應(yīng)用型人才培養(yǎng)下《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革

周洪波　周勇　李榮華　丁躍澆

摘 要 本科院?！恫牧狭W(xué)》課程以邏輯分析和理論推導(dǎo)為主，導(dǎo)致課堂氛圍枯燥乏味，教學(xué)內(nèi)容累贅，影響了課堂教學(xué)質(zhì)量和效果。實(shí)施以“結(jié)合背景、結(jié)合軟件、結(jié)合應(yīng)用”為主要內(nèi)容的《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞 《材料力學(xué)》課程 教學(xué)方法 教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《材料力學(xué)》是高等院校機(jī)械類專業(yè)的核心課程，是學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械原理》、等后續(xù)課程的基礎(chǔ)和工具。《材料力學(xué)》的重要性在于它反映了客觀現(xiàn)實(shí)世界簡(jiǎn)單構(gòu)件的變形與外載荷之間的關(guān)系，提供了構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的分析方法。由此可見，《材料力學(xué)》既是人們認(rèn)識(shí)自然的有力工具之一，也是人們能夠直接聯(lián)系實(shí)際的主要途徑。然而，高校教師在《材料力學(xué)》教學(xué)中過多強(qiáng)調(diào)理論推導(dǎo)的重要性，淡化了該課程的實(shí)際應(yīng)用，偏離了學(xué)習(xí)這門課程的主要教學(xué)目的，以致于許多工科學(xué)生，特別是地方高校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的工科學(xué)生在學(xué)習(xí)了《材料力學(xué)》這門課程之后，并沒有體會(huì)到它的實(shí)際用處。因此，突出實(shí)踐性已成為地方高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)課程教學(xué)改革的熱點(diǎn)所在。

另外，計(jì)算機(jī)及計(jì)算方法的高速發(fā)展使數(shù)值計(jì)算成為物理研究中除實(shí)驗(yàn)、理論分析之外的第三種研究手段。一般的高級(jí)語言（如C語言、Fortran語言等）無法進(jìn)行符號(hào)計(jì)算，且涉及大量重復(fù)、復(fù)雜的編程工作，對(duì)于一些既包含理論推導(dǎo)又包含數(shù)值計(jì)算的問題效率不高。這種情況下，Maple、Matlab和Mathcad等功能強(qiáng)大的現(xiàn)代化計(jì)算軟件應(yīng)運(yùn)而生。其中Maple屬于計(jì)算機(jī)代數(shù)系統(tǒng)，其友好的使用環(huán)境、超強(qiáng)的符號(hào)運(yùn)算能力、高精度的數(shù)值計(jì)算技術(shù)、方便的圖形處理和簡(jiǎn)潔高效的編輯功能，在力學(xué)的教學(xué)和科研中起到了重要的作用。

本文把《材料力學(xué)》和Maple的應(yīng)用結(jié)合起來，通過Maple強(qiáng)大的符號(hào)運(yùn)算和繪圖功能，不僅可以方便的推導(dǎo)出《材料力學(xué)》中煩瑣的計(jì)算公式，還能通過圖像形象地展示公式的圖像，使其變得形象直觀、易于理解。這對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的興趣，提高他們的邏輯思維能力和應(yīng)用能力，開闊知識(shí)視野具有很大幫助。

1 《材料力學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容中理論分析和邏輯推導(dǎo)占了大部分內(nèi)容，課堂枯燥乏味

《材料力學(xué)》課程要求掌握較扎實(shí)的《高等代數(shù)》的功底。如果教師只注重講授基本概念、基本理論知識(shí)，較少講解方程所反映的物理含義及實(shí)際工程問題中的關(guān)系模型建立方法以及方程本身的實(shí)際意義，將會(huì)使整個(gè)教學(xué)過程枯燥乏味。不能吸引學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，更不能讓學(xué)生深刻理解求解材料力學(xué)中模型的建立過程，無法真正培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

1.2教學(xué)內(nèi)容累贅，教師不重視對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，影響課堂教學(xué)質(zhì)量

《材料力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容具有較多的關(guān)聯(lián)性和相似性，如桿、軸和梁內(nèi)力的計(jì)算，這些內(nèi)容的框架結(jié)構(gòu)基本上是完全一致的。在教學(xué)過程中，如果教師不注重引導(dǎo)，總結(jié)這些內(nèi)容之間的內(nèi)在規(guī)律，學(xué)生很少能發(fā)現(xiàn)它們之間的聯(lián)系，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，不能夠融會(huì)貫通，無法形成完整的知識(shí)體系，無法培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

1.3過度重視理論教學(xué)，缺少實(shí)際應(yīng)用問題的分析

隨著課程教學(xué)改革的深入，《材料力學(xué)》課程實(shí)際學(xué)時(shí)的減少和需講授內(nèi)容的增加之間形成了一對(duì)無法解決的矛盾。有教師便按照教學(xué)大綱中給出的學(xué)時(shí)上課，重點(diǎn)選擇理論知識(shí)講授，涉及到實(shí)際問題讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。然而，實(shí)踐過程發(fā)現(xiàn)，如果教師不講解《材料力學(xué)》中涉及的實(shí)際問題，學(xué)生往往會(huì)認(rèn)為這些內(nèi)容不重要，很少主動(dòng)地學(xué)習(xí)和思考，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)既不扎實(shí)，也不能形成一個(gè)相對(duì)完整的體系。

2 《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革策略

2.1教學(xué)方法和手段改革

《材料力學(xué)》作為機(jī)械類類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程，由于課時(shí)數(shù)不多，教師在教學(xué)過程中較多注重理論知識(shí)的灌輸，教學(xué)方法多采用傳統(tǒng)教師講授學(xué)生聽課的單向課堂教學(xué)方式，這種方式不利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)知識(shí)的興趣。如果教師一味地追求進(jìn)度，不能很好地處理教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在邏輯性，則會(huì)導(dǎo)致課堂上的教學(xué)信息量過大，所教的知識(shí)學(xué)生不能及時(shí)更新和理解，導(dǎo)致學(xué)生上完課后，腦子里依然一片空白。

改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，雖然已經(jīng)引起所有任課教師的重視，但具體的實(shí)施方法，還處在一個(gè)摸索的過程。對(duì)于以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的地方高校，必須將理論課程教學(xué)與學(xué)生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)有機(jī)的結(jié)合起來。美國神經(jīng)病學(xué)教授霍華德所發(fā)明的“Problem-Based Learning”（簡(jiǎn)稱“PBL”）教學(xué)方法對(duì)于將學(xué)生理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)際，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力具有重要的意義。這種“以問題為中心、以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)法能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。據(jù)此，教師可以根據(jù)《材料力學(xué)》課程的教學(xué)目標(biāo)，為每堂課的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)一些相關(guān)聯(lián)的問題，學(xué)生可以圍繞這些問題預(yù)習(xí)，教師在課堂上在針對(duì)這些問題進(jìn)行講解，幫助學(xué)生理清問題的邏輯關(guān)系。通過這樣有計(jì)劃（下轉(zhuǎn)第80頁）（上接第76頁）有步驟地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，從而最終取得良好的教學(xué)效果。

2.2根據(jù)內(nèi)容相似性開展教學(xué)

在吃透教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可以對(duì)教材中的一些章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行靈活處理。比如，在講授“桿拉壓的內(nèi)力”時(shí)，詳細(xì)講解內(nèi)力求解截面法和內(nèi)力正方向設(shè)定的重要性，對(duì)于后面章節(jié)介紹軸的內(nèi)力時(shí)便可以讓學(xué)生自行推導(dǎo)求證，這樣，學(xué)生在理解梁的內(nèi)力內(nèi)容時(shí)就會(huì)更加容易。這樣一來，就可以避免課堂教學(xué)中的重復(fù)，節(jié)省出很多課時(shí)，有效地緩解課程改革中學(xué)時(shí)數(shù)減少的問題。

在求桿件的內(nèi)的應(yīng)力時(shí)，也可以首先根據(jù)拉壓桿詳細(xì)的講解如何利用靜態(tài)平衡方程和幾何方程來表達(dá)內(nèi)力與應(yīng)力的關(guān)系。這樣，在學(xué)生掌握并深刻理解相關(guān)方法后，便可以對(duì)軸和梁應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行自我推導(dǎo)和理解。另外，對(duì)于教材中的例題和習(xí)題也可以有選擇性地講解，可以日常生活中碰到問題提煉出一些習(xí)題并拿來講解、分析，而不局限于教材中的內(nèi)容，這樣授課知識(shí)面的范圍就大大擴(kuò)充了，而且還能聯(lián)系實(shí)際，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3結(jié)合數(shù)學(xué)分析軟件開展教學(xué)

在某些章節(jié)的教學(xué)計(jì)劃完成后，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充數(shù)學(xué)建模內(nèi)容，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題提煉出力學(xué)模型，然后根據(jù)相應(yīng)的力學(xué)原理列出方程，如桿件的拉壓、軸的扭轉(zhuǎn)、梁的彎曲、甚至是構(gòu)件的組合變形問題等。在對(duì)這些問題進(jìn)行分析求解時(shí)，可以結(jié)合符號(hào)分析軟件Maple列出這些問題的力學(xué)方程，然后用該軟件進(jìn)行方程的求解，學(xué)生只需要根據(jù)這些結(jié)果來判斷所建立的模型是否正確，并解釋一些特殊所產(chǎn)生的原因。采用這一教學(xué)過程，既避免了教師進(jìn)行純理論推導(dǎo)講解的枯燥，也增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地鞏固了課堂上傳授的理論知識(shí)。最主要的是學(xué)生能夠利用所學(xué)的理論知識(shí)，通過有效的工具，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行分析、求解和判斷。這些對(duì)于學(xué)生今后的自我發(fā)展是非常重要的。

3結(jié)論

《材料力學(xué)》既是機(jī)械類專業(yè)的主干課程，也是許多其它理工科專業(yè)學(xué)生的一門重要基礎(chǔ)課程。教師在開展具體教學(xué)時(shí)要切實(shí)理解“教學(xué)方法”應(yīng)根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)需要，不能照搬“985”、“211”學(xué)校的“教學(xué)模式”和“教學(xué)過程”。地方高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)通過教學(xué)方法的創(chuàng)新引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，從而主動(dòng)積極地學(xué)習(xí)。只有這樣才能適應(yīng)新時(shí)期大眾化背景下對(duì)教育教學(xué)理念的新要求，才能更好地培養(yǎng)出有工程應(yīng)用能力和工程創(chuàng)新意識(shí)的高級(jí)工程人才。

基金項(xiàng)目：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年項(xiàng)目；湖南省機(jī)電工程及控制大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心、湖南省機(jī)械類校企合作人才培養(yǎng)基地、湖南省機(jī)電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)項(xiàng)目；湖南理工學(xué)院南湖學(xué)院2015年度教研教改項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

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