裴長(zhǎng)春

(延邊大學(xué)工學(xué)院土木工程專業(yè)，吉林 延吉 133002)

材料力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門(mén)重要核心課程[1]，是將來(lái)學(xué)生從事科研、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工作時(shí)必須掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。本課程內(nèi)容多，內(nèi)容涵蓋土木工程、水利工程、機(jī)械制造與自動(dòng)化、航空航天等多領(lǐng)域[2]，對(duì)于大學(xué)數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)較差的學(xué)生學(xué)起來(lái)有較大難度。

本文通過(guò)材料力學(xué)教學(xué)與土木工程專業(yè)課程銜接中的過(guò)程環(huán)節(jié)，多方面探討如何培養(yǎng)好大學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 專業(yè)基礎(chǔ)課的銜接

材料力學(xué)先修課程有大學(xué)數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)等，銜接好先修課程內(nèi)容是學(xué)好本課程的重要前提。如在講解材料力學(xué)中靜定結(jié)構(gòu)、超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)性能時(shí)，適當(dāng)概括講解理論力學(xué)中的靜力學(xué)平衡方程、虛位移原理等已修知識(shí)，并和材料力學(xué)理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)融合貫通，分析及解決工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

材料力學(xué)后續(xù)課程有結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)基本原理等課程。在講授實(shí)際材料力學(xué)課程中軸向拉伸和壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲應(yīng)力、彎曲位移、超靜定問(wèn)題、應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論、組合變形、壓桿穩(wěn)定等內(nèi)容時(shí)，適當(dāng)增加后續(xù)課程中的軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、受扭構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件等例子，運(yùn)用材料力學(xué)分析簡(jiǎn)單的構(gòu)件力學(xué)性能，從中提高學(xué)生分析能力和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

材料力學(xué)課程內(nèi)容多、范圍廣，主要講述對(duì)基本變形下的內(nèi)力分析、應(yīng)力計(jì)算公式推導(dǎo)、位移計(jì)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算等。針對(duì)土木工程中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由于構(gòu)件材料屬性多樣、構(gòu)件受力復(fù)雜等原因，直接利用材料力學(xué)理論分析實(shí)際工程構(gòu)件的力學(xué)性能有一定局限。本文為了提高學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力，在以下三個(gè)方面進(jìn)行探討。

第一，在教學(xué)當(dāng)中要使學(xué)生對(duì)材料力學(xué)課程產(chǎn)生興趣。在課程講授當(dāng)中可以以實(shí)際工程構(gòu)件的受力破壞為情景導(dǎo)入，使學(xué)生對(duì)構(gòu)件破壞原因產(chǎn)生疑問(wèn)，并通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，逐步懂得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能和破壞機(jī)理。從中不斷提高學(xué)生自主解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力。第二，通過(guò)借助有限元分析軟件，模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力、撓度、構(gòu)件連接等，從視覺(jué)上加深學(xué)生對(duì)構(gòu)件受力性能的理解。如利用ANSYS，MIDAS，ABAQUS等[3]有限元軟件模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力及變形，可以分析不同影響因素對(duì)工程結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響，扎實(shí)理解材料力學(xué)基本理論，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。第三，通過(guò)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽等專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽，學(xué)生制作實(shí)際工程結(jié)構(gòu)模型、試件加載、測(cè)試數(shù)據(jù)及分析，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解程度。學(xué)生不僅對(duì)工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力全過(guò)程和破壞有直觀的親身體驗(yàn)，而且產(chǎn)生對(duì)本學(xué)科前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)渴望，有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3 教學(xué)方法的應(yīng)用

為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，在材料力學(xué)教學(xué)當(dāng)中需要多種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合應(yīng)用。

1)系統(tǒng)式教學(xué)方法。材料力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力。利用系統(tǒng)的思想把知識(shí)點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系在一起，詳細(xì)地學(xué)習(xí)每一知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，并通過(guò)歸納及分析、綜合知識(shí)點(diǎn)，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。如學(xué)習(xí)構(gòu)件的軸向拉伸和壓縮時(shí)，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)拉(壓)桿件軸力圖的畫(huà)法，正應(yīng)力的分布及其計(jì)算，強(qiáng)度條件，虎克定律，拉壓桿變形的計(jì)算，應(yīng)力-應(yīng)變圖及其主要特征；學(xué)習(xí)受彎構(gòu)件受力時(shí)，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)構(gòu)件所受的外力、內(nèi)力、應(yīng)力-應(yīng)變、極限荷載等知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2)啟發(fā)式教學(xué)方法。課堂中主體為學(xué)生，教師可以采用啟發(fā)式教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生對(duì)本課程產(chǎn)生興趣和注意力。如講授軸心受力構(gòu)件時(shí)，以實(shí)際建筑物中柱、桁架、剛架等實(shí)際構(gòu)件受力情況為導(dǎo)向，向?qū)W生提出問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)其工作機(jī)理產(chǎn)生好奇和疑問(wèn)，激發(fā)學(xué)生的積極性。學(xué)生從中可以獨(dú)立思考、積極探索、利用知識(shí)點(diǎn)發(fā)表自己的觀點(diǎn)，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。3)逆向式教學(xué)方法。逆向式教學(xué)相對(duì)于正向思維而言，從相反的方向和角度進(jìn)行思考，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或得到啟發(fā)。如講授彎曲應(yīng)力和彎曲變形時(shí)，先給學(xué)生舉實(shí)際受彎構(gòu)件受彎破壞以后結(jié)果，讓學(xué)生根據(jù)構(gòu)件正截面破壞情況逆向思維，對(duì)受彎破壞進(jìn)行思考及學(xué)習(xí)。即學(xué)生從彎曲正應(yīng)力和切應(yīng)力強(qiáng)度條件，剛度條件；正應(yīng)力的分布及其計(jì)算，撓曲線的近似微分方程、邊界條件及連續(xù)條件、積分法求梁的撓曲線方程，撓度和轉(zhuǎn)角；截面上的剪力、彎矩的求法；列出剪力方程和彎矩方程，繪制剪力圖和彎矩圖，撓曲線、撓度、轉(zhuǎn)角的概念，撓度和轉(zhuǎn)角的關(guān)系等順序逆向?qū)W習(xí)及思維，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或啟發(fā)，得到解決問(wèn)題的方法，提高創(chuàng)新能力。

4 考核方式改革

考核是教學(xué)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)[4-6]，通過(guò)考核可以了解學(xué)生掌握知識(shí)的程度。但目前材料力學(xué)的考核基本上是理論知識(shí)的考核，對(duì)前沿性知識(shí)和知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用有關(guān)的考核較少。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，首先設(shè)置本課程的課程目標(biāo)，具體見(jiàn)表1。

表1 材料力學(xué)課程目標(biāo)

本課程的最終成績(jī)由過(guò)程考核(占40%)成績(jī)和課終考核(即期末考試，占60%)成績(jī)組成，總計(jì)100%。過(guò)程考核由課后作業(yè)(20%)和課堂表現(xiàn)(20%)等組成。課終考核(60%)采用閉卷考試。總成績(jī)以百分計(jì)，滿分100分。本課程各考核環(huán)節(jié)所占分值比例及考核細(xì)則如表2所示。課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)包括課程分目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)和課程總目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)，計(jì)算方法如表3所示。

表2 考核環(huán)節(jié)細(xì)則

表3 材料力學(xué)課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算

其次，在考核當(dāng)中適當(dāng)?shù)募尤肜貌牧狭W(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程構(gòu)件的力學(xué)分析或前沿性內(nèi)容，考核學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)解決問(wèn)題的能力。如在提高題中增加軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、受扭構(gòu)件等實(shí)際工程構(gòu)件受力破壞有關(guān)的題，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析工程構(gòu)件的加載初期、彈性階段、屈服階段、極限荷載、破壞等全部過(guò)程的受力特性、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、變形等，并提出合理解決問(wèn)題的方案，主要考核學(xué)生解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)程度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文為了提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，探討了材料力學(xué)教學(xué)與專業(yè)課程的銜接、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、考核方式改革等方面。要教好學(xué)生、培養(yǎng)好學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，要從課堂教學(xué)、模擬分析、實(shí)際構(gòu)件制作及試驗(yàn)、考核等每一環(huán)節(jié)中注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)前沿知識(shí)，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程中問(wèn)題的能力。