材料力学教学改革的探索与实践

王　涛，罗洪峰，王　娟，廖宇兰，李　粤

(海南大学　机电工程学院，海口　570228)



材料力学教学改革的探索与实践

王涛，罗洪峰，王娟，廖宇兰，李粤

(海南大学机电工程学院，海口570228)

摘要为了提高材料力学教学质量和增强学生掌握材料力学知识的效果，提高学生运用材料力学知识分析问题解决问题的能力，提出了针对机械工程专业材料力学教学改革的具体措施：课堂教学注重力学知识的产生过程及背景介绍与分析，结合实践提高学生运用知识解决新问题的能力，鼓励学生在科研课题中发现和分析新问题并创造新知识。课堂教学采用研究探究式教学模式，结合科研课题展开材料力学知识学习，重视材料力学实验教学，课堂再现材料力学知识的产生过程，提高学生运用力学知识解决问题的创造性。教学实践结果表明：该措施能进一步提高学生的创新能力和灵活运用力学知识的综合素质。有利于机械工程专业材料力学教学质量的提高，为具有创新性人才的培养研究提供参考。

关键词材料力学；创新能力；人才培养；探索与实践

材料力学是机械类专业重要的技术基础课，对于培养学生今后从事专业知识的工作有极大的作用。材料力学的教学质量提高始终是高等院校所重视的，长期以来同行进行了大量的教学实践及改革，效果显著[1-6]。学生在学习该课程时，存在一系列的问题，例如，学生反映虽然理论听懂了，也完成了基本的作业内容，初步掌握了材料力学的基本知识，但是运用材料力学知识进行创造性解决问题的能力仍然显得不足[7-10]。为此，我们结合多年的材料力学教学实践提出材料力学的教学改革方案措施。作为引玉之砖，供同行参考。

1教学过程注重知识的产生原理及过程

在人类长期的生产实践活动中，人们进行了大量的科学试验及归纳，总结出比较系统的材料力学知识，形成教科书上的基本知识。

材料力学教学教师在授课的过程中应该从知识产生的详细过程开始给学生进行深入细致的剖析。课堂教学中对力学的基本概念产生的历史背景及渊源，当初科学家是如何提出所面临的材料力学问题及解决该问题过程，对材料力学的性质是如何研究的，要对学生进行详细的说明和解释。科学家经过反复的实验及数据分析总结出的经典力学理论，最后又应用经典材料力学理论到实践过程中。这样学生在掌握一个材料力学基本概念的时候，对概念的提出背景及原因，概念的内涵和外延及产生的过程和应用等都能够有更加深入的认识。学生学习力学的知识就能够真正变成活的知识并且形象生动有趣，这样不但提高了学生理解力学基本概念和运用材料力学知识的能力，也在学习材料力学基本概念的时候真正感觉到了乐趣，体会到先辈们的优秀的思维品质，能够进一步激发学生对材料力学知识的深入思考。书本上以前看起来枯燥乏味的知识就能变成为活的知识。进而真正内化到学生的头脑，对知识的理解程度就能够更加深刻。

在介绍知识产生的过程中，学生无形中也对先辈们追求真理的科学精神非常钦佩，对进行书本上来之不易的材料力学知识产生敬畏感。还能进一步激发学生对科学知识的追求。

在课堂教学中多加引用一些古代前辈们运用材料力学知识创造出的优秀成果，能激发学生的爱国主义热情。尤其结合中国的古代先贤们在机械工程中的优秀成果介绍，例如：秦始皇时期的铜车马存在的力学知识及原理、兵马俑等优秀的作品展示，还有古代的战车的构造及春秋战国时中国人发明的弩等材料力学原理，结合历史人物张衡发明的浑天仪，西汉所发明的鼓车等装备，结合我们国家的机械工程先进成就等提高学生对我国古代机械的认识，也进一步使学生增强民族自信心和自豪感。

2提高学生的动手能力、力学实际应用及科研能力

材料力学知识是在人们长期的生产实践中总结出来的理论，理论必然又指导于实践。对于机械专业的学生来说，明确机器的工作原理及构造，对学生深刻理解材料力学知识在机械工程中的应用有极其重要的作用。机械零部件设计及制造很多都是符合材料力学基本原理的，通过引导学生在课堂上及课下观察常用的机械产品及构造，分析材料力学的基本原理，学生对机械产品的认识能够更加深刻，也提高了学习材料力学兴趣和学习质量。

在教学过程中，鼓励学生运用学过的材料力学原理自己动手制作相关参数测量的科研仪器。让学生学习材料力学理论知识的同时，针对课本上的力学参数，例如，杨氏模量E、切变模量G、梁的弯曲挠度的测量等，结合海南特色的农作物及海洋产品进行相关的力学参数测量，鼓励学生结合自己的兴趣课下开发基本力学参数测试仪器。经过这样的锻炼和实践，学生普遍对力学知识的应有有个更加形象和直观的认识，在实践中也真切体会到学习材料力学的价值，并能够把自己所学的理论应用到力学应用实践中去。结合海南大学机电工程学院老师的海南特色课题研究，学生自行设计制作了木薯秸秆力学测试仪器、香蕉秸秆切割力学测试仪器及橡胶果脱壳机械测试仪器等。通过学生自己亲手做试验，完成海南相关农作物等力学测试参数的测量课题，其中比较优秀的学生经过该过程的训练，进一步对试验结果的分析和整理，个别学生已在期刊上发表了科研论文。这些措施表明，学生对材料力学的理解和认识就能更加深刻，力学学习的效果得到明显的提高，学生反映说材料力学课程知识确实是活生生的，能够真正内化成学生的基本素质，提高了自己的创造性。

3材料力学教学中采用研究式教学，发挥师生讨论的学习模式

学生的学习兴趣是学习材料力学的动力，如果学生对材料力学的知识发生浓厚的兴趣，那么教学效果自然就更好，所以在授课的过程中，教师有意识地引用科研课题，尤其是国内外针对材料力学应用方面的课题研究案例，针对各个课题研究的目的和科研方法，结合研究的结果及意义分析等给学生进行全面的呈现和介绍，把学生引入到材料力学的科研的情景之中，学生就以一个研究者角色进行思维模式的切换，鼓励学生进行主动积极的思考，针对课题中面临的问题和采用的方法，让学生提出自己的见解并和学生共同分析所采用方法和方案的优劣，这样学生对整个课题研究过程和研究思路就有了更加深刻的认识。

结合材料力学课程，拉伸、剪切、扭转、弯曲、组合变形及压杆稳定等基本内容，各个章节都进行了科研课题案例的引入，结合本校实际，搜集和整理关于农业机械等实际科研过程中的科研案例进行深入的剖析，这样增加了学生学习材料力学知识的积极性，学生学习知识过程中启发很大。同时也极大地提高了学习兴趣，对国内外关于材料力学的课题研究有了更加浓厚的研究兴趣，并创造性地提出了新的解决方案。课下学生利用自己的课余时间对感兴趣的题目查资料，找器材，做设计及研制等方式，进一步深入研究，这些效果都比较明显，提高了学生对材料力学的课程的学习热情。

在课堂教学过程中，教师尽量要营造出科研课题研究的环境，提出问题和课题的背景，尤其要对课题的背景知识做详细的说明，在课堂中有意让学生提出新的设想和新的方案。实际在教学过程中，有的学生提出的新的方法和思路往往很富有创新性和创造性。有的学生在课下积极画图并对课题深入研究，同时作为鼓励的方式，对于这些善于动手分析思考的学生，在期末考试中适当提高他们的平时成绩，学生也感到非常满意。

4重视材料力学实验课，增加学生对知识产生的过程深刻理解

材料力学知识的获得是人们在生产实践上的经验总结，因此书本上的知识应该能够让学生亲自体验，课堂教学中应该创造条件对材料力学理论知识及规律做出试验验证及总结。例如，在讲到弯曲的基本概念时，能够在理论讲解之前先进行真正的弯曲演示试验，学生眼见为实感觉到形象直观，通过演示试验教师引导学生进行试验的观察和分析，并提出为什么梁加横向载荷时，上下边缘长度不一样。同时，可以具体让一学生用卡尺测量上下边缘尺寸，确认弯曲之前与弯曲之后尺寸有差异，那么学生和老师的共同参与该实验，学生也真切地体会出上下边缘尺寸确有差异，进一步引发学生思考这背后的原因和机理。师生共同参与到整个课程实验之中，印象深刻，并且能引起学生极大的兴趣，在推理梁横截面的应力公式时候，仍然再现和还原当年科学家在探索推导该公式的过程，教学过程中适当采用实验教学与理论推导有机结合的方式，学生真正地体会到科学研究的过程并积极地思考，并从中领悟到寻找科学问题答案的基本思维方法，引导学生归纳总结问题的方法，对材料力学的知识认识就比被动地接受更能理解深刻，自然对公式的使用条件及使用方法及内涵掌握更加到位。演示性试验引入课程教学中能够极大的提高学生兴趣和他们的创造性，尤其是讲完一个试验过程中，让学生进一步课下对试验装置改进或者重新创造性地提出试验验证方法，采用这样的理论与实践相结合的方式能够提高学生对材料力学的浓厚兴趣和创造性。提高了学生观察自然现象，解决问题和总结归纳等能力。

5结束语

提高材料力学教学质量是培养具有创新性人才的关键，是学生学好后继专业课程的基础。以上是我们针对提高机械类专业学生学习材料力学课程质量的一些尝试，今后还要更进一步结合学生的特点和实际情况，结合个性化教学，达到因材施教，进一步深入探索提高材料力学课程的教学质量的方法和措施。

参 考 文 献

[1]陈云信.材料力学课程教学改革与实践[J].江汉大学学报(社会科学版)，2014(4)：40-44.

[2]饶思贤.材料力学课程的教学改革研究[J].安徽工业大学学报(社会科学版)，2014，31(3):111-113.

[3]许玲，黄志来.启发式教学在材料力学实验教学中的应用[J].安徽工业大学学报(社会科学版)，2014，31(2)：124-125.

[4]吴新如，王习术.激发大学生材料力学实验动手与分析的能动性[J].力学与实践，2006，28(6)：81-83.

[5]黄志来.提高一般院校材料力学实验教学效果的思索[J].大学教育，2013(8)：71-72.

[6]刘萍华.20年来我国材料力学实验课程教学改革文献综述[J].力学与实践，2009，31(6)：67-69.

[7]宋曦，杨静宁.工科专业材料力学教学创新的探索与实践[J].力学与实践，2010，32(2)：142-143.

[8]蒋持平，王士敏，姜开厚，等.基础力学课程群实验教学改革的初步探索[J].力学与实践，2007，29(6)：69-72.

[9]郑锡涛，王生楠，李亚智．力学实验教学中对现代化教学手段的应用与思考[J].实验技术与管理，2007，24(10):300-302.

[10]黄海燕，沈超明，汪雅棋．基础力学实验教学改革的实践与探索[J].实验技术与管2008，25(1):119-122.

收稿日期:2015-04-15；修改期日：2015-05-09

基金项目：中西部高校提升综合实力工作基金(2013年)。

作者简介：王涛(1980 -)，男，硕士，副教授，主要从事机电液系统设计与测试研究。

中图分类号G642.0；O341

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.034

Exploration and Practice of Material Mechanics Teaching Reform

WANG Tao，LUO Hongfeng，WANG Juan，LIAO Yulan，LI Yue

(College of Electrical Mechanical Engineering，Hainan University，Haikou 570228，China)

AbstractTo improve the teaching quality of Materials mechanics，promote students’ proficiency of the knowledge and the ability to analyze realistic problems with it，we reform the traditional teaching method in materials mechanics for mechanical engineering students and present some specific measures.These measures applied during teaching procedure include：pay attention to the emergency of mechanical knowledge and relative backgrounds;combine the theory with practice to enhance students’ ability to solve new problems through their knowledge;encourage students to find，analyze and create new things in scientific research program.Research-type teaching pattern is used in our materials mechanics teaching process：combine the research program with theory teaching，emphasize the experimental teaching;reappear the emergency of mechanical knowledge，promote students’ innovation to handle problems their confronting by strength of mechanical knowledge.The teaching practice shows that the reforms can further enhance students’ innovation and the comprehensive quality of using mechanical knowledge flexibly.This reform can benefit Strength of Materials’ teaching quality and offer a reference for cultivating innovative talents.

Key wordsmechanics of materials;innovation ability;cultivation of talents；exploration and practice