張 速①

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601）

力學在漢語中的意思是力的科學，它在推動我國科學技術現代化發(fā)展過程中起重要的作用.作為對全國高?；A力學教學水平和教學改革成果大檢驗的“全國周培源大學生力學競賽”，每兩年舉行一次.它不僅受到教育部高教司、周培源基金會的支持，而且越來越多地受到各省市教育部門和高校的重視.這項競賽對促進各高校的基礎力學教學改革具有一定的推動作用.

在基礎力學中，材料力學對于工科院校來說，是一門重要的專業(yè)基礎課.但是，在傳統(tǒng)的教學方法、教學模式下，由于缺乏必要的工程背景，再加上材料力學有內容多的特點，一些學生便對材料力學課程產生畏難情緒，覺得這門課內容很難掌握，因此，逐漸失去對這門課學習的積極性和興趣.而材料力學課程的基礎不扎實，將對后續(xù)專業(yè)課程的學習產生非常大的影響.根據這種情況，在教學過程中，就要求教師設法創(chuàng)設一個良好的學習情境，其目的是激發(fā)學生學習這門課的興趣.常言道：“興趣是最好的老師”，學生一旦對某門課感興趣，就會自然而然地去學習它，主動探索，心情愉悅，效果最佳.

基于上述現狀，針對目前材料力學課程以往的教學模式，我們把在全國周培源大學生力學競賽輔導中采用的新教學模式：圍繞以幾種邏輯方法［1］為基礎的輔導教學，應用到材料力學課程教學過程中，經過幾年的教學實踐，效果良好.

1 新教學模式的內容

圍繞以幾種邏輯方法為基礎的教學模式內容是：

1）廣泛積累一些融基礎性、靈活性于一體的工程實例，引入材料力學課程的教學中，激發(fā)學生學習材料力學課程的興趣和積極性.

2）在上課過程中給出一些實際問題和趣味問題，通過學生自己建立力學模型，讓學生進行分析，從而加強學生力學建模能力和培養(yǎng)解決實際工程中力學問題的能力.

3）對于給出的實際問題和趣味問題，學生除會建立力學模型外，還必須要求學生會將材料力學里的許多知識點進行綜合，并利用熟知的解題方法來解決力學問題.

4）通過舉一些復雜綜合問題讓學生進行分析，使學生們提高解算復雜綜合題的能力，從而習慣于面對復雜的問題，以消除學生們的畏懼心理，逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力.

5）對工程力學知識特別感興趣的學生，還特別組織一個力學興趣小組進行活動.

2 課程新教學模式的實踐

根據上述新教學模式內容的要點，我們在課程教學過程中的具體實踐是：

1）引入大量的工程實例（包括案例等），根據各章的內容，采用做法是：比較-分類法.先將引入的工程實例進行比較分類，即分為軸向拉壓、剪切、扭轉、彎曲、組合變形和壓桿的穩(wěn)定等，然后再把這些工程實例應用于各章的教學過程中.例如：在講壓桿的穩(wěn)定這一章中，引用許多失穩(wěn)的案例：案例1 2000年10月25日上午10時30分，在南京電視臺演播中心演播廳屋頂澆筑混凝土施工，腳手架失穩(wěn)，造成演播廳屋頂模板倒塌.案例2 1907年加拿大魁北克橋的失穩(wěn)（跨度548 m，重9000 T），造成大橋坍塌.案例3 1922年冬天下大雪，美國華盛頓尼克爾卜克爾劇院由于屋頂結構中的一根壓桿超載失穩(wěn)，造成劇院倒塌.再如，在講剪切這一章鉚釘連接計算時，也引用許多實例，例如：廣東海珠橋大修后合攏傳統(tǒng)熱鉚釘技藝、米格-29機首下方鉚釘與機皮連接、某地鋼結構橋的鉚釘連接等.實踐表明，學生們的學習興趣得到提高.

2）全國周培源大學生力學競賽，其中一個重要的目的就是培養(yǎng)分析、解決實際工程中力學問題的能力，尤其是要加強力學建模的能力.在以往的教材中，典型例題和習題都是力學模型已建立好的，學生們已經養(yǎng)成根據給的力學模型來做題目的習慣；至于如何將實際問題簡化成力學模型，這方面知識卻很缺乏.根據這種情況，采用的做法是：歸納-演繹法.首先通過舉一些典型的工程實例，如鋼橋梁建模、工業(yè)單層廠房建模等，給學生們介紹一些力學建模的知識，同時還要求學生們能夠將所學過的一些約束模型、荷載的幾種簡化等進行歸納；然后，教師再給一些實例，讓學生們將歸納的力學模型的知識應用于這些實例.例如：體操運動員進行體操比賽的單杠力學模型、猴子爬繩力學模型、木橋加固模型、磚石結構中梁、柱和樓梯、陽臺力學模型等的建立，它們上面的荷載的簡化、內力、變形計算等問題.實踐表明：學生經過這方面的練習，不僅對材料力學課程內容感興趣，而且也為后續(xù)將要開設專業(yè)課打下基礎.

3）將材料力學里的許多知識點進行綜合，必須熟練系統(tǒng)地掌握各章的知識點.做法是：采用比較-分類法.就是由類和種的概念，把不同研究對象放在一起進行比較，根據共同點把事物歸為一大類，又根據差異點把一大類事物劃分為幾小類，再由各小類分成種，一層一層下去.這樣，經過比較和分類，雜亂無章的材料就會被整理的條理化、系列化.采用這種方法的益處是：可以訓練學生們思維能力、記憶能力.例如：在講述《材料力學》中軸向拉壓這一章時，運用比較-分類法可先列出如下圖框形式.

然后針對上述圖框形式，再一層一層地給學生們進行課程教學.實踐表明：在教學過程中，采用比較-分類法，不僅整章的結構內容層次分明、條理清楚、知識點能夠系統(tǒng)掌握，且便于記憶.

利用熟知的解題方法來解決力學問題.做法是：采用歸納-演繹法.所謂歸納-演繹法中的歸納：就是個別到一般，即通過材料力學典型的例題歸納出解題的一般方法.演繹：就是一般到個別，即把歸納出解題的一般方法應用于解決力學問題.采用這種邏輯方法可以訓練學生們的綜合思維能力和解決問題的能力.

在以往的材料力學課程的教學過程中，在講解典型例題時，通常給學生們介紹的只是解題思路和解題方法，但學生們很少自己能夠將解題思路和解題方法進行歸納總結，這樣造成的結果是：典型例題能看懂，但課后布置的習題往往不會做，更談不上用解題方法來解決力學問題.根據這種情況，對于每章每節(jié)的典型例題，要求學生自己首先根據例題的內容，考慮解題思路和解題方法，然后老師和學生一起對解題思路和解題方法進行完善、總結；其過程可以采用討論的形式，目的是調動學生們的主觀能動性.總之，對每個典型例題都歸納出解題方法；課后，再把這些解題方法，應用于做習題，分析、解決問題.實踐表明：學生不僅課后布置的習題不會感到很陌生、都會做，而且解決力學問題的能力也得到了一定的提高.

4）提高學生們解算復雜綜合題的能力，消除學生們的畏懼心理，逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力.做法是：采用分析-綜合法.應用該法的思路是：必須首先解剖事物的各個方面，各個部分，弄清各個部分的結構、功能及其在整體中的各種作用，然后再進行全面、總體的考慮，找到事物的本質特征及其規(guī)律.把該法用在力學解決問題上，可分為三部分，即：分過程→找知識點→后綜合.這里的分過程：就是把解決的問題分為幾個過程來分析；找知識點：就是尋找解決每個過程所需要的知識點以及相應的數學模型；后綜合：就是把每個過程所需要的相應數學模型綜合在一起最終解決問題.采用這種方法的益處可以全面系統(tǒng)地訓練學生們的綜合分析能力.

教學經驗表明：學生們往往畏懼的是分析復雜的綜合問題，這就要求在教學過程中必須加強對學生們進行這方面能力的訓練和培養(yǎng)，可以由淺入深地提供一些綜合題目讓學生們去分析和解決，這樣做的目的是使學生們習慣于面對復雜的問題，以消除學生們對復雜問題的畏懼心理.例如：組合變形的復雜應力狀態(tài)點強度計算問題、桿系結構強度、剛度和穩(wěn)定性綜合在一起的計算問題等，像這些綜合問題，一般都比較難，解決這些問題，學生們往往不知道如何下手.因此，在做每一個題前都要求學生們按照：先分過程→找知識點→后綜合的程序來考慮題目中的問題，而且要求學生們一定要養(yǎng)成按照這種邏輯思維、分析綜合問題方式的習慣.這樣，經過一段時間的練習和訓練，學生們基本上掌握這種邏輯思維的方法，并且通過教學實踐表明：學生們采用分析-綜合法這種思維方式考慮問題，不僅消除對綜合問題的畏懼心理，而且解決復雜綜合問題的能力也得到一定的提高.

5）對工程力學特別感興趣的學生，還特別組織一個力學興趣小組進行活動.這個小組由12、13級土木、道橋、交通專業(yè)的學生組成，教師由老、中、青力學教師組成，每星期三下午活動，老師和學生在一起對一些力學問題進行討論.

以上是我們將全國周培源大學生力學競賽輔導中采用的：圍繞以幾種邏輯方法為基礎的輔導教學，應用到材料力學課程教學過程中，它只是在材料力學教學過程中的一種嘗試，其經驗還在不斷地摸索，并且在今后的教學過程中有待進一步改進.

3 結語

全國周培源大學生力學競賽，不僅是教育部高教司主辦的大學生科技競賽中的重要賽事，而且它對于我國力學教學具有重要的促進作用.總之，在材料力學課程教學過程中，把在全國周培源大學生力學競賽輔導中采用的：圍繞以幾種邏輯方法［2-5］為基礎的教學模式，應用于材料力學課程教學.實踐表明：不僅激發(fā)學生學習材料力學課程的興趣與積極性，而且也提高材料力學課程的教學質量.

［1］劉安中，張速.幾種邏輯方法在力學競賽輔導中的應用［J］.力學與實踐，2012，34（3）：68-70.

［2］張速.方法論在材料力學課程教學中的應用［J］.力學與實踐，2008，30（6）：97-98.

［3］劉元亮，姚惠華，寇世琦，等.科學認識論與方法論［M］. 北京：清華大學出版社，1987.

［4］欒玉廣.自然科學技術研究方法［M］.合肥：中國科技大學出版社，2003.

［5］陳衡.科學研究的方法論［M］.北京：科學出版社，1982.