结合船舶与海洋工程专业特点的“材料力学”课程教学

张大朋 严 谨 罗杨阳

（广东海洋大学 海洋工程学院，湛江 524088）

“材料力学”是传统工科生必选的课程，也是一门应用面十分广的适用性课程[1-3]。正因为其应用面较广，导致它的一些工程情景在传统力学、材料、金属、铸造和机械设计等学科方面具有代表性但没有对于特殊专业的针对性，如船舶与海洋工程专业。船舶与海洋工程中涉及大量的系泊缆索、水下拖缆、深海网箱、海洋管线与海洋平台和船体梁等，与《材料力学》课本中实际提到的土木、机械方面的工程情景相差较远[4]，因此有必要将船舶与海洋工程专业的实际工程情形和“材料力学”课程中的相关内容进行深度结合，从专业背景出发，展现材料力学在船舶与海洋工程专业中的实际应用，提高学生学以致用的能力和创新能力。

1 《材料力学》教材的特点与教学现状

1.1 《材料力学》教材的特点

“材料力学”课程本身涉及大量较为抽象的概念，如连续性假设、均匀性假设和各向同性假设等[5]。它的很多概念、定义的导入是从材料科学和机械结构方面入手的，如气缸、活塞、导轨、机床、齿轮、飞轮以及气锤等，导致“材料力学”课程的内容范围较广，相关知识点的布局比较分散[6]。当前的《材料力学》教材偏重于专业基础知识和基本理论的通识性介绍，缺乏针对特定专业的材料力学最新研究前言和研究成果相关的内容。不区分专业和方向的授课讲解方法，很容易降低学生的课堂学习兴趣，使学生陷入枯燥的学习状态，对于相关知识点的掌握仅限于死记硬背，教学效果欠佳。

1.2 广东海洋大学船舶与海洋工程专业“材料力学”课程的教学现状

广东海洋大学船舶与海洋工程专业的学生机械设计课程开设的时间晚于“材料力学”课程开设的时间。《材料力学》教材中为了引入某个概念或是某个定义而借用机械方面的工程情景或机械构件，学生并不了解，很难引起船舶与海洋工程专业学生的共鸣，难以有效调动学生的积极性，最终难以达到提高学生的理解能力、加深学生对知识掌握熟练程度的目的。这一系列后果导致船舶与海洋工程专业的学生对后续课程学习困难，也不利于提高学生的专业竞争力。为了改变这种现状，需要从多方面入手，充分分析“材料力学”课程与船舶与海洋工程专业的结合点。

2 “材料力学”课程与船舶与海洋工程专业的结合点

2.1 船舶与海洋工程专业中涉及的材料力学知识概念与融合

不管是对船舶船体结构还是海洋工程中的辅助构件来说，船舶与海洋工程专业中涉及的材料力学知识概念非常多。例如，在“材料力学”课程中提到的杆件、平板、壳体、简支梁等，都是船体结构和大型海洋平台的主要组成部分。在提到这些专业术语和概念时，如果单纯抠字眼和利用课本上自带的图片导入，效果普遍较差。在提到这些名词时，如果能选取一个具体的船体剖面结构图，带着学生一起从图中将这些结构一一找出，并分别总结这些结构的特点与力学特性，最后回到《材料力学》教材中关于专业术语的定义，帮助学生掌握专业术语和概念，同时有助于理解材料力学在船舶与海洋工程中的重要性[7]。

通过这种立体式交叉教学方式可以实现船舶与海洋工程专业中材料力学知识与概念的深度融合，达到“润物细无声”的教学效果。这种教学方式可以让学生在专业背景和专业气氛较为浓厚的情况下掌握“材料力学”课程中的基础知识和基本概念，实现专业与力学理论的融会贯通。

2.2 材料力学在船舶与海洋工程中的具体应用

“材料力学”课程中针对细长构件的拉伸与压缩理论，在船舶海洋工程中同样有着非常重要的实际意义。例如，系泊结构是大型海上浮式结构物在海上锚泊定位的重要装置。该系统中系泊缆索的最大系泊张力和破断力与“材料力学”课程中杆件受到拉伸载荷时发生的情形基本一致，而关于破断强度的计算与“材料力学”课程中规定的轴向拉伸作用下杆件拉伸应力的计算方法也是一致的[8]。同时，系泊系统中系泊缆索预张力的计算也可以依据材料力学中的计算公式进行计算[9]。

“材料力学”课程中的圆轴、圆柱以及薄壁杆件的扭转，与海洋工程专业中组成大型海洋平台上的一些支撑柱发生扭转时的原理一致[10]。因此，“材料力学”课程中关于这部分的相关理论可以用来校核海洋工程中相关杆件的强度与变形。课堂上可以通过典型的图片来展示这些海工构件的结构与发生扭转变形时的情况来加深学生的理解与记忆。

“材料力学”课程中提到的弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形等概念，在研究海洋管线时经常用到。因此，在实际课堂上可以通过一个典型的海洋管线力学特性的计算案例分析将以上“材料力学”课程的知识点贯穿起来，从而从专业角度加深学生对力学术语的理解。

“材料力学”课程中提到了压杆稳定，而很多时候海洋平台垮塌就是因为其桩腿发生了压杆失稳导致桩腿局部屈曲，从而引起海洋平台整体发生倾覆[11]。可以通过查找典型海洋平台桩腿失稳的案例图片，在讲解压杆稳定时适时插入，实现相关知识向专业背景的自然过渡。

“材料力学”课程中关于单跨梁的一系列假设和规定，与船舶与海洋工程专业中“船舶结构力学”课程的相关规定有着紧密联系。从本质上来说，基于单跨梁理论的求解方法也基本相同[12]。由于“材料力学”课程安排在大二下学期，“船舶结构力学”课程安排在大三下学期，因此在讲授这一部分内容时，可以提前引入船体梁等相关理论，通过“材料力学”课程的学习为船舶与海洋工程专业的学生初步打下“船舶结构力学”课程学习的基础。

3 教学调整及进一步的改革构想

3.1 教学调整

以工程认证为依托，深化课程体系改革。广东海洋大学的船舶与海洋工程专业经过若干年的发展，已经取得了一定的专业基础和业内口碑，同时已经具有了船舶与海洋工程一级学位硕士点和土木水利方向的船舶与海洋工程专业硕士点。站在新的起点，广东海洋大学要优化课程体系，按照该专业的特点和该专业学生的认知，合理调整相关大类工科课程与专业课程的顺序，尽量使大类工科课程起到为专业课打基础的作用。同时，要结合工程认证的相关要求，合理调整包括“材料力学”课程在内的工科大类课程的实验课时与理论课时的学时分配，做到理论与实践过程并重[13]。

3.2 进一步的改革构想

积极探索新的课程课堂模式，探索多种教学方法教学。例如，通过布置科研小课题的形式，将教材中的相关章节内容与船舶与海洋工程专业的相关知识点相结合，学生以小组为单位进行自主探索，并将研究成果在课堂上进行汇报展示，使学生收获知识，同时学会团队合作[14]。此外，需集中优势资源，整合团队师资，打造面向船舶与海洋工程专业的特色“材料力学”课程。这对于建设专业团队和船海学科的发展具有重要意义。

4 结语

“材料力学”课程是工科类院校的必备基础课程，也是集专业性与通识性于一体的力学基础课程。该课程对于科研创新、工程勘探以及基建的作用不可忽视。针对不同专业方向的差异性进行针对性教学，才能取到事半功倍的效果。鉴于此，本文针对船舶与海洋工程专业的特点，结合“材料力学”教材的章节内容，从培养船舶与海洋工程专业人才的角度出发，提出了若干针对性建议，对于提高相关涉海高校的专业人才培养水平有一定的借鉴参考价值。