专业学生一门必修的重要基础课,该课程与工程实际有着紧密联系,实用性很强,在工科教学中起着承上启下的作用。作为基础课和专业课的桥梁,材料力学能为后续相关专业课程(钢结构设计原理、混凝土结构设计原理、结构抗震设计和桥梁工程等)奠定基础,直接关系到学生对专业课掌握的好坏程度,因此材料力学在众多课程中占有极为重要的地位。

近几年来,随着高等教育的改革和发展,高等院校的课程设置和授课学时的分配都发生很大的变化,材料力学的授课学时也被大量削减,因此目前高等院校的教学现状是内容多、学时少、学生对力学课程的学习缺乏兴趣。另外,由于高等院校的招生规模不断扩大,生源总体素质也有所下降,学生的基本功相差较大,因此传统的教学方法和教学手段已不再适应,为了提高本课程的教学效果,有必要在教学方式及其内容方面进行改革和调整[4-5]。

2 材料力学课程体系及内容的调整

一门课程的课程体系和内容对教学效果有着至关重要的影响。近年来,材料力学课程体系和内容上虽有一些的调整,在一定程度上提高了教学效果,但仍有值得思考和改进的地方。

在传统的材料力学的教学过程中,其课程体系大都是以四种基本变形(即:轴向拉压、剪切、扭转和弯曲)为主线,对课程的基本概念、基本理论及方法由简单到复杂、由特殊到一般进行了详尽的阐述,以致长期以来形成了这种固定的教学模式,这种授课思路看似很容易让学生理解和接受,然而事实上并没有达到预想的教学效果,甚至有些学生在学完这门课以后都没有形成基本的力学概念。根据多年的教学经验,笔者认为造成这种局面的原因是:这种由简单到复杂的课程内容体系讲述过多、过细,而且材料力学中知识点众多而凌乱,导致学生只专注于一些细节方面而不能从总体上把握力学概念。

为了让学生建立正确而清晰的力学概念、扎实的掌握材料力学知识,笔者尝试将材料力学课程内容进行如下调整:

(1)在讲述绪论之后,先逐一阐述内力、应力、应变、变形等基本概念,再分别介绍四种基本变形。由于这几个概念是学好材料力学的前提,开始就应该阐述清楚,让学生深刻认识到这些概念的重要性,从而提高对该课程学习的兴趣并打下坚实的基础。

(2)在论述杆件轴向拉压、剪切、扭转、弯曲四种基本变形的基本理论时,为了避免由于分析方法的相似而造成教学内容的重复,建议将杆件变形的基本理论和分析方法进行统一讲授,从一般到特殊,然后再根据杆件所受的不同外力具体到每种基本变形,这样不但能够减少重复内容和减少授课学时,更重要的是能够使学生很容易将四种基本变形有机地结合起来,并掌握各种基本变形的异同点。

(3)材料力学中的超静定问题也是一个很重要的内容,因为这一部分是解决理论力学所不能解决的简单超静定问题,很多教师都是在讲每种基本变形时顺其自然地讲解相应的超静定问题,这样的授课安排可以很连贯的讲授每种基本变形的每一个问题,有它的合理性。但其实三种超静定(拉压超静定、扭转超静定和简单超静定梁)问题的求解思路和方法是相同的,建议单独成立一个超静定问题的专题,将求解超静定问题的思路和方法阐述清楚,这样任何具体的超静定问题都能迎刃而解,学生能更好的理解也更容易从整体上掌握超静定问题的求解。

(4)将组合变形紧跟在四种基本变形之后,四种基本变形掌握了,组合变形就是其中两种或多种基本变形的叠加,学生自然而然地容易接受,而关于组合变形的强度问题这一部分可以放到强度理论中,作为强度理论的算例给学生讲解,这样学生不但能够很好地掌握杆件的变形,并且还能更深入地理解强度理论的应用。

(5)关于平面图形的几何性质,虽然大部分教材都将这一部分内容编排在最后,但是由于在基本变形理论中要用到横截面的几何性质,所以建议将它提到四种基本变形之前讲授,学生在后续学习当中要用的时候才不会陌生。这一部分内容完全是孤立于材料力学之外的,其中涉及到微积分等数学方面的知识,许多数学基础不好的学生就感觉很头疼,在这种情况下,适当降低要求,繁琐复杂的数学推导少讲,要求学生能够熟练运用公式即可。

3 多种教学手段相结合

长期以来,力学课程的教学都是以板书为主,跟学生进行面对面的即时交流。然而近几年来现代教育技术的快速发展,学校的教学条件也有了极大的改善,为我们教学手段的多样化提供了条件。笔者建议采用多媒体课件、板书和教具演示相结合的授课方式,这样可以帮助学生更好地理解材料力学的基本概念、更深入地掌握材料力学的基本理论。比如,备课过程中利用有限元软件制作杆件受力产生的应力云图、变形图,使学生对应力、变形的概念更加直观;利用板书进行理论公式的推导和例题讲解,这样可以让学生清楚结果的来龙去脉。因此,将传统的教学方式和现代化教学手段有机结合起来,可大大地激发学生学习的兴趣和积极性,从而提高教学效果。

4 材料力学课程考核制度改革

材料力学的课程考核大都是针对所教内容采用闭卷方式的笔试,事实证明,这种传统的应试教育考核方式不但不能提高学生的过关率,尤为严重的是无法检查学生掌握知识的真实情况,妨碍了学生素质能力的培养。

面对目前考核方式的现状和提高学生综合素质的要求,很有必要对材料力学课程考核进行改革。笔者认为应该将材料力学课程考试的目的调整到既能督促学生掌握好所学内容,又能提高其力学素质,比如在考试中适当减小基础理论考核成绩的比重,同时适当加大对学生能力与素质的考核,以此调动学生学习力学的积极性,从而提高学生的力学考试过关率和力学基础知识,进一步提高力学教学质量。

5 结语

鉴于以上原因,笔者尝试从课程体系和内容的调整到教学手段的运用和考核方式等几个方面来提高材料力学的教学效果。实践表明,学生学习材料力学的积极性提高了,考核成绩也有了明显的进步,取得了较好的教学效果。

参考文献:

[1] 刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2004.

[2] 孙训方.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3] 范钦珊,殷雅俊.材料力学[M].北京:清华大学出版社,2004.

[4] 韦成龙,李学罡,徐飞鸿.材料力学教学内容改革的研究与实践材料力学[J].力学与实践,2002,24(3):53-54.

[5] 李忠华,邰英楼,孙可明.材料力学教学改革新思路[J].辽宁工程技术大学学报,2003,5(6):49-50.

基金项目:中南林业科技大学校级教改项目-材料力学考试系统的研究与开发