培养工程能力 深化材料力学教学改革

孙立红 刘宝良

(黑龙江科技学院，黑龙江 哈尔滨150027)

培养工程能力 深化材料力学教学改革

孙立红 刘宝良

(黑龙江科技学院，黑龙江 哈尔滨150027)

材料力学是工科院校的一门重要的技术基础课，起着承上启下的作用。通过对材料力学教学改革的几点讨论和实践来探讨增强学生综合素质、以培养学生的工程意识和工程能力，培养适应21世纪需要的人才。

材料力学;工程意识;工程能力

材料力学不论在土木建筑、机械工程还是矿业工程等专业领域中都有着重要的应用，是工科院校的一门重要的技术基础课，起着承上启下的作用。全国高等学校都在精简学时，材料力学也不例外。在精简学时的同时，将思维的空间和时间留给学生，引导他们独立进行深层次思考，改变“重知识传播，轻科学方法培养;重书本知识，轻思维方式训练的传统教学方式”的不足，是当前教学改革中的重要课题。为了培养适于21世纪、适于社会需要的应用型人才，为了培养学生独立学习的能力、创新精神和解决工程问题的能力，我们进行了材料力学的教学改革方法和实践的探索。

一、深化课程内容，加强工程意识的培养

不管改革如何进行，材料力学的根本任务和目的还是要培养学生具有分析和解决工程问题以及有继续学习的初步能力，还是要以杆件的三大任务(强度、刚度、稳定性)为主线，以强度问题为重点。但是在材料力学教学内容上应该有如下考虑:要提高有效知识量的教育，把基本的、方法的、系统的知识传授给学生。因为基本的知识可以增强思考力，具有迁移性再生力。系统的知识就是知识合理的组合、知识内在逻辑系统，掌握知识的逻辑系统可以提高学生解决问题的能力;随着现代科学技术的发展，材料力学教学除介绍材料力学基本理论、基本概念、基本方法外，还要溶入现代科学的概念和思维方法。

基于以上考虑，我们重新修订教学《大纲》，在保留经典教学内容的基础上，删减了与物理学、理论力学等重复较多的内容，尽可能提高该课程的起点。引入复合材料力学、弹塑性力学等近代力学知识(在以往讲授梁的弯曲变形问题时，主要以钢、铸铁为材料的矩形截面梁、工字型截面梁等为例。我们在改革实践中引入了复合材料力学的部分内容;在介绍“构件的交变应力”这一章中引入了“疲劳与断裂”断裂力学的部分内容等一些现代科技成果)，通过传统授课内容的修订，删减了部分陈旧的、与其他课程重复较多的内容，增加了一些力学学科的现代科技成果介绍(包括各专业技术领域中现代力学的应用)，既减轻了学生的负担，又调动了学生学习力学课程的兴趣与积极性。

二、采用多样化教学手段提高材料力学课程教学质量，加强工程能力的培养

材料力学教学中讲授的方法还是主要方法。但是为了适应当前的教育改革，应该使用科学的教学方法。熟练自如的科学教学方法具有认知的功能、发展的功能和塑造的功能。授课教师在讲授过程中应该讲清内容的重点、难点、疑点，内容的规律性、实质性、关键性，内容的新意、寓意，内容背后隐藏的、学生看不到的东西，科研的新成果及教师的见识等。特别要讲授学习方法、研究方法和创造方法。

各种教学方法，既有其优越的一面，也有其不可避免的弊端。而发挥其长处，弥补其不足，实现各种方法的互补性，是选择教学方法的依据。在教学实践中我们采用了多种教学方法，用最适当的方式使学生以极大热情学好材料力学知识，提高分析问题、研究问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神及创造能力。

1.采用启发式教学，培养学生发现问题，研究问题的兴趣

采用启发式教学，在讲课过程中为学生创造积极思维的必要条件，教师讲课时不必什么都要讲，什么都要细，可以在一些适当内容上为学生留下思维空间，由学生自己得出结论，甚至是一些重要结论。如在画剪力、弯矩图时，导出弯矩、剪力和分布载荷的微分关系，这部分内容正适合于学生刚学过高等代数的相关知识，完全可以让学生进行尝试性推导，独立得出结论。像这种简单的理论推导交给学生自己去做，不仅极大地调动了学生主动学习的积极性，而且使学生积极思考，并培养了他们研究问题的能力。传统的材料力学的习题讲解中注重步骤的规范，推导的缜密，不易调动学生学习的积极性，所以我们在讲解习题的过程中，除了给出必要的提示外，尽量让学生自己给出解题思路，且注重解题方法的多样性。比如，在解静不定问题时，可以采用变形比较法、摩尔积分法及应用正则方程法等，让学生自己总结各种方法的优劣及各种不同类型题的最适用的解题方法。

2.采用形象化教学方式，提高学生理解能力

材料力学是一门理论性较强、概念较抽象的课程，有一些概念一时还不易理解。所以我们把多媒体计算机系统统纳入教学计划。多媒体可以以一种全新的面貌向学生传输知识。它把文字、声音和视频图像有机地结合在一起，动静结合、有声有色;可以调动学生学习材料力学的积极性，使学习变得更加有趣;可以吸引学生的注意力和启发学生的想象力。如材力的变形公式都是建立在一定的变形假设基础上的，以往讲授这部分内容时，需要连写带画，又要由表及里地推导，费了很大力气，浪费了很多课时，可学生还不一定理解。通过多媒体演示，既形象生动，调动了课堂的学习气氛，又可以使学生一目了然地看到内部的变形情况，很容易就总结出了变形规律。

教材中的例子通常具有模型化、理想化的特点，学生学习时由于缺乏实践认识及感性认识，能够用学到的理论知识解题，但并不一定了解实际的结构形式和实际的问题。为了增加学生的感性认识，我们在授课时尽可能列举周围常见的工程及生活中的一些结构作为实例(如教室中的横梁、楼板、灯具、坐椅，户外的旗杆、水塔、路面、树木等)，不仅提高了学生的学习兴趣，加深了学生对实际问题的认识，还可引导学生继续思考，启发学生的思维。

语言文字叙述的内容给人的印象远远逊色于具体的形象。为了加深学生对所学内容的感知程度，我们在授课时，对一些文字叙述的内容用图像化、实物化手段来讲解。例如，在介绍截面几何性质对构件强度和刚度的影响时，我们采用学生常用的直尺，在相同的载荷下，通过平放与竖放相互比较的方法使学生直观地了解到不同截面的几何性质对构件强度的影响;在压杆稳定中，选用截面形状、材料、面积相同，长度不同的软试件(如塑料管、塑料尺等)，让学生自己做试验来体会不同长度压杆的临界力的不同等。实践证明，这种做法不仅可以弥补单纯语言文字叙述的不足，还能增加学生对实际问题的认识。

3.引入专题介绍，提高学生的实践认识能力

为了使学生掌握所学理论知识在工程实际中的具体应用，增强学生分析、研究、解决问题的能力，在教学过程中适当引入了专题介绍，如彩虹桥倒塌原因分析，上海杨浦大桥桥面结构力学性能分析，典型工程实例(由于疲劳强度原因引起的破坏现象分析等)专题。让学生通过一些工程实例学会如何将一个工程实际问题简化成一个力学模型，这是第一步;然后再由力学模型如何变成数学模型，有了数学模型，学生就可以根据学过的数学知识去解决问题了;最后，教师解出的结果与实际问题是什么关系，并让学生明白怎样来解释，在应用所得结果时应注意些什么问题等。此种方式深受学生的欢迎，学生学习材料力学的热情得到了极大地提高，分析、研究问题的能力也得到一定提高。

在专题介绍中引入学科发展的新动向、新成果。随着科学技术的发展进步，材料力学也不可能停滞不前，固体力学模型的改变就是其中的例子，作为力学教师理所当然地要介绍这些新动向、新成果。

4.通过“双边教学法”来激发学生的学习兴趣，启发学生思维

传统的教学通常为教师讲，学生听，采用“双边教学法”，采用教师启发、引导学生参与讲课，以学生为教学的主体的新模式。在授课过程中，我们在班级中成立了若干个课堂讨论学习小组，由教师为学生指定较为简单的章节内容，做好讲义，设计出以课程重点和难点为突破口的教学提纲，学生在课下准备出教案，经教师指正后在课堂上由学生主讲、教师辅助，引导的学习方式，如在能量方法这一章中，对于前几节比较简单的理论推导;弯曲应力中截面几何性质对构件强度的影响等都是采用的这种方式。这种教学方式不仅使学生的学习热情、学习积极性、综合能力等得到了大幅度的提高，更使学生学会了怎样去思考问题和发现问题，培养了学生的创新精神和独立意识。

5.通过创新意识和创新能力的实践，培养学生的创新意识和创新能力

在课堂教学中，教师只是对于培养学生的创新意识和创新能力起到了一种引导和示范。为了培养学生的创新意识和创新能力，培养学生获取新知识的能力，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，以及语言表达的能力和临场应变的能力，我们举办了力学创新设计大赛。大赛在内容上并不设定固定的范围，而是涵盖各专业、各学科的知识，使学生能够将力学知识应用到各个方面中去，从而在实践中锻炼了学生的创新能力。在评审各作品时，突破传统的现场答辩式，为学生在各评委面前、众多的同学面前展示自己提供机会，培养了学生的语言表达能力和临场应变能力。

为了配合以上改革措施，我们在素质考核方面也进行了相应的改革。在平时，采取阶段性测试、资格考试和水平考试相结合的方法，并参考布置给学生撰写的科技报告和小论文及在参加力学创新设计大赛中取得的成绩等来综合衡量学生的综合素质及对本门课的掌握情况给出成绩。自实施了以上方法后，学生们在上课时积极参与讨论问题，争相发表意见、提出问题，学生的学习热情、学习积极性、综合能力等均得到了大幅度的提高。由此证明了力学课程初步改革的成效，对于工科类课程有借鉴意义。

［1］徐春晖，秦太验.《材料力学》教学改革探讨［J］.农机化研究，2005(1):284～285.

［2］吕伟.应用问题教学法改革材料力学的课堂教学模式［J］.力学与实践，2001(2):64～65.

［3］郭秀峰.浅谈多种教学手段在材料力学教学中的运用［J］.山西建筑，2002(4):110～111.

［4］孔美娜.如何激发学生学习制图课的动机［J］.职业教育研究，2007(3):167.

［5］蒋持平.材料力学教学中的科学思维方式培养［J］.力学与实践，2001(23):52.

Deepening Teaching Reforms in Mechanics of Materials and Cultivating Engineering Capability

Sun Lihong，Liu Baoliang
(Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin Heilongjiang 150024)

Mechanics of materials is an important and technological basic courses in the university of science and engineering，and it plays a role of a connecting between the past and the future.This paper discusses how to enhance the college students’comprehensive quality，training students in engineering consciousness and engineering capacity awareness and how to bring up the talents needed in the 21st century by discussing and practicing of teaching reforms in mechanics of materials.

mechanics of materials，engineering consciousness，engineering capability

G642.0

A

1672-3805(2011)05-0128-03

2011－07－10

中国高等教育学会教育科学“十一五”规划重点研究项目“应用型人才培养体系下基础课教学改革的研究与实践”(编号:06AIJ0210137)

孙立红(1976－)，男，哈尔滨人，黑龙江科技学院理学院副教授;研究方向:一般力学的教学和科研