浅谈材料力学的教学方法

豆麟龙

【摘 要】材料力学是一门重要的专业基础力学课程，教师教好、学生学好并用好就显得尤为重要。本文从四个方面阐述了教師在实际授课时该如何着手讲解这门课程，才能达到良好的教学效果。通过独特有趣的授课方式培养学生对材料力学课程的兴趣；认真总结有关的知识点，对于规律性的知识点做精炼的概括和总结；重视培养学生的实验能力，加深学生对知识的理解和掌握；将材料力学的教学与工程实际紧密结合，引导学生用材料力学的知识来解决所遇到的工程问题。本文为讲授材料力学课程的教师提供了一定的教学建议和思路。

【关键词】材料力学 兴趣 实验 工程实际

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.18.168

材料力学是一门基础力学，也是很多工科类专业学生的必修课程。众所周知，牛顿的三大定律奠定了经典力学的基础，材料力学属于经典力学的范畴。但材料力学的应用并非始于经典力学的建立之后，从埃及金字塔的建立，到赵州桥的矗立不倒，再到如今形形色色的高层建筑、机械设备、铁路道桥等，都用到了材料力学的知识。材料力学着眼于解决结构抵抗破坏的能力（强度问题）、抵抗变形的能力（刚度问题）以及保持原有平衡状态的能力（稳定性问题）。材料力学的应用性很强，它不仅可以帮助工程人员在实际的工程结构设计时确定合适的材料，还能确定材料的截面尺寸及形状，并可以校核结构的强度、刚度、稳定性问题，在工程实践中发挥着极其重要的作用[1]。材料力学的重要性已不言而喻，但教师如何把这门重要的课程教好，是需要进行思考并总结的。

一、培养学生对材料力学的兴趣

作为专业基础课的材料力学，是学好专业课的基础，其课程特点是假设多、概念多、公式多，内容枯燥琐碎，容易使学生产生厌烦心理，从而形成教师虽然讲得很认真，但学生不愿学，最终导致教学效果不理想的恶性循环。还有的老师授课方式比较单一，采用灌输式的教学方式，老师与学生之间缺乏足够的互动环节，这样学生在学习的时候会产生抵触心理，失去了学习该门课程的兴趣，教学效果不理想是可想而知的。兴趣是最好的老师，如果能够提升学生对材料力学的兴趣，那么教学效果必定事半功倍。以提出疑问的方式，让学生抱着探究、求知的心态去学习，那么在课堂学习中学生就会认真听讲，试图寻找出问题的答案。比如，为什么梁的横截面是竖放，而不是横放？一张纸在折叠前后的承重能力为什么有显著的差异？一些承重构件为什么采用空心钢管而不用实心钢管？常见平房建筑的屋檐下的悬臂梁为什么用变截面而不用等截面？设疑的教学方式是指在讲解每一个章节的内容时先通过生活中常见的实例提出问题，从而引出要讲解的章节内容，最终达到激发学生浓厚的学习兴趣[2]。另外，在课堂上教师也不能只讲书本上的内容，毕竟一个人能够集中注意力的时间是有限的，可以适时的讲一些能引起学生兴趣的课外知识，这样既变相的让学生的大脑得到休息，也能让学生了解一些有用的课外知识，从而达到学生喜欢上材料力学课的效果。

二、善于总结知识点

材料力学内容繁杂，知识点也比较多。杆件的轴向拉压、圆轴的扭转、梁的弯曲、组合变形、压杆稳定等，教师在教学期间要进行总结相关知识点，比如轴向拉压杆的强度条件、圆轴扭转的强度条件、梁的弯曲强度条件，可以用统一的形式表示三者的强度条件。利用该强度条件公式，可以进行截面设计，许可载荷计算，以及强度校核这三个方面的内容，这些属于共性的东西，总结出来方便学生记忆。

另外在确定弯曲截面内力的时候，外力引起的截面内力为正号还是负号，也可以以进行简单的概括：

对于剪力：左上右下的外力产生正的剪力；

对于弯矩：向上的外力产生正的弯矩，左顺右逆的集中力偶产生正的弯矩。

三、重视培养学生的实验能力

实践是检验真理的唯一标准，在课堂上学习到的理论知识是否正确并能够得到验证，这就需要学生们自己动手去做相关的材料力学实验。实验是培养学生动手能力和创新能力的重要环节，实验教学可以帮助学生形成正确的概念认识，加深对相关规律的理解，材料力学实验与工程实际密切相关，实验教学环节的贯彻与否将会影响到材料力学这门课程的教学质量和效果[3]。要充分调动学生的积极性，积极引导学生亲自动手进行实验的实施，培养学生的自主动手能力，也更能加深学生对相关规律性的理解和认识。学生通过对实验现象的观察分析，能逐渐建立起实验分析能力，这对学生将来的实际工作以及学术研究等方面的作用都是非常巨大的。比如在讲解材料拉伸时的力学性能这一章节的时候，教师就可以抽出时间指导学生做低碳钢的拉伸实验，让学生自己观察试件的整个断裂过程，能够明确弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段所对应的极限应力，并能自己绘制低碳钢拉伸时的应力应变曲线如图1所示。

材料力学实验是非常重要的教学环节，学生通过对相关数据的整理分析，能够对一些相关理论及结论进行验证和巩固，进而培养学生的实践能力以及处理和分析实验数据的能力，实验数据与书本知识能够相符，那么知识也就得到了验证，实验数据与书本知识不符，教师应该引导学生做重复性实验，然后就行分析并查找原因，也许能有新知识的发现，这能很大程度上激发学生的创新意识和能力。

四、将材料力学的教学内容与工程实际紧密结合

如果仅仅是对书本上的知识进行灌输式的传授给学生，那么一方面会让学生觉得教师水平很一般，仅仅是照本宣科的讲解，学生对教师可能就没有那种因知识渊博而产生的内心崇敬之情，所以学生会对教师的授课有抵触心理；另一方面，学生在完成材料力学的课程学习后，纵使掌握了理论知识却不知如何在工程实际当中应用，如何用自己的理论知识解决实际问题[4]，这才是教育最失败的地方。知识的学习最终要用到实际的工作当中，要能指导学生用自己学到的理论知识进行实际工程结构的设计与分析，如何能够设计出以最低的造价实现最大承载能力的工程结构。教学当中时常引入一些实际工程的例子，既能增加学生的学习兴趣，也能引导学生把理论知识同实际工程设计相结合。比如在讲解提高梁弯曲强度措施的时候，可以引入实际的桥梁设计，阐述本来两个铰支座就能实现的静定桥梁结构，为什么要用多个支座来约束该结构？通过后续对超静定梁以及弯曲变形理论的学习，学生们就知道增加约束，可以减小梁的最大弯矩，增大梁的强度；此外，增加约束，还能减小梁的最大挠度，从而达到增大桥梁刚度的目的。在讲解温度对材料的力学性能的影响时，可以引入911事件时，美国世贸中心的五角大楼为何会完全坍塌？五角大楼主体为钢结构，由于撞击大楼的飞机上携带大量燃油，燃油燃烧所产生的高温，使大楼的钢结构软化，从而大大降低了钢结构的承载能力，当结构不足以承受自重的时候，就导致大楼最终坍塌。在讲解强度问题的时候，教师可以引入重庆彩虹桥坍塌的事例，为什么一队士兵跑步路过彩虹桥，就造成了桥梁坍塌？其中一个重要原因就是该桥梁使用的混泥土等级不符合规范，造成桥梁强度不足，最终引起了桥梁的断裂破坏。通过这些工程实际例子的引入，能够引导学生将来面对实际问题时，能够想到用材料力学的哪一部分知识可以解释并解决所遇到的工程问题。

五、结束语

材料力学是一门重要的专业基础力学课程，由于其重要性，教师在讲授该门课程的时候必须予以足够的重视。本文从四个方面阐述了教师在实际授课时该如何着手讲解这门课程，才能达到良好的教学效果。首先要通过自己独特有趣的授课方式培养学生对材料力学课程的兴趣，兴趣养成之后，则学生在学到知识的同时又获得了乐趣，这就是所谓的寓教于乐；其次，教师在授课过程中，通过自己的教学经验积累，认真总结有关的知识点，对于规律性的知识点做精炼的概括和总结，方便学生对于知识点的记忆和理解；再次，要重视培养学生做实验的能力，锻炼学生的动手能力，使学生能够在实验中总结分析相关实验数据，验证课堂上所学到的理论知识，甚至发现新的知识，这样既加深了学生对知识的理解和掌握，也培养学生的动手能力、分析解决问题的能力以及创新能力；最后，教师在授课时要将材料力学的教学内容与工程实际紧密结合，通过对工程实际例子的引入，引导学生将来面对实际问题时，能够想到用材料力学中学到的知识来解释并解决所遇到的工程问题。本文为讲授材料力学课程的教师提供了一定的教学建议和思路。

参考文献

[1] 王业斌.《西方经济学》课程实施课堂实验教学的探讨[J].中国校外教育，2012（5）：105.

[2] 白杨，陈俊旗.浅谈《材料力学》的兴趣培养[J].河南建材，2012（6）：143-144.

[3] 李晓靓，刘强.浅谈如何提高材料力学实验教学质量[J].教育教学论坛，2013（5）：244-245.

[4] 闫冰洁.浅谈基于地方本科高校应用型人才培养的材料

力学教学改革[J].大学教育，2015（12）：144-145.endprint