【摘要】材料力學(xué)課程內(nèi)容多，理論性強(qiáng)，部分內(nèi)容抽象、難理解。針對這一特點，本文就材料力學(xué)課程在新形勢下的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核模式等方面進(jìn)行探討，以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；教學(xué)手段；考核模式

《材料力學(xué)》是工科學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是學(xué)習(xí)后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)，是解決工程實際問題的重要方法和手段。我校有公路、汽車、機(jī)械、建工、環(huán)工、建筑和材料等7個學(xué)院近28個專業(yè)開設(shè)了材料力學(xué)課程，涉及學(xué)生3 000多人。但無論是從教學(xué)內(nèi)容上，還是從教學(xué)手段和教學(xué)方法上，都有許多地方不能適應(yīng)當(dāng)前高等教育教學(xué)改革的要求。就教學(xué)內(nèi)容而言，多年來一直沒有重大變化，由此造成教學(xué)內(nèi)容陳舊而缺乏創(chuàng)新。并且，在教學(xué)方法上，也保留了過去那種講得過多、過細(xì)、過全的傾向，使得學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性和積極性。在教學(xué)手段上，仍以傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式為主，而與教材內(nèi)容相配套的多媒體課件使用不夠。為提高材料力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出適應(yīng)21世紀(jì)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的合格人才，筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核模式等方面，作了若干的探索和嘗試。

一教學(xué)內(nèi)容的改革

1．優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。我校材料力學(xué)課程基本上還是沿襲以“拉伸→剪切→扭轉(zhuǎn)→彎曲”為主線的內(nèi)容體系，且每種基本變形都按“外力→內(nèi)力→應(yīng)力→變形→……”的次序進(jìn)行研究，各種基本變形又都采用“平面假設(shè)→變形幾何關(guān)系→物理關(guān)系→靜力平衡條件→應(yīng)力公式”這一相同的推導(dǎo)過程。顯然，這種按基本變形進(jìn)行多重循環(huán)的內(nèi)容體系，內(nèi)容重復(fù)多、學(xué)時量大，從第二種基本變形開始教學(xué)過程就缺乏新意，難以激發(fā)學(xué)生的興趣。針對這一現(xiàn)狀，我們應(yīng)從重視學(xué)生能力與素質(zhì)培養(yǎng)的要求出發(fā)，采用模塊式教學(xué)結(jié)構(gòu)，將課程內(nèi)容分為“桿件內(nèi)力、應(yīng)力與強(qiáng)度計算、變形與剛度計算、能量方法與超靜定問題、壓桿穩(wěn)定”等模塊，把各種基本變形的共性問題（如內(nèi)力、應(yīng)力、變形等）集中起來討論；同時對教材進(jìn)行合理地取舍，比如刪除與《大學(xué)物理》和《理論力學(xué)》內(nèi)容重合的部分以及一些過時的內(nèi)容。這樣既減少了不必要的重復(fù)，節(jié)省教學(xué)學(xué)時，又便于教師組織課堂教學(xué)，提高教學(xué)效率，保證教學(xué)質(zhì)量。

另外，教師應(yīng)在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行拓展，把前沿和熱點方面的知識引入課堂教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容貼近時代，體現(xiàn)出科技進(jìn)步對學(xué)科發(fā)展和工程應(yīng)用所帶來的影響。比如在教學(xué)材料力學(xué)性能時，隨著新材料在工程領(lǐng)域的大量涌現(xiàn)，僅限于研究金屬材料的力學(xué)性能是不夠的。適時補(bǔ)充工程中廣泛使用的新材料及正在發(fā)展的智能材料是時代的要求，比如加一些單晶、人工超晶格、復(fù)合材料和納米材料的開發(fā)和應(yīng)用，使學(xué)生不僅掌握了經(jīng)典材料的性能，也同時了解了當(dāng)今材料領(lǐng)域研究的新成果。當(dāng)然教師進(jìn)行知識拓展時應(yīng)簡短，不可拖沓冗長；同時教師應(yīng)在原有經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，提高該課程的起點，引入復(fù)合材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等近現(xiàn)代知識，介紹處理工程實際問題的方法，如有限元法、邊界元法和無網(wǎng)格法等，這不僅會提高學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容的興趣，也有利于學(xué)生理論聯(lián)系實際解決問題。

2.加強(qiáng)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)。材料力學(xué)實驗是“材料力學(xué)”課程的重要組成部分，通過實驗教學(xué)可以幫助學(xué)生理解掌握“材料力學(xué)”的基本概念和理論，在培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新精神方面有著其他教學(xué)方法不可替代的作用。因此，本著培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，針對目前材料力學(xué)實驗課的一些弊端，改革傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗，建立新的實驗教學(xué)方法、內(nèi)容是必要的。

（1）更新實驗教學(xué)觀念。傳統(tǒng)實驗多是驗證性實驗，內(nèi)容單一，形式固定，主要是教師演示，學(xué)生觀看，學(xué)生處于被動地位，導(dǎo)致學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造欲望，限制了學(xué)生能力和素質(zhì)的提高。因此，實驗教學(xué)必須將過去的以教師為中心、學(xué)生被動參與的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐越處煘橹鲗?dǎo)、學(xué)生為主體、師生共同探索的方式，充分調(diào)動學(xué)生在實驗中的積極性和主觀能動性。

（2）改革實驗教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)實驗的主要內(nèi)容為拉壓、扭轉(zhuǎn)和直梁彎曲正應(yīng)力實驗，這些實驗雖然對學(xué)生加深理論知識的理解和掌握是必要的，但實驗內(nèi)容與工程實際、高新技術(shù)結(jié)合較少，實用性較差，要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力，應(yīng)該在精選基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上開設(shè)工程模擬實驗。工程模擬實驗是指以工程實際為背景，根據(jù)實驗室條件進(jìn)行了適當(dāng)簡化的實驗。通過工程模擬實驗，學(xué)生不僅能親身經(jīng)歷用所學(xué)知識解決工程實際問題的全過程，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合的工程分析能力，形成良好的工程素質(zhì)和動手能力。

二教學(xué)方法的改革

在當(dāng)前高等學(xué)校的教學(xué)改革中，如何使學(xué)生能夠當(dāng)堂掌握基本概念和理論，學(xué)會科學(xué)分析和研究的方法，課堂教學(xué)改革顯得尤為重要。因為課堂教學(xué)集中體現(xiàn)了教育的基本要求，體現(xiàn)了人才培養(yǎng)的過程，直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。這就要求教師要特別注意課堂講授方法的學(xué)習(xí)、研究。要充分認(rèn)識到教學(xué)過程的信息傳遞中學(xué)生是主體，而不是消極、被動獲取知識的客體。教師則起主導(dǎo)作用，根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，變“灌輸式”教學(xué)方法為“感知式”“總結(jié)式”“討論式”“對比式”和“自學(xué)輔導(dǎo)式”的教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，讓學(xué)生通過自己的積極思考，在參與中順利地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

1．感知式教學(xué)法。在講授某些抽象概念時，教師可通過使用教具使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有直觀認(rèn)識。比如在講述壓桿穩(wěn)定時，可以取相同截面尺寸的兩根長短不一的小木條，當(dāng)木桿很短時，即使施加很大的軸向壓力，也不能使其破壞，而且始終保持直線狀態(tài)；但當(dāng)木桿較長時，在較小的壓力作用下，桿就會突然彎曲而喪失承載力。從而說明，細(xì)長壓桿之所以喪失承載力是由于其不能維持原有的直線平衡態(tài)所致。實例的引入讓學(xué)生親近了學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)而提升了學(xué)習(xí)興趣。

2.總結(jié)式教學(xué)法。教師在一些章節(jié)結(jié)束后應(yīng)及時進(jìn)行小結(jié)歸納，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握知識，培養(yǎng)學(xué)生的分析和歸納能力。例如，在講授完四種基本變形后可總結(jié)思維圖，這是每一種基本變形的思維主線，條理化后不僅使學(xué)生了解各基本變形間的內(nèi)在聯(lián)系，而且為應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析以及組合變形的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3．討論式教學(xué)法。為了能使學(xué)生在原有基礎(chǔ)上學(xué)會、學(xué)懂新知識，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計難易不同的討論題，旨在培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)想力和發(fā)散思維能力，使學(xué)生懂得“問題是什么”“問題的性質(zhì)是什么”“解決問題的方法是什么”，讓學(xué)生帶著興趣圍繞重點難點比較、分析，讓學(xué)生主動思考，多向交流，從而達(dá)到對知識的理解和消化。這種方法有助于引導(dǎo)學(xué)生積極思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)知識和應(yīng)用知識，提高學(xué)生的實踐能力。這種方法應(yīng)用在例題求解過程的討論和學(xué)生比較易犯的概念性錯誤等方面非常有效。

4．對比式教學(xué)法。對比法就是把兩部分內(nèi)容進(jìn)行分類、比較，同中求異。如在分析各種基本變形的特點時，努力找其差別；或是異中求同，雖然各種基本變形的應(yīng)力、變形公式及其內(nèi)容各不相同，物理意義也不相同，但在表達(dá)式上卻有類似之處，推導(dǎo)過程基本相同。因此，系統(tǒng)地講解拉壓變形后，可用類比的方法順利地過渡到其他基本變形的講解。

采用對比式教學(xué)法，不僅容易過渡到新的知識點，也有助于將各知識點進(jìn)行歸納和總結(jié)，加強(qiáng)知識的系統(tǒng)化，更有利于學(xué)生深刻地理解概念、活躍思想、擴(kuò)展知識。

5．自學(xué)輔導(dǎo)法。該方法是以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，自學(xué)輔導(dǎo)教材為客體，培養(yǎng)學(xué)生從“學(xué)會”走向“會學(xué)”的教學(xué)方法。在教學(xué)過程中，教師不必什么都講，對于一些簡單的、非重點的內(nèi)容或?qū)W生容易看懂的內(nèi)容可以給學(xué)生留下思考時間，向?qū)W生提出自學(xué)要求，布置課外作業(yè)，讓學(xué)生自行完成本章的學(xué)習(xí)。

三教學(xué)手段的改革

教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容的完成，除了需要優(yōu)化教學(xué)方法，還需采用合適的教學(xué)手段。隨著計算機(jī)在教學(xué)中的普遍運(yùn)用，多媒體教學(xué)成為一種重要的輔助教學(xué)手段。多媒體教學(xué)的優(yōu)勢之一在于通過使用圖片、動畫視頻、聲音和文字，使枯燥抽象、難以用語言描述清楚的力學(xué)原理、概念變得生動具體。這不僅使學(xué)生接受起來容易，而且大大節(jié)省了教師的板書時間，使得教師有大量的時間將教學(xué)環(huán)節(jié)中比較重要的概念、習(xí)題在課堂上進(jìn)行討論和講解，從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握課程內(nèi)容。比如在講解材料的力學(xué)性能時，可通過動畫模擬，演示低碳鋼和灰鑄鐵兩種不同材料靜力拉伸時的力學(xué)實驗，學(xué)生可直觀形象地觀察試件從加載開始到斷裂的整個過程，通過觀察、思考和對比分析，總結(jié)塑性材料和脆性材料的力學(xué)性能的不同點。同時，借助多媒體課件課程內(nèi)容的重點和難點能方便地重放和交叉回放，這便于教師組織講稿，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能融會貫通。

多媒體教學(xué)的優(yōu)勢之二是有限的學(xué)時內(nèi)容納了大量信息，可以傳輸更多、更新的知識給學(xué)生。比如《緒論》這一章涵蓋的信息較多，而且信息之間又缺乏必要的力學(xué)聯(lián)系，如果穿插進(jìn)行多媒體視頻教學(xué)，給學(xué)生提供大量的工程案例，使學(xué)生通過畫面和聲音接觸客觀的具體事物和現(xiàn)象，使抽象的理論具體化，可以幫助學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后續(xù)內(nèi)容的興趣。

但要特別注意的是，在材料力學(xué)的教學(xué)中，多媒體教學(xué)只能是輔助教學(xué)手段，并非采用得越多越好。首先，由于多媒體教學(xué)中師生交流互動較少，學(xué)生反饋的信息當(dāng)堂難以調(diào)整，加之屏幕較小，學(xué)生容易產(chǎn)生視覺和注意力疲勞。其次，根據(jù)材料力學(xué)的課程特點，部分章節(jié)的基本公式推導(dǎo)繁多，如果采用多媒體課件，勢必模擬板書的方式，一步一步地顯示公式的推導(dǎo)過程。然而，由于公式推導(dǎo)過程長，步驟多，在一頁幻燈片上顯示的內(nèi)容有限，那么就需要多張幻燈片來顯示，造成在相關(guān)知識的連接對應(yīng)上不直觀，授課的連續(xù)性和流暢性會受到影響，從而影響學(xué)生的聽課效果。因此，對一些重點、難點的問題，要將多媒體教學(xué)與板書教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來，各取所長，優(yōu)勢互補(bǔ)，以期達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

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（作者單位：長安大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系）

責(zé)任編輯：李 林