材料力学金课建设探索与实践

陈云信，夏燕 （江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）

1 引言

2018年8月，教育部发布《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》指出：高校应全面理顺各门课程的教学内容，提高大学生的学术挑战水平，合理提高课程难度水平，扩大课程深度，扩大课程选择，取消“水课程”，打造高水平、创新、富有挑战性的“金课程”。就在这一年8月，“金课”被引入教育部文件。“金课程”不仅是一流学科建设、一流专业建设和培养优秀一流人才的重要抓手，也是2035年实现教育现代化、推动中国从教育大国向教育强国转变的战略目标。

材料力学是我校材料成型及控制工程、机械设计制造及其自动化等专业的重要基础课，是后继的机械原理、钢筋混凝土、结构力学、机械设计等课程的先导课程，它既可以独立解决工程问题，也可以结合其它课程在复杂问题中深入应用。弄清楚材料力学知识对于学生在学习方法,形成工程概念等方面有重要作用。科学技术的快速发展、新材料不断出现、材料力学教学内容的不断提升,对教学的要求也会越来越高。但目前材料力学课程在教学内容、教学方法、教学手段等方面都难以满足教学改革和创新型人才培养目标的要求，这样的授课模式与打造“金课”的目标相差甚远，因此，如何去“水”添“金”，是材料力学课程亟待解决的问题。

为了解决材料力学课程中公式多、模型抽象、工程应用难、学生参与度低的难题，并满足创新型人才培养目标的要求，本文从教学理念、教学内容、教育教学方式等几个方面进行变革，由此去满足高阶性、创新性、挑战度等要求，让本校材料力学课程成为真正意义上的金课。

2 教学理念

传统的教学中教师掌控课堂，很容易形成一言堂，现在把课堂主动权交给学生，用活动、实践填充课堂，让学生更有主动权，根据自己的情况积极参与。教师主导，学生主体，教师在启发学生的同时，激发学生的求知欲望和学习兴趣，从要我学，变为我要学，增加学生的课堂参与度，从而让课堂动起来，培养学生自主学习的意识；因材施教，让各层次的学生都能找到合适的提高方式，获得知识交流与潜能开发的成就，提高自信，感受学习的社会应用价值，形成良性循环，把课堂建设成为真正意义上的金课。

3 教学内容

①课程内容与生活息息相关，让学生有兴趣参与。材料力学和理论力学的特点不一样，逻辑性不强，知识点比较散，公式比较多，如果方法不得当，学起来比较枯燥，利用身边的力学问题可以很好地解决学生对课程内容兴趣不足的问题。在教学中，利用教室的日光灯、电扇吊杆、课桌（板）、横梁（弯曲变形实例、截面放置与提高梁强度）；另外，还可以通过视频、图片等展示力学的前沿应用，由此让学生意识到材料力学既可以解决身边的力学问题，也可以在国之重器方面应用。

②举一反三：大学的课程是个有机的系统，材料力学的学习为后续的专业课打下扎实的基础。在学习组合变形时，拉弯组合（压弯组合）除了引入工程中的实际问题，例如图1所示钻床的立柱的变形，按图2所示强度计算的基本思想分析问题，并且能自主找到压力和弯矩的关系,可以标识为一条相互关联的N-M曲线，理解这条曲线反映NM之间的关系，也就是轴力对抗弯承载能力的影响或者反过来，弯矩对抗拉或者抗压能力的影响，上面这条曲线是由受压控制的，下面这条曲线是由受拉控制的，交点处为界限破坏，此时抗弯能力最大，弯矩等于零时轴拉或者轴压能力最大，如图3所示，这些问题理解透彻为钢筋混凝土分析偏心拉压打下坚实的基础。

图1 钻床

图2 强度计算的基本思想

图3 理论Nu-Mu相关曲线

③培养学生逆向思维：一般的梁都已知约束、已知载荷，分析外力，求内力，再画内力图；在此基础上，可以给定剪力图，反求支座约束力，确定载荷，从而再作出弯矩图；或者给定弯矩图，反求支座约束力，确定载荷，从而再作出剪力图。

④利用身边的力学小问题、工程实践中的力学问题、前沿的科技领域的力学问题让学生领会怎样提出问题，需要解决哪方面的问题，关键的解决思路在哪里，解决思路的依据是怎样的，从哪里出发，方法和重要环节又是怎样的，对进一步提高教学水平和人才综合能力培养具有积极的推动作用。

⑤在教学中加入全国周培源大学生力学竞赛的知识内容，让课程难度增加，学生可以更好地掌握基础知识；材料力学研究以金属材料为主，目前复合材料在各个领域有广泛的应用，可以在教学中引入复合材料的相关问题，拓展学生的知识面，引导学生利用所学的材料力学知识，对实际工程问题进行分析，提高课程的广度，由此打造具有深度、高度、广度和前沿性、时代性的材料力学课程。

4 教学方式

把信息化通过教学方式体现出来，增加课堂的参与度，比如线上、线下混合式的教学模式；线上超星平台，平台投屏、签到、讨论、选人、测试等功能和线下学习互相促进融合；把材料力学力学知识碎片化，把重要的知识点录制成短视频，加上拓展性的思考题，根据学校课程的教学进度发放，同学们在课前、课中、课后利用线上课程各取所需，起点低的同学把重难点知识掌握好，基础好的同学在基本要求的基础上进一步提高，在力学竞赛、考研等方面有更好的成绩，比较简单的知识点，学生通过线上资源进行自主学习，主动、灵活的学习模式，让学生有兴趣，能发挥主观能动性，这部分内容线下课堂只需要归纳总结一下，解决一下个别同学提出的有建设性的问题，从而在有限课时的情况下，提高了材料力学的拓展度。行，提出问题后，让学生有思考的时间，让学生利用已经学过的知识来试图解决问题，这样的方式学生是主动思考，思路跟着教学进度，能很好地激发学生的学习欲，调动积极性，提高自己努力解决问题，增加了自信；由此让材料力学课程成为具有深度、高度的金课。

图4 课堂设计

5 小结

过程启发式教学是培养学生创新能力的有效途径。通过不同层次启发、引导让学生独立主动思考，主动掌握知识。基于问题的教学是过程启发式教学的方法之一，如在教学过程中提出问题、分析问题、解决问题，在提出适合学生难度的问题后，让学生们进行讨论，在充分交流的基础上回答，对于一些有难度的问题，也可以让学生先思考，即便没有完全的思路，教师在自己解答的过程中，同学也可以对照发现是哪个环节的哪个方面遇到了困难，应该怎么解决；在例题和习题的分析过程中，PPT和黑板板书交替进

学生的低年级阶段是学习专业基础课的关键时期，如何在该阶段培养学生的创新意识和动手能力，不断提高学生的综合素质，如何在材料力学课程中开展创新研究就显得非常必要，它不仅可以为学生学习后续的专业课打下扎实的基础，形成良好的思维习惯，并具有可持续性发展，而且也可以为学生在高年级阶段学习专业课程并最终形成专业能力提供良好的思维方式；建设兼具“高阶性”“创新性”和“挑战度”的材料力学金课非常重要。