结构案例法在材料力学教学环节中的应用

刘晓洲

摘要：建筑专业材料力学是重要的专业基础课程，是解决工程实际问题的前提，可是传统的教学模式及方法不能够很好地调动学生的积极性和创造性。针对这一突出问题，本文借助已有力学实验设备，利用各类不同构件让学生自由组合成不同结构案例来测定其在荷载组合作用下各杆件的力学性能，这样不仅能够让学生掌握材料力学的特性及实验方法，而且还能更好地培养学生的技能和创新意识与能力，以适应新时期大学生培养的要求和目的。

关键词：建筑力学；教学模式；结构案例；力学特性

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）06-0198-02

一、前言

目前，大多数高校在进行材料力学课程教学环节中所采取的主要方式还是“教师在讲台讲授、学生在下面听课”的模式，有条件的高校还会以实验教学环节作为必要的补充，二者是相辅相成互为补充的。但这种教学方式和方法缺乏科学性，难以调动学生求知的积极性和创造性。特别是有时在实验过程中，有的实验项目学生往往不能人人亲自动手，甚至有的人只能演示实验后记下实验报告中所要求记录的数据。这样一来容易使得学生产生依赖性，对在实验过程中出现的其他实验现象和数据不记录分析，更不会总结和提问。这样就严重束缚了学生的自主性，阻碍了学生大胆探索和勇于创新的能力。

二、建筑力学结构案例法

所谓案例（case）也被称作实例，是来源于生产实践的。案例教学法是将生产实践中的实际工程实例为基础，将之应用在课堂教学中的一种教学方法。案例本质上就是提出一种决策的两难情境，没有特定的解决之道。在教学中，教师扮演着设计者和激励者的角色，鼓励学生积极参与讨论，而不是像传统教学模式传授教学法那样，教师扮演着传授知识者的角色，这样才能使教学变得更加生动和有趣[1，2]。而所谓材料力学结构案例法，其实质就是通过学生自己动手、自由组装来确定合理的结构模型形式，并且要求该结构模型必须要涵盖所要实现的实验教学内容和环节，从而使学生能够应用所学过的力学课程知识，达到自己设计结构形式、实验内容，已改以往被动接受学习的模式为主动求学的模式，这是传统力学教学模式改革的一种尝试。

培养创造型人才，大学生的创新能力是当下高等教育的首要任务，而创新型人才的健康成长则需要实实在在的创新实践。特别是对于建筑专业的学生而言，学生的创新灵感和智慧不会从书本和教师那里直接学到，教师通过对有工程意义和背景的实际案例来积累和探索实践过程，从点滴收获中逐渐领悟和感悟出来[3]。通过甄选适合本专业学生特点和教育要求的案例，展现创新实践的魅力，就能让学生们在探索实践中体验到研究的快乐，激发出无限创新的欲望[4]。因此，将材料结构案例教学法应用于建筑专业的材料力学教学环境中，可以改变传统的教学模式，激发学生的求知欲，提高材料力学课程的教学质量，从而最大限度地发挥学生的创造潜能，培养学生的创新能力和想象空间。通过自主学习、独立思考、创新思维、营造崇尚真知、追求真理的氛围，使学生能够综合应用所学的力学理论和知识，提高分析问题和解决问题的能力。加强理论与实践相结合，对提高学生的材料力学整体教学效果具有深远意义。材料力学结构案例教学法则是培养学生创新精神和实践能力的一个有效途径。

三、建筑结构案例分析

建筑专业材料力学课程是重要的专业基础课程是解决工程实际问题的前提，还涉及到与实践教学环节相互配合、相互补充。因其主干课程地位，实验教学的任务就不只是巩固理论知识，了解掌握力学检测技术和手段的问题，还应在力学理论的深化、运用、工程问题的认识等方面有所要求。而加强实践教学，提高创新能力，是高校人才培养模式改革的重点和难点。材料力学实验教学是涉及面较大的理工科专业的重要基础实践教学环节，加强和改进这一环节对巩固力学概念、加深理论认识、了解力学检测方法与检测技术、增强力学分析意识、提高力学分析能力具有重要意义。

1.传统材料力学实验教学。按照现行材料力学及其实验教学大纲中的要求，其主要包括金属材料的拉伸实验、弹性模量实验及电测试验等。传统的授课方式是在教师讲述完实验原理及方法后，让学生以小组为单位按照所讲述的实验步骤重复模仿进行实验，所得的实验结果基本相近，实验所写报告形式统一。这样讲授的好处在于学生只要按照固定的实验步骤进行操作就不会出现问题，结果不会有太大偏差；而不好之处在于学生无需认真动脑去思考，只要按照教师的要求去做就可以，对结果不会去追究其“怎么得到的”、“为什么会得到”。学生完全是一种“填鸭式”的被动受学模式，从而磨灭了学生的求知欲、探索精神和主观能动性，何谈学生的创新精神和创造性，因此有必要对这种教学方法进行改革。

2.材料力学案例分析。减少验证性、演示性实验，增加综合性、设计性实验是实验教学改革的重要方向。同样是上述的实验项目，如果能够选取一系列合理的建筑结构模型案例形式，使其涵盖所要求的实验内容。这样，学生通过自己设计、思考来组合不同的结构模型，而后通过不同的加载方式、不同的加载点和不同级别的载荷可以得到无穷的实验结果，这样极大地调动了学生的热情和积极性、創造性和求知欲，改变其被动学习为主动学习。这种模式的好处还在于即使是同一种结构、同一种加载方法，其所得的结果也是不一样的，从而可以避免和杜绝学生的抄袭现象，使理论和实践得到统一。具体表现在：（1）能够组合搭接出多种结构构型，具有真正的设计功能；（2）各种构型具有实际的工程意义；（3）组合构件尽可能简单，组合搭接与拆解方便；（4）加载与测量方便，投入成本低。

本研究以秦皇岛协力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力学多功能实验台为基础来进行研究。上课时将之稍加变动，即可进行教学大纲规定内容的多项实验，在保留了原有的基础实验上增加了由多根杆件搭接的桁架结构，横向压杆和组合梁组合的框架结构，桁架可任意组合拆卸。学生可以利用学过的理论力学和材料力学知识，根据自己的认识实践自行设计喜欢的结构类型，并根据不同阶段的实验教学目的设置加载方式，以实现拉伸、弹性模量、应变片的粘贴、弯曲正应力的测定等一系列实验。这样可以充分调动学生的积极性和创造性，实现变被动学习为主动学习，“从学未知”到“求未知”的转变。

学生根据事先设计好的桁架模型在实验台上进行组合，同时配上静态电阻应变仪、数据采集系统等实验设备便可实现对加载的整个过程实时采集和处理。这种实验装置和教学模式不适用于进行破坏性实验项目的研究及教学工作。

四、结论

培养创新能力既是培养适应社会需求的高质量人才的必然要求，也是一种全新的教育思想和理念，应该从那种单纯书院式的课堂教学方式中走出来，更多地和实践与工程相结合，让学生在“干”中“学”、在“学”中“干”。理论课教师没有必要讲得很系统、很完备，可以留下一些空间让学生自己去体验，适当地拿出部分学时给实验课无损理论课教学。

案例教学为学生提供了一个近乎真实的场景，缩短了教学与实践之间的距离。其成功之处在于教学内容针对性强、接近实践，缩小了学校培养目标与社会职业素质需求的距离，抓住了职业素质中最本质的因素。案例教学着眼于学生创造能力和分析问题、解决问题能力的发展。以教师为主导、以学生为主体的案例教学在不断循环中完成知识的更新或创新。加强案例教学的研究，对于创新人才的培养将具有重要的作用。

参考文献：

[1]张俊文，李玉琳，蒋丽波.案例教学及其在矿业工程类课程中的应用[J].价值工程，2011，30（11）.

[2]巩克菊，刘海霞.硕士研究生案例教学探索[J].齐鲁师范学院学报，2013，28（1）：23-27.

[3]张庆英，张英，罗述全，等.从创新的角度探讨案例教学[J].物流工程与管理，2010，32（10）：86-88.

[4]冯翠菊，李海玲.大学物理案例教学科学性探析[J].华北科技学院学报，2012，9（4）：119-120.