張大朋 嚴(yán) 謹(jǐn) 羅楊陽

（廣東海洋大學(xué) 海洋工程學(xué)院，湛江 524088）

“材料力學(xué)”是傳統(tǒng)工科生必選的課程，也是一門應(yīng)用面十分廣的適用性課程[1-3]。正因為其應(yīng)用面較廣，導(dǎo)致它的一些工程情景在傳統(tǒng)力學(xué)、材料、金屬、鑄造和機械設(shè)計等學(xué)科方面具有代表性但沒有對于特殊專業(yè)的針對性，如船舶與海洋工程專業(yè)。船舶與海洋工程中涉及大量的系泊纜索、水下拖纜、深海網(wǎng)箱、海洋管線與海洋平臺和船體梁等，與《材料力學(xué)》課本中實際提到的土木、機械方面的工程情景相差較遠(yuǎn)[4]，因此有必要將船舶與海洋工程專業(yè)的實際工程情形和“材料力學(xué)”課程中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深度結(jié)合，從專業(yè)背景出發(fā)，展現(xiàn)材料力學(xué)在船舶與海洋工程專業(yè)中的實際應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)以致用的能力和創(chuàng)新能力。

1 《材料力學(xué)》教材的特點與教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 《材料力學(xué)》教材的特點

“材料力學(xué)”課程本身涉及大量較為抽象的概念，如連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)和各向同性假設(shè)等[5]。它的很多概念、定義的導(dǎo)入是從材料科學(xué)和機械結(jié)構(gòu)方面入手的，如氣缸、活塞、導(dǎo)軌、機床、齒輪、飛輪以及氣錘等，導(dǎo)致“材料力學(xué)”課程的內(nèi)容范圍較廣，相關(guān)知識點的布局比較分散[6]。當(dāng)前的《材料力學(xué)》教材偏重于專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本理論的通識性介紹，缺乏針對特定專業(yè)的材料力學(xué)最新研究前言和研究成果相關(guān)的內(nèi)容。不區(qū)分專業(yè)和方向的授課講解方法，很容易降低學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生陷入枯燥的學(xué)習(xí)狀態(tài)，對于相關(guān)知識點的掌握僅限于死記硬背，教學(xué)效果欠佳。

1.2 廣東海洋大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)“材料力學(xué)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀

廣東海洋大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生機械設(shè)計課程開設(shè)的時間晚于“材料力學(xué)”課程開設(shè)的時間。《材料力學(xué)》教材中為了引入某個概念或是某個定義而借用機械方面的工程情景或機械構(gòu)件，學(xué)生并不了解，很難引起船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生的共鳴，難以有效調(diào)動學(xué)生的積極性，最終難以達(dá)到提高學(xué)生的理解能力、加深學(xué)生對知識掌握熟練程度的目的。這一系列后果導(dǎo)致船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生對后續(xù)課程學(xué)習(xí)困難，也不利于提高學(xué)生的專業(yè)競爭力。為了改變這種現(xiàn)狀，需要從多方面入手，充分分析“材料力學(xué)”課程與船舶與海洋工程專業(yè)的結(jié)合點。

2 “材料力學(xué)”課程與船舶與海洋工程專業(yè)的結(jié)合點

2.1 船舶與海洋工程專業(yè)中涉及的材料力學(xué)知識概念與融合

不管是對船舶船體結(jié)構(gòu)還是海洋工程中的輔助構(gòu)件來說，船舶與海洋工程專業(yè)中涉及的材料力學(xué)知識概念非常多。例如，在“材料力學(xué)”課程中提到的桿件、平板、殼體、簡支梁等，都是船體結(jié)構(gòu)和大型海洋平臺的主要組成部分。在提到這些專業(yè)術(shù)語和概念時，如果單純摳字眼和利用課本上自帶的圖片導(dǎo)入，效果普遍較差。在提到這些名詞時，如果能選取一個具體的船體剖面結(jié)構(gòu)圖，帶著學(xué)生一起從圖中將這些結(jié)構(gòu)一一找出，并分別總結(jié)這些結(jié)構(gòu)的特點與力學(xué)特性，最后回到《材料力學(xué)》教材中關(guān)于專業(yè)術(shù)語的定義，幫助學(xué)生掌握專業(yè)術(shù)語和概念，同時有助于理解材料力學(xué)在船舶與海洋工程中的重要性[7]。

通過這種立體式交叉教學(xué)方式可以實現(xiàn)船舶與海洋工程專業(yè)中材料力學(xué)知識與概念的深度融合，達(dá)到“潤物細(xì)無聲”的教學(xué)效果。這種教學(xué)方式可以讓學(xué)生在專業(yè)背景和專業(yè)氣氛較為濃厚的情況下掌握“材料力學(xué)”課程中的基礎(chǔ)知識和基本概念，實現(xiàn)專業(yè)與力學(xué)理論的融會貫通。

2.2 材料力學(xué)在船舶與海洋工程中的具體應(yīng)用

“材料力學(xué)”課程中針對細(xì)長構(gòu)件的拉伸與壓縮理論，在船舶海洋工程中同樣有著非常重要的實際意義。例如，系泊結(jié)構(gòu)是大型海上浮式結(jié)構(gòu)物在海上錨泊定位的重要裝置。該系統(tǒng)中系泊纜索的最大系泊張力和破斷力與“材料力學(xué)”課程中桿件受到拉伸載荷時發(fā)生的情形基本一致，而關(guān)于破斷強度的計算與“材料力學(xué)”課程中規(guī)定的軸向拉伸作用下桿件拉伸應(yīng)力的計算方法也是一致的[8]。同時，系泊系統(tǒng)中系泊纜索預(yù)張力的計算也可以依據(jù)材料力學(xué)中的計算公式進(jìn)行計算[9]。

“材料力學(xué)”課程中的圓軸、圓柱以及薄壁桿件的扭轉(zhuǎn)，與海洋工程專業(yè)中組成大型海洋平臺上的一些支撐柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)時的原理一致[10]。因此，“材料力學(xué)”課程中關(guān)于這部分的相關(guān)理論可以用來校核海洋工程中相關(guān)桿件的強度與變形。課堂上可以通過典型的圖片來展示這些海工構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時的情況來加深學(xué)生的理解與記憶。

“材料力學(xué)”課程中提到的彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力、彎曲變形等概念，在研究海洋管線時經(jīng)常用到。因此，在實際課堂上可以通過一個典型的海洋管線力學(xué)特性的計算案例分析將以上“材料力學(xué)”課程的知識點貫穿起來，從而從專業(yè)角度加深學(xué)生對力學(xué)術(shù)語的理解。

“材料力學(xué)”課程中提到了壓桿穩(wěn)定，而很多時候海洋平臺垮塌就是因為其樁腿發(fā)生了壓桿失穩(wěn)導(dǎo)致樁腿局部屈曲，從而引起海洋平臺整體發(fā)生傾覆[11]?？梢酝ㄟ^查找典型海洋平臺樁腿失穩(wěn)的案例圖片，在講解壓桿穩(wěn)定時適時插入，實現(xiàn)相關(guān)知識向?qū)I(yè)背景的自然過渡。

“材料力學(xué)”課程中關(guān)于單跨梁的一系列假設(shè)和規(guī)定，與船舶與海洋工程專業(yè)中“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的相關(guān)規(guī)定有著緊密聯(lián)系。從本質(zhì)上來說，基于單跨梁理論的求解方法也基本相同[12]。由于“材料力學(xué)”課程安排在大二下學(xué)期，“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程安排在大三下學(xué)期，因此在講授這一部分內(nèi)容時，可以提前引入船體梁等相關(guān)理論，通過“材料力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)為船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生初步打下“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

3 教學(xué)調(diào)整及進(jìn)一步的改革構(gòu)想

3.1 教學(xué)調(diào)整

以工程認(rèn)證為依托，深化課程體系改革。廣東海洋大學(xué)的船舶與海洋工程專業(yè)經(jīng)過若干年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的專業(yè)基礎(chǔ)和業(yè)內(nèi)口碑，同時已經(jīng)具有了船舶與海洋工程一級學(xué)位碩士點和土木水利方向的船舶與海洋工程專業(yè)碩士點。站在新的起點，廣東海洋大學(xué)要優(yōu)化課程體系，按照該專業(yè)的特點和該專業(yè)學(xué)生的認(rèn)知，合理調(diào)整相關(guān)大類工科課程與專業(yè)課程的順序，盡量使大類工科課程起到為專業(yè)課打基礎(chǔ)的作用。同時，要結(jié)合工程認(rèn)證的相關(guān)要求，合理調(diào)整包括“材料力學(xué)”課程在內(nèi)的工科大類課程的實驗課時與理論課時的學(xué)時分配，做到理論與實踐過程并重[13]。

3.2 進(jìn)一步的改革構(gòu)想

積極探索新的課程課堂模式，探索多種教學(xué)方法教學(xué)。例如，通過布置科研小課題的形式，將教材中的相關(guān)章節(jié)內(nèi)容與船舶與海洋工程專業(yè)的相關(guān)知識點相結(jié)合，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行自主探索，并將研究成果在課堂上進(jìn)行匯報展示，使學(xué)生收獲知識，同時學(xué)會團隊合作[14]。此外，需集中優(yōu)勢資源，整合團隊師資，打造面向船舶與海洋工程專業(yè)的特色“材料力學(xué)”課程。這對于建設(shè)專業(yè)團隊和船海學(xué)科的發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)語

“材料力學(xué)”課程是工科類院校的必備基礎(chǔ)課程，也是集專業(yè)性與通識性于一體的力學(xué)基礎(chǔ)課程。該課程對于科研創(chuàng)新、工程勘探以及基建的作用不可忽視。針對不同專業(yè)方向的差異性進(jìn)行針對性教學(xué)，才能取到事半功倍的效果。鑒于此，本文針對船舶與海洋工程專業(yè)的特點，結(jié)合“材料力學(xué)”教材的章節(jié)內(nèi)容，從培養(yǎng)船舶與海洋工程專業(yè)人才的角度出發(fā)，提出了若干針對性建議，對于提高相關(guān)涉海高校的專業(yè)人才培養(yǎng)水平有一定的借鑒參考價值。