机械专业材料力学课程教学改革研究

吕 纯 洁

(洛阳理工学院 机械工程学院,河南 洛阳 471023)

机械专业材料力学课程教学改革研究

吕 纯 洁

(洛阳理工学院 机械工程学院,河南 洛阳 471023)

材料力学课程是机械专业必修的专业基础课，随着高校人才培养模式的改变，材料力学教学改革势在必行。本文结合材料力学教学实际情况和个人教学经验，从改变教学理念、优化教学内容和改进教学方法3方面，进行了可行性研究，提出了相应实施方案。

教学改革；同伴教学法；知识拓展；情感投入

1 教学改革的必要性

材料力学课程是机械专业必修的专业基础课，对后续课程学习和未来职业发展都相当重要。传统的材料力学是内容丰富、逻辑严密和结构完善的封闭体系，随着高校人才培养模式的重大改变，教学改革势在必行。目前机械类本科专业材料力学课程课时数量有限，授课内容偏多。这些都是影响教学质量和授课效果的不利因素，如何提高教学效率，保质保量地完成授课目标，是任课教师都应该重视的问题。

2 改变教学理念

2.1 采用同伴教学实现课堂互动

同伴教学法是由哈佛大学应用物理系主任埃里克·马祖尔教授首先提出并推广应用的创新教学模式，通过引导学生参与教学过程变传统单一的讲授为基于概念剖析的自主学习和合作探究，实现学生互动和师生互动。

材料力学学时紧，概念多公式多计算量大，单纯的课堂讲述易降低学生学习兴趣，导致学生对知识点理解不准记忆不深。当前学生大多是1990年后出生，追求独立个性，耐性差惰性大，对相对枯燥的教学内容和讲授方法易产生逆反心理。采用同伴教学法实现课堂翻转，能够有效应对上述问题[1]。

同伴教学法要求教师事先制定难度适宜的预习提纲以及基础测试题和提高题，学生参考提纲进行课前预习，通过阅读教材和查询参考资料，自行消化容易理解的知识点。课堂上学生在教师指导下讨论重点和难点，通过个人发言阐述自己的观点，通过相互讨论倾听别人的理解，最后由教师进行总结讲解，力求做到真正学懂并能掌握运用。基于同伴教学法的课堂教学能真正实现互动，充分调动学生的学习积极性和参与意识，培养出有自主创新意识和良好自学能力的学生。

2.2 注重知识拓展激发学生兴趣

材料力学内容丰富涉及面广，基础厚口径宽。课堂教学中如果只注重课程本身，分析问题常会停留在较窄范围和较浅层面上。适当的知识拓展有时仅需三言两语，更宽和更深的知识就展现在学生面前，引发学生的深入思考和讨论。向后续课程方向、向工程实际方向和向交叉学科方向的知识拓展都能够极大地激发学生的学习热情，使课堂教学变得引人入胜。

螺纹受力分析是机械设计课程中的内容，其公式推导属于材料力学中双向应力状态和强度理论范畴。材料力学中无明确提及，机械设计中直接引用，学生学到此处时常卡壳。针对此种情况，材料力学教师在讲授这部分内容时只需增加和螺纹连接相关的例题，费时不多效果明显，让学生切实感受到本课程在后续课程中的应用性。和材料力学相关的工程实例不胜枚举，适当联系对活跃课堂气氛帮助很大。如讲授应力集中时可以联系1954年英国海外航空公司彗星号大型喷气式客机失事事件，对飞机残骸打捞分析发现，失事原因是由于气密舱窗口处直径仅为3.175 mm的铆钉孔边缘微小裂纹发展所致。力学公式多涉及发展史，讲述胡克定理时，可以讨论牛顿和胡克之间的争论，让学生了解力学发展离不开科学家的争辩和讨论。这些有助于激发学生就力学问题开展争论的热情。授课时颇受学生欢迎。

2.3 强调情感投入引起学生共鸣

兴趣是最好的老师，感兴趣就能学会，痴迷就能学好，情感能够左右学习结果是显而易见的[2]。按照美国教育心理学家布鲁斯的分类体系，情感领域的教学目标分为接受或注意、反应、评价或价值化、组织和价值体系的个性化5个层次。

针对材料力学的基本特点和我校学生的实际情况，教师可以从前3个层次对学生进行课程情感的培养。学生对新课程通常有想知道这门课究竟讲什么有什么用的基本心理，在首次上课时教师就明确阐述课程内容，联系后续课程和工程实例，让学生先入为主地了解到课程的重要性。学生接受之后会做出相应响应提出疑问，教师引导学生逐步找到答案，对具有代表性的问题鼓励学生做归纳总结，让学生认识到材料力学好不难。在课程内容学习到一定阶段之后，引导学生将所掌握的材料力学规律和准则应用到生活或工程中，使学生形成利用材料力学原理评价工程性能的相应价值化观念，潜移默化中将材料力学融入到学生的情感评价系统中去。

3 优化教学内容

材料力学课程基础部分包括4大基本变形、应力分析与强度理论、组合变形和压杆稳定，授课内容不宜做较大改动。结合我校应用性大学特点，讲授中应把握重点进行优化，减少理论推导，添加实践应用，培养出具有较强实用能力和动手能力的学生。如在讲述扭转的平面假设时，不需要从微观单元体分析应变应力的分布情况，只需要通过实验或软件让学生认识到应变应力均是转动半径的线性函数，即可简单快速地推导出应力计算公式。这种直观清晰的讲授方法节约时间，不需要太深数学基础，学生易接受，课堂效果好。

对于部分学有余力和想要考研深造以后从事研究性工作的学生，可以在第6学期开设材料力学课程提高部分专业限选课，进行理论加深，补充交变载荷、动载荷、静不定结构和能量方法，做到因材施教，最大限度地满足学生的学习需求。

4 改进教学方法

4.1 利用试验装置进行教学创新

材料力学实验是教学的重要组成部分，我校机械专业材料力学目前开设4个实验：低碳钢和铸铁的拉伸和压缩试验、扭转试验、低碳钢弹性系数的测定实验，纯弯曲梁的正应力测定实验。这4个实验均属于验证性实验，缺乏创新性，学生收获不大。部分实验设备精度不高，有些实验数据不合理，难以达到实验目的，教学辅助作用有限。

近年我院和清华大学合作研制成立了实验力学实验室，其中光学数字散斑技术(DSCM)在平面应力应变检测方面具有全场、实时、非接触的特点，检测精度和速度方面均处于国内领先水平，完全可以满足材料力学相关实验的检测要求，利用先进实验条件进行材料力学实验教学创新是目前实验室已研究待结项的河南省教育厅项目。现在初步能够进行的创新实验包括：材料均匀性、连续性、各向同性实验，圆孔板、缺口试样的应力集中拉伸实验，梁的弯曲实验等。通过现场试验让学生对构件内部的应力应变等力学指标一目了然，使学生真实感受到外部荷载对物体的作用效果，教师在授课过程中可以达到事半功倍的效果。

4.2 借助相关软件培养综合能力

随着计算机仿真技术的发展，CAE软件作为辅助教学手段已被广泛应用。材料力学以杆件为主要研究对象，杆件的基本变形和组合变形都可以用ANSYS仿真软件进行建模计算，以云图的形式给出应力应变分布规律和数值结果，直观生动地展现在学生面前[3]。现有大部分通用仿真软件用户界面友好，入门简单，有兴趣的学生可以自学。利用计算机软件进行优化设计是目前机械行业的发展趋势，通用软件建模和分析思路类似，学生有一定基础后，在工作中可以学习和掌握其他相关软件。

4.3 依托网络平台提高教学质量

网上教学突破了传统教学在时间和空间上的限制，运用现代教育技术手段实现教学资源共享，师生沟通快捷方便，为学生自主学习提供了高质量的服务。我校网络课程教学平台搭建于2010年，使用初期师生的积极性较高，但只有校园IP地址能登陆极大地限制了平台的使用。材料力学例图和公式较多，平台输入功能不强，电子版作业提交缺乏区分度，部分学生以复制粘贴手法应付，这些不足之处都极大降低了平台的资源使用率和活动参与率。将课堂讲授和网络互动有机结合起来，才能更好地完成材料力学的教学工作。

5 结 语

教学改革的具体有效实施需要相关部门的支持和任课教师的相互配合，从试点班级逐步扩大，探索更加有利于学生成长和成才的教学改革方法。从机械专业现状分析，材料力学教学改革从卓越工程师班开始推行是比较合适的。

[1] 许英姿，沈玉凤.基于翻转课堂的理论力学教学改革与实践[J]．力学与实践，2015， 37(6):737-7403.

[2] 楚锡华，徐远杰.基于教育目标分类学的工程力学课堂教学探讨[J].力学与实践，2015， 37(1):117-119.

[3] 李丽君，许英姿.CAE软件在力学教学与实践中的应用[J].实验技术与管理，2010, 27(10):113-115.

[4] 陈茹仪，孙洪军.材料力学课程教学方法教学手段的研究与改革[J].辽宁工学院学报，2007，9(3):133-134.

[5] 杜慧英，李小阳，李祥琴，等.对工科基础力学教学改革的探索[J].力学与实践，2001，23(3)：57-59.

[6] 季顺利.工科基础力学教学改革与教材建设的几点思考[J].力学与实践，2003，25(4):72-73.

Research on Teaching Reform of Material Mechanics Course for Undergraduate Major on Machine

LV Chunjie

(Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

Material mechanics course is one of the required fundamental course for undergraduate major on machinery. It is imperative to reform the teaching of material mechanics to keep up with the revolution of the university talents training mode. In paper, feasibility study was done on teaching philosophy updating, course contents optimization, and teaching approach improving, as well as the proposal of the plan accordingly, based on the case of our university and personal experience of the author.

teaching reform；peer instruction；expand knowledge；input emotion

2017-04-15

吕纯洁(1973-)，女，河南南阳人，硕士，副教授，主要从事力学教学方面的研究.

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.02.024

G64

A

1674-5403(2017)02-0094-03