張小安,范開敏

(四川文理學院1.智能制造學院;2.達州智能制造產業(yè)技術研究院,四川達州635000)

少學時《材料力學》課程教學內容及方法探究

張小安1,2,范開敏1

(四川文理學院1.智能制造學院;2.達州智能制造產業(yè)技術研究院,四川達州635000)

針對當前高校普遍壓縮該課程教學課時的情況,探討《材料力學》課程的教學內容的取舍,并對如何提高學生的學習興趣,降低學生學習本課程時的難度提出了一些思路.

材料力學;教學內容;教學方法;基本措施

《材料力學》是高校理工科專業(yè)一門承上啟下的專業(yè)技術基礎課,是和實踐應用聯(lián)系較為緊密的一門課程.《材料力學》是力學專業(yè)、水利工程專業(yè)、機械工程專業(yè)、建筑結構工程專業(yè)、道路橋梁工程專業(yè)、車輛工程專業(yè)等的必修課,是機械設計、結構力學、建筑結構等課的選修課程,更是解決工程實際的理論基礎.《材料力學》系統(tǒng)的、理論化的發(fā)展至今已有300余年的歷史,其中的經典理論從古到今的工程實踐和科學技術中一直被廣泛應用.[1－3]其在培養(yǎng)應用型人才中也發(fā)揮著重要作用.本文就材料力學課程的教學內容和教學方法進行一些初步探索.

1 教學內容

根據各個專業(yè)、各個不同教學層次對知識側重點要求的不同,現(xiàn)在市場上材料力學教材版本較多,應根據各專業(yè)的專業(yè)特點要求選擇合適的教材,一般機械類專業(yè)選擇劉鴻文主編的教材較為合適.該教材內容涵蓋了為后續(xù)機械專業(yè)課程的學習所必須掌握的全部內容.

1.1 教學內容的取舍

隨著高校教育教學改革,各個學科專業(yè)都在壓縮課時,材料力學由原來的120課時到現(xiàn)在的64課時,理論講述只有48課時,教材為了系統(tǒng)性和完整性所編排的上下兩冊內容在現(xiàn)有課時情況下是不能全部講述的.[1]且該門課程基本假設多、公式多、知識點繁雜、理論知識抽象,在學習過程中有一定難度.把材料力學知識點全面?zhèn)魇诮o學生對教師教學和學生學習都有較大的難度.劉鴻文主編教材上冊有九章,[1]主要內容見表1.

表1 材料力學上冊主要內容

在這些章節(jié)知識點中,重要的是桿件的四種基本變形,即拉壓、剪切、扭轉、彎曲.這四種變形在日常生活和工程實踐中隨處可見.通過材料力學的學習,要求學生深刻理解桿件強度、剛度、穩(wěn)定性的概念,并能運用基本理論、基本運算對簡單的工程實踐中所涉及桿件的基本變形做必要的分析與設計.因此前六章為本書講授重點部分,其中第七章的應力應變、強度理論是除了前邊幾章基本變形外的一個較為重要的知識點.在時間有限的情況下應保證學生對前七章知識理解、運用掌握的基礎上再進行后續(xù)課程的學習.

1.2 教學內容的講授

《材料力學》涉及的內容屬于固體力學和材料科學,但是又不同于固體力學.材料力學所研究的對象,僅限于軸線為直線的等直桿件物體;同時也不同于材料科學,它只研究材料宏觀的力學行為不涉及材料的微觀機理.[4]在講授的過程中既要聯(lián)系前期已經學習過的知識,同時也要加以區(qū)分,即“聯(lián)系、區(qū)別”.一般材料力學課程安排在理論力學課程之后,在講授的時候要強調理論力學研究對象為剛體,而材料力學的研究對象為彈性體.研究對象的不同使得理論力學中很多理論在材料力學中不再適用.比如緒論一節(jié)里所介紹的材料力學中的內力和理論力學中內力的概念就應加以區(qū)分.在緒論部分介紹材料力學基本假設的時候還可以和先修的機械工程材料的一些知識加以聯(lián)系和區(qū)別.

對于四種基本變形劉鴻文主編的《材料力學》一書中《主要介紹了拉壓、扭轉、彎曲三種基本變形.對該三種變形每種變形都進行了大篇幅理論的系統(tǒng)的介紹,其遵循了“軸力－應力－強度－剛度”這么一條線在講解.同時又都遵循“平面假設－變形幾何關系－物理關系－靜力平衡條件－應力公式－計算變形量公式”這么一條線講解.[5]比如“拉壓變形”開篇所講的“截面法”求軸力同樣適用于“扭轉變形”與“彎曲變形”求內力.拉壓變形強度計算可以解決強度校核、確定截面尺寸、確定系統(tǒng)許可載荷這三類問題,后邊的扭轉變形和彎曲變形的強度計算同樣是解決這幾類問題.這種在三種變形中運用同一方法的例子較多,此處不再敘述.總之,在講授材料力學這門課程的時候要突出共性,強化概念讓學生深刻理解事物的內在共性,掌握課程的精華.

2 教學方法

材料力學課程學習過程中,普遍存在學生學習熱情度不高,授課效果較差的現(xiàn)象.針對這種情況應采用各個不同的方法,提高同學們的學習熱情,講透基本概念,使學生了解本課程知識在日常生活中的應用,增強學生學習的成就感和使命感.2.1 講好緒論,激發(fā)興趣

材料力學是經典力學和生產實踐相結合而發(fā)展的一門學科,現(xiàn)實生活中運用材料力學而成的例子比比皆是.講好緒論,可以大大激發(fā)學生對材料力學這門課程的好奇心從而增加其學習的興趣.同時,在講授緒論中要將材料力學研究的對象、任務;研究方法;基本假設及桿件的基本變形等問題講清楚.這就要求教師不僅對材料力學的內容要有深刻理解,同時對材料力學的產生、發(fā)展及現(xiàn)狀全面了解.在開篇介紹材料力學的時候,可以從學生熟悉的力學課程的力學體系介紹引入材料力學的概念.在講授材料力學起源及現(xiàn)狀的時候,可用一些從古流傳至今的偉大工程實例.如趙州橋,其長度為50.82米跨度為37.72米,用石料2800余噸,歷經了10次水災,8次戰(zhàn)亂和多次地震,至今完好.山西應縣木塔建于1056年,塔高67.31米,底層直徑30.27米,全塔耗木料3000立方米,2600多噸,純木結構、無釘無鉚,900多年來歷經數(shù)次地震不倒,是中國現(xiàn)存最高最古的一座木構塔式建筑.以此展示我們先輩對本門知識不管在生活實踐還是工程技術中的理解之深刻、運用之成熟,即便當時他們沒有做嚴格的邏輯推理及數(shù)學分析.

2.2 理論聯(lián)系實際,加深知識的理解

與實踐結合緊密是材料力學課程一個重要的特點,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實踐的能力顯得尤為重要,在教學過程中可以精選一些工程實例進行分析、講解.這樣通過實際應用加深了學生對知識的理解,也培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系實際的能力.在講授剪切變形的時候,首先對比生活中的事例,比如剪刀剪東西時上下兩個刀刃是不是對齊的、夏天吃黃瓜時上門牙和下門牙的位置怎么布置的.這樣學生在今后的學習中看見剪刀或者吃固體的需要上下牙剪斷的東西就會想到剪切變形,對該概念的書面文字的理解轉化為生活常識的理解.在扭轉變形時讓大家想想,如果手洗床單讓床單快干就需要兩個同學兩邊各站一人扭轉,金工實習時給圓柱外表面加工螺紋時所做的動作,就可以很快地引入扭轉變形的概念.彎曲變形較復雜,在講解之前讓學生思考教室屋頂混凝土大梁橫截面面積的形狀、放置方式.通過這些實例,讓學生感受材料力學的神奇,同時也讓學生知道了材料力學和生活密切相連,并沒有書本上用那么多公式表現(xiàn)的那么難,增強學生學習的信心.

2.3 把握學科特點,培養(yǎng)科學思維

任何一門學科的授課,不僅要注重傳授具體知識,同時也要培養(yǎng)學生科學思維,達到即授“魚”又授“漁”,材料力學課程也不例外.材料力學課程假設多、概念多、公式多,但分析問題的方式方法卻基本相同,前后章節(jié)內在聯(lián)系緊密.為了讓學生在后續(xù)課程的學習中不為那些新的公式所困擾,在拉壓變形中就應將一些基本方法、原理講透徹:即對待一個受力桿件首先是分析所受外力的特點,其次是軸力的求法、軸力圖的繪制、截面上應力的求法、斜截面上應力的求法、強度條件及計算、拉壓變形胡克定律成立的條件、桿件單位長度的變形量及剛度條件及計算.從一開始就給學生建立一個系統(tǒng)的、聯(lián)系的分析問題的基本思路,在后續(xù)章節(jié)中以這樣的程序再學習一邊,最終,使得學生對材料力學中分析問題時可以遵循一定的科學思維.

2.4 前后類比,降低學習難度

在材料力學的授課過程中,教師要引導學生將前后知識、新舊知識之間進行比較,搞清它們之間的聯(lián)系與區(qū)別.這樣一則可以幫助學生將已經學習過的知識由“點”“線”“面”的形式串接起來,形成知識體系,是為“溫故”,二則可以讓學生對后續(xù)要學習的知識的概念、方法等有一個大致的了解,是為“知新”.比如在學習完拉壓變形后要進行扭轉變形學習時,在復習完拉壓變形基本知識點后,可以簡要介紹扭轉變形的研究過程,前后類比而達到降低學習難度的目的.類比如表2.

表2 拉壓變形和扭轉變形參數(shù)對比

此外,材料力學中前后章節(jié)公式很多,但許多公式內在形式是一致的,通過類比幫助深刻理解公式,便于記憶.例如.兩公式雖然描述的變形不同,表達的量不一樣,但都可以寫為其中,x表示ΔL或φ.通過這樣的對比,整本書中很多的公式都可以這樣記憶.

3 結論

材料力學課程作為工科院校許多工科專業(yè)的一門核心基礎課程,對授課教師和學生而言提高其教學質量、學習質量是一個嚴肅的問題.隨著社會的發(fā)展學生對知識應用于實踐的要求越來越高,材料力學作為和實踐聯(lián)系緊密的一門課程,在鍛煉學生形成科學思維、提高動手能力方面發(fā)揮著重要作用,在教學過程中提高學生的工程能力是現(xiàn)今教學的根本目的.

[1]劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社,2010:1－4.

[2]孫訓方,方孝淑,關來泰.材料力學[M].北京:高等教育出版社,2009:1－5.

[3]劉 露,沈玉鳳.提高《材料力學》教學質量的研究[J].中國科技信息,2012(10):140.

[4]李軍強.材料力學課程課堂教學方法探討[J].高等函授學報:自然科學版,2012(5):54－57.

[5]謝 冰.改進材料力學課程教學的幾點體會[J].中國教育技術裝備,2012(4):70－72.

[責任編輯 范 藻]

Research on the Teaching Contents and Methods of Mechanics of Materials with Less Lessons

ZHANG Xiaoan1－2,FAN Kaimin1
(1.Intelligent Manufacturing School of Sichuan University of Arts and Sciences,Dazhou Sichuan 635000; 2.Dazhou Intelligent Manufacturing Industrial Technology Institute,Dazhou Sichuan 635000,China)

This paper is going to research on the teaching contents and methods of the course Mechanics of Materials.In view of the teaching arrangements compression in the current university,this paper discusses the teaching content selection of Mechanics of Materials,and puts forward some basicmeasures on how to improve students’interest in study,and reduce the difficulty in learning the course.

material Mechanics;teaching content;teaching method;basic measures

G427

A

1674－5248(2017)05－0132－03

2017－05－20

四川文理學院教育教學改革研究項目“理工科實驗教學改革實踐——以材料力學實驗教改為例”(2013JY16)

張小安(1979—),男,陜西咸陽人.助教,碩士,主要從事材料力學教學及數(shù)字化裝備與制面研究.