案例教学在材料力学教学中的应用研究

王永伟，吴雁平

摘要：材料力学是土木、道桥、机械等工科专业的一门重要专业基础课，其内容与工程实际紧密相关，教学难度较大，传统的教学方法已经不能达到较理想的学习效果。文章通过某履带吊吊装拱肋这一案例介绍了案例教学法的优点及应用，使学生通过实际工程分析来理解、掌握力学的相关知识，较好地调动了学生的学习兴趣，提高了学生分析问题、解决问题的能力，提高了课堂的教学质量，为后期专业课的学习奠定了良好基础。

关键词：材料力学;案例教学;分析能力;应用研究

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）01-0281-03

在理工科院校中，材料力学是土木、机械等专业的一门重要专业基础课，其内容与工程实际紧密相关，它以高数、理论力学等课程为基础，主要研究杆件的强度、刚度、稳定性等问题。随着高等教育的普及，高考分数线不断降低，使得同一班级的学生对问题的理解、分析能力差别很大，用传统的教学方法已不能有效提高学生的学习兴趣和效率，加之材料力学本身是一门既复杂又抽象的课程，内容庞杂，公式繁多，有极强的逻辑性和一定的实践性，学习起来难度很大，教师如果仍然采用单纯的理论教学，会使部分基础差的学生理解不了教师的授课内容[1]，跟不上教师的思路，感觉课程枯燥难学，从而厌学甚至放弃学习。鉴于此种情况，课题组教师引入案例教学法，结合实际工程案例将力学知识渗透到学生中去。

一、传统教学模式下存在的问题

1.传统模式下“教”与“学”的问题[2]。材料力学作为理工科类重要的专业基础课，其公式多，内容杂，理论性强，作为应用型人才培养院校的学生，部分学生理论基础较差，学习主动性不强，面对繁杂的公式和理论计算，不少学生出现了“畏惧”和“逃避”的思想，而教师在教学过程中仍然采用“满堂灌”的教学方式，已经明显不能取得良好的学习效果，课程上经常会出现教师在“满怀激情”的讲课，部分学生在“专心致志”的睡觉或玩手机，即使教师多次提醒学生应该认真听课，积极回答问题，作用也颇小。

2.传统的考核评判方式。目前，大部分材料力学考核方式仍为传统的闭卷笔试，学生把大部分精力都用在了应付理论考试上面，忽略了理论在实践中的应用，造成了高分低能的现象。学生在面对工程问题时，仍无法做出合理分析及处理。

二、案例教学法的优点

1.以真实案例为基础，将理论与实践相结合。案例教学法时刻与实践结合起来，由于所列举的实例都是来自生活中的案例，学生可以很好地理解和分析其中的理论模型，更加直观、形象的将其本质拆开，即使学习理论知识能力差的学生，也可以很快地接受和产生兴趣，调动了学习的积极性，使得枯燥无聊的课程充满了挑战和意义。由于教师在使用案例教学法时需要做大量的前期准备工作，需要教师到企业和社会中去，到工程现场和一线生产中去收集资料和数据，这在无形中就提高了自身的知识水平，在将这些知识讲授的过程中，教师本身也会从中学习新的理论知识，将该门课的相关专业联系起来，形成一個庞大的网络体系，更好的、多角度的完成教学工作。学生在学习的过程中，将学习的目的自然的转换到实际工作中来，弱化考试的结果，更注重知识本身在工作和生产中起到的指导作用，将所有的理论知识全部应用到实践中去[3]。

2.注重对学生分析能力的培养。在授课过程中，教师有针对性地引入案例，引导学生运用力学的基本理论对案例进行思考、分析、展开讨论，每3—5人组成一个讨论小组，教师提前布置任务，上课时每组派一名代表发言，提出自己的分析结果和疑惑，教师结合每组学生的分析情况，总结知识点，答疑解惑，逐渐形成一个“工程案例引入→建立模型→受力分析→知识点引入案例分析→总结→思考”的教学体系，让学生在讨论中愉快的学习。

三、案例分析在教学中的运用

课题组以某履带吊吊装拱肋为例，让学生从计算简化、荷载简化开始，分析结构受力，计算结构对地面的压应力，使学生通过实际案例分析来理解、掌握力学的相关知识，从而更好地解决实际工程中的问题。案例中吊车型号为150t履带吊，其中自重80t，配重89t，共计169t，履带吊吊装的拱肋节G=50t，I=5.18m，L=

7.2m，B=5.63m，b=1.1m，r=9.65m，基本尺寸如图1所示，计算简图如图2、图3所示，让学生分析吊车工作状态下履带接地的四角点，即图3中p1、p2、p3和p4点对地面的压应力。

课题组在教学时根据吊装角度不同将学生分成18个小组进行讨论，然后每个小组将讨论结果由一名组员汇报，在讨论过程中教师主要起引导和指点作用，结合案例已知条件，逐步引导学生进行分析：如吊车在起吊构件时，起吊构件的重量对吊车将产生向下的压力F，与配重一起产生弯矩M，其中F等于起吊重物重量G和吊车工作状态下自重+配重相加，M=G·r-Q·l，则通过计算可知M=500×9.65-890×5.18=214.8KN·m，然后再引导学生将吊车两条履带假定为承受地面压力的组合截面，则绕X轴和Y轴惯性矩可通过公式Ix=2Lb（B/2）■，I■=1/6bL■得出，经过计算Ix=125.52m■，Iy=68.43m■，让每组学生根据材料力学知识及公式（1）、（2）、（3）、（4），计算出吊车工作状态下履带接地的四角点，即上图中p1、p2、p3和p4点对地的压应力σ■、σ■、σ■、σ■，根据18个小组计算得出的结果将各角点应力列表，见表1。

σ■=■-■+■ （1）

σ■=■+■+■ （2）

σ■=■-■-■ （3）

σ■=■+■-■ （4）

通过对实际案例进行分析计算，学生们更加深刻地认识到了力学在工程中的作用，极大地调动了学生的学习积极性，每个小组在计算过程中相互讨论、研究，进一步掌握了力学的相关知识，让学生带着好奇心从被动学习转变为主动学习，整个课堂教学质量有了很大的提高。

四、結语

案例教学法将工程实际与理论有效地结合起来，按照教师为主导、学生为主体的教学思路，将材料力学中枯燥、难懂的知识通过案例分析、讨论形象地展现在学生面前，既增加了学生的学习兴趣，又加深了学习的印象，同时对学生的创造能力，分析问题、解决问题能力的提高也起到了促进作用，使学生真正达到了学以致用的目标。此方法在以后的教学过程中值得推广。

参考文献：

[1]徐志军，原方.工程实例在建筑力学课程教学中的应用[J].力学与实践，2018，（40）：700-703.

[2]刘晓洲，吴寅.案例教学法在材料力学实践教学中的应用探索[J].教育教学论坛，2016，（41）：185-186.

[3]张扬，李四平，赵社戌.材料力学课程教学改革实践[J].课程教材改革，2012，（10）：59-60.

Application of Case Teaching in the Teaching of Material Mechanics

WANG Yong-wei，WU Yan-ping

（Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou，Henan 450063，China）

Abstract：Material mechanics is an important basic course for engineering majors such as civil engineering，road and bridge engineering.Its content is closely related to engineering practice，and its teaching is difficult.Traditional teaching methods can not achieve better learning results.This paper introduces the advantages and application of case teaching method through a case of hoisting arch ribs by caterpillar，so that students can understand it through practical engineering analysis.To master mechanics related knowledge，better mobilize students' interest in learning，improve students' ability to analyze and solve problems，improve the quality of classroom teaching，and lay a good foundation for later professional courses.

Key words：Mechanics of Materials;case teaching;analytical ability;applied research