材料力学教改体系研究

2010-08-15高永辉

山西建筑 2010年24期

高永辉杨凯

材料力学是工科各专业一门重要的专业基础课。它以理论力学为研究基础,以高等数学为研究工具,同时又以结构力学、弹性力学等后续力学课程为其延伸,起着承上启下的作用,对培养学生的科学素质、工程素质及创新能力有着重要的意义[2]。积极推进本课程的课程教学改革对提高学生分析、研究、解决工程问题能力,提升学生专业素养十分重要。由于可以直接用于工程实际,它要求学生具有较强的运用基本概念和基本理论分析、解决实际问题的能力,因此具有理论严密、系统完整、逻辑性强等特点。

作者根据“材料力学”教学及考试中存在的一些普遍问题,结合本科学生的特点,在材料力学的讲授方法上进行了一些探索和改革,效果理想。

1 《材料力学》教学改革

1.1 理论联系实际,将工程实际问题与理论知识充分结合

材料力学是解决工程问题的基础理论,是一种思维方法,为工程提出了解决问题的途径。目前材料力学教学内容未能随学科的发展而及时调整和更新;课程教学方法落后;课堂理论教学与实验教学脱节。抽象的图示很难和工程挂上钩,初学者不理解所学的目的和意义,学习兴趣不大。笔者在讲授时始终坚持理论联系实际,将工程实际问题贯穿于理论知识的讲解中。

比如在讲解绪论时,为了让学生充分了解材料力学的研究任务,即强度、刚度和稳定性问题。在黑板上画一座桥式起重机,和学生一起讨论起重机安全工作的条件,大多数学生提出大梁和钢索在工作时不能破坏,这样自然引出强度的概念。为保证吊车运行平稳、振动小,学生能思考到大梁变形和位移不能过大的问题,建立刚度的概念。经过启发学生讨论千斤顶失稳问题,稳定性的概念也会深刻的印在学生脑海中。随之提出安全和经济的矛盾关系,自然引出了材料力学的任务。

用材料力学的知识和公式解释工程现象[3],通过理论联系实际更好的理解知识,引发学生的学习兴趣,达到学以致用。例如用公式Me=n/9 549N解释为什么低速轴比高速轴直径大;用扭矩图解释为什么不把主动轮放在轴的两端;用梁横截面正应力分布规律解释为什么铸铁梁截面关于中性轴非对称等等。这些用材料力学知识解释的现象,引起了学生的极大兴趣,感觉这些力学知识离自己这么近,不再触不可及,真正体会到这些知识是有用的。特别是在用梁截面抗弯截面系数解释梁竖放比平放好时,学生都抬头看着头顶的房梁,发出感慨。

1.2 加强材料力学实验

材料力学实验是“材料力学”课程的重要组成部分,材料力学实验教学的基本任务是:帮助学生理解掌握“材料力学”的基本概念和基本理论,使学生掌握材料的力学性能、测试方法与应力测量的基本方法,培养学生的动手能力,培养学生综合应用理论与实验手段解决工程问题的能力。理论来源于实践而又被实践所验证,理论教学与实验教学是相辅相成的,不能相互取代。除了理论教学教授得法外,还必须有实验教学共同完成,实验教学是为理论教学服务的,但是材料力学实验并不应当停留在单纯理论的验证上,而必须将培养学生能力作为重点,开设学生独立实验,调动学生学习的积极性,使学生对实验内容的理解更为深入,对实验操作也做到心中有数,为此,实验课应侧重三个阶段的培养,即实验观察能力的培养、实验基本技能的培养、独立实验能力的培养。

在实验教学中,我们应该借助现代力学手段,为学生提供更多的动手机会,以往由于实验设备数量有限,大部分实验都是演示性实验,主要是教师演示、学生观看,学生处于被动地位,不利于培养学生的动手能力。为培养学生的工程意识和科学作风,启发学生的开创思维,应创造条件采用开放实验室,给学生留有充足的时间,让他们有自己动手动脑的机会,以充分发挥设备资源的潜力,培养学生学习的兴趣,切实把理论知识和实验技能密切结合起来,使学生对所学课程有较为形象和深入的理解。

1.3 突出材料力学研究思路的讲解

在每一个变形的讲解中加强按层次组织教学内容,突出一条主线,即:实际问题→力学模型→约束反力→内力(图)→应力分布规律→最大应力(应力状态)→强度条件→强度计算[4]。这样学生对研究问题的思路方法非常清晰,每讲完一个问题笔者都会去问学生下面该涉及什么问题,了解了研究思路,学生就很清楚接下来该讲什么了。内容结束时,要求学生合上书本能说一下本课程都讲了哪些内容,是按什么方式展开的。通过这种方法,学生一致反映找到了书中的骨架内容,体会到了将书由厚读薄的过程。

教学中学生不仅要获取知识,更要能独立运用知识。明确了材料力学的研究方法和思路后,要求学生每人写一篇小论文,题目范围是“关于××问题的设想”。要求写明工程背景,应用力学的内容,力学模型的描述,准备解决的问题等。不求答案完整、设计完善,只求广开思路,从不同的方面应用力学知识,尽量具有独特、新颖和实用性,培养解决问题的能力。学生经过构件的力学简化图示、外荷简化、受力分析、强度计算及合理性分析等内容,完成了学习的飞跃,使力学理论与生产实践有机结合起来,学生在实践问题中引入理论,加深理解,调动了积极性,开发了创造力。

1.4 考核方式

在考核方式、方法上,应该有利于识别学生的创造力和实际操作能力,而不是只考学生的记忆力。我们改革了单一的闭卷笔试的方法,分别采用了开卷笔试、大作业、读书报告、课堂提问、实验操作等多种方法相结合,符合课程内容特点的考试方法。不仅减少了学生作弊现象的发生,还起到了促进学生学习的作用。为了便于考核学生分析、归纳、综合解决力学问题的能力,同时也考察学生查阅、收集和利用有关资料的技能。我们采用了在北美一些国家比较流行的“一页开卷”的方式,即考试时学生带上由任课老师事先发给的空白试卷一张,学生可以在纸的正反面写上自己认为最重要的知识点。这一过程,就是对重点知识的归纳、提炼和总结的过程,等于把教材读薄了。

1.5 增加自学内容,培养自学能力

当前,一些学生满足于上课记笔记、下课补笔记、复习考试背笔记,是缺乏自主精神的被动学习,既不利于智力和创造力的发展,也影响学生良好个性的形成。大学生既有独立、自主的要求,也具备形成这种能力的可能性,加上如今学时少、教学内容多,所以教学中应适当将一部分章节作为自学内容。例如直杆轴向拉伸斜截面上的应力、圆柱形密圈螺旋弹簧的应力和变形、提高弯曲强度和刚度的措施和交变应力等知识,均要求学生课后自学,未在课堂讲解。自学有利于知识的内化,学生自己搞清楚比听老师讲清楚印象深得多,只有自己真正理解的知识才会使用。