材料力学课程的教学

时间：2021-01-31 20:58:13 土木工程毕业论文我要投稿

材料力学课程的教学

　　材料力学课程的教学【1】

材料力学课程的教学

　　摘要：材料力学一直以来深受土木、机械等工程学科的重视，是一门重要的专业基础课。

　　但材料力学概念多、公式多、数学计算多，因此需要教师在教学中不断改进教学方法，提高教学质量，以适应培养学生综合能力的要求。

　　关键词：教学方法教学质量综合能力

　　材料力学研究杆件在荷载作用下的变形破坏规律，并分析计算构件的强度、刚度和稳定性，是一门重要的专业基础课。

　　但这门课程概念多、公式多、数学计算多，内容琐碎而枯燥，为了适应培养学生综合能力的要求，需要不断改进教学方法，提高教学质量。

　　1.加强对绪论课的讲授

　　良好的开端是成功的一半。

　　“绪论”是材料力学课的总纲，重点强调材料力学来源于工程实际、服务于工程实际的本质，并通过具体事例配合多媒体演示的方式详细介绍材料力学在工程实践中的应用情况。

　　例如在介绍强度问题时，可以截取报纸等新闻媒体上的有关工程事故的报道，通过这些触目惊心的画面，使学生明白强度问题在工程实践中的重要意义。

　　再如压杆稳定的提出，通过介绍19世纪最后25年，欧美发生过的最有影响的两例失稳事故：美国阿什特比拉河上同名桥失稳事故和瑞士明汉斯太因村铁路桥失稳事故。

　　使桥梁等结构设计由只强调强度设计，变为必须考虑强度、刚度与稳定性并重的更完善的体系。

　　这一方面说明材料力学课程的性质、目的和任务，另一方面让学生意识到要始终将理论与实践相互结合，才能更好地解决工程问题。

　　2.重视实验教学

　　材料力学实验作为理论教学的主要补充，对学生工程素质的培养有很重要的影响。

　　在实验环节要注重发挥学生在实验中的主观能动性，避免机械式的验证和演示。

　　例如在辨别低碳钢和铸铁试件时，可以鼓励学生自己动手通过多种方法辨识外形相同的实验试件。

　　在做圆截面杆扭转实验时，学生清晰地观察到其失效断裂是从外表面开始的，不同材料的试件发生扭转并失效断裂的形式不一样，要求学生观察画出断口的形状并结合理论知识加以解释。

　　这样既提高了学生的学习兴趣，又与理论教学紧密联系，取得了事半功倍的效果。

　　3.适当的教学方法

　　材料力学概念多、公式多，很多学生反映不能准确记忆公式，在教学中应注意运用比较法，将不同内容联系在一起。

　　例如，在总结横截面应力公式时，比较各种基本变形可以得出如下规律：应力=内力·分布规律/几何量。

　　这样可以帮助学生记忆，达到良好的教学效果。

　　目前材料力学教学一般先介绍各种基本变形相应的变形破坏规律，因此教师每讲完一章后，可以对章节内容进行归纳总结。

　　以轴向拉压为例，可建立起“外力—内力—应力—变形—强度—刚度”的基本解题主线，通过这条主线，在以后学习其他基本变形时，学生能够从整体上掌握基本变形的要求，提高解决工程问题的力学素养。

　　再如在画内力图时，大部分学生感到非常头疼，特别是弯曲变形的内力图，不但要注意内力的符号规定，还要画出内力沿轴线的变化趋势。

　　通常在快速画剪力图时，其画法归纳可以口诀形式给出，以从左向右为例，见到力向上则向上画，力向下则向下画，没有力的为平直线，有均布荷载q为斜直线。

　　画弯矩图时，在满足了相应的图线微分关系时，指定点弯矩的计算除了用截面法求取之外，还可利用弯矩图的积分关系求解，这种方法比较直观，计算量也较小。

　　4.丰富的辅助教学手段

　　利用计算机辅助教学不仅能增加更多的信息量，还能很直接地刺激学生的感官，增强感性认识，从而激发学生的学习兴趣。

　　可以尽量将一些原来需耗费大量时间在黑板上绘画的作图通过图文音像等形式向学生展示，这样能更好地帮助学生理解相应的变化。

　　例如在讲解压杆稳定内容时，可以在开篇时放置大量与压杆稳定有关的工程实例图片，包括液压杆顶杆、脚手架中的压杆、桁架结构中的压杆等，这些杆件有一个共同点就是又细又长，从而让学生很直接地认识到压杆稳定问题主要是针对细长杆件。

　　同时可以将压杆稳定失稳的过程做成动画，这样就可以把随着载荷F的增加，压杆保持直线稳态，保持微弯临界平衡，最终发生失稳的整个过程清晰地展现出来，加深学生对临界力概念的理解，正确认识稳定性问题一般是先于强度问题发生的。

　　为了活跃课堂气氛，最好能联系生活实际，还可适当做一些课堂小实验，通过直观性的演示吸引学生解决材料力学问题的兴趣。

　　例如，常见的输电塔、冷却塔等为什么沿高度是曲线变化的，可以引导学生计算一个轴压柱的用料问题，分别讨论等直截面，阶梯柱和等强度柱三种情况进行对比，发现等强度柱用料最省，沿高度曲线变化，适用于实际情况。

　　在分析提高梁的承载能力，讨论如何选择合理的截面形状时，我们可以通过一个小实验说明。

　　在课堂上随意选取一张白纸，将其置于桌面的两个支承之上，在白纸上置放一支粉笔，粉笔立即掉落在桌面上，但如将这张白纸多对折几次再展开放置于支承上，此时则可以放置多支粉笔。

　　同样一张纸经过简单的处理就大大改善了承载能力，这是因为其横截面的抗弯截面模量Wz得到了很大提高，从而使承载能力增加。

　　这些措施大大提高了学生的学习兴趣，加深了对相应理论教学内容的理解，值得我们不断总结挖掘。

　　随着科学技术日新月异的发展，我们应将传统黑板教学思维的连贯性、多媒体教学的丰富性和直观性趣味教学的吸引性有机结合起来，优势互补，不断探索更为有效的教学方法，为提高材料力学的教学质量而努力。

　　参考文献：

　　[1]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

　　[2]孙训方.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1994.

　　[3]老亮.材料力学史漫话[M].北京：高等教育出版社，1993.

　　[4]张文阁.以材料力学课程为载体，努力实践对学生综合能力的培养.力学课程报告论坛[M].北京：高等教育出版社，2006.

　　改进材料力学课程教学的体会【2】

　　摘要材料力学是高等学校工科类专业的一门重要专业技术课，在专业教学改革中占有重要的地位。

　　对这一传统课程进行剖析，提出一些改革思路，特别对教学手段和方法提出一些建设性建议。

　　关键词材料力学;实验和实践;信息技术

　　材料力学是高等学校工科类专业的一门重要专业技术课，是构成专业课程的基础支撑平台，起着承上启下的衔接作用，又紧密结合工程实际，实用性广，对培养学生的实践能力和创新能力意义重大。

　　但该课程概念抽象，理论性强，且教学课时数被不断压缩，其课程体系、教学内容和教学方法都与当前我国高等教育从以传授知识为主的知识教育向以培养能力为主的素质教育的转变很不适应，与培养创造型人才的要求存在明显差距。

　　因此，必须在认知规律的指导下，调整课程体系，整合教学内容，寻求科学合理的教学模式，尝试多种教学方法，加强课程信息化，在传授理论知识的同时锻炼学生实践能力，加强创新思维培养，以实现“培养具有强烈创新意识和实践能力的复合型人才”的目标。

　　1 调整课程体系，整合教学内容

　　材料力学内容复杂，知识点多，学生在短时间内很难掌握，大多数学生学起来有一定的困难。

　　必须删减教学内容，调整教学结构，删繁就简，确保主干，理顺关系，突出重点。

　　1.1 突出共性，提纲挈领

　　材料力学课程中“拉、压、剪、扭、弯”各种基本变形都按内力、应力、变形以及强度、刚度的同一次序进行分析讨论，对每种基本变形问题，又都采用“平面假设――变形几何关系――物理关系――静力平衡条件――应力公式”这一相同的推导过程。

　　显然，这种多重循环的知识体系内容重复多，教学过程缺乏新意，花费学时量大，还不利于学生对知识的融会贯通，从而激发学生学习的积极性。

　　设想将课程内容分为多个模块，把各种基本变形的共性问题(如内力、应力、变形等)集中起来讨论并加以分析，实现各种基本变形以及组合变形下杆件的内力分析、应力分析与强度计算方法的贯通。

　　这样可突出共性，强化概念，有利于学生掌握事物的内在联系，提纲挈领，掌握课程的精华。

　　由浅到深，由粗到精，循序上升，能培养归纳综合能力和知识渗透能力，也能避免重复循环，节约课时，取得事半功倍的效果。

　　1.2 通过异同对比分析实现认识的由此及彼扩展

　　依照学生学习知识的认知规律，在讲述新的概念时，要把新知识与旧知识(已学过的`)联系起来，在对比中理解其实质异同。

　　如：吃透了力矩概念后就很容易建立一个力偶的概念;学完了平面力系进入空间力系，就要剖析清楚平面和空间的根本区别与联系;学完了“理论力学”再研究“材料力学”，突出的矛盾是刚体的概念将被否认，物体的变形成了事实。

　　这种联系对比既可引起学生的兴趣，也有利于突出新知识的难点。

　　1.3 分散难点，各个击破，避免陷入复杂的公式推导

　　材料力学公式多，推导过程繁杂，如果详尽地给学生推导公式必然耗费大量课时，板书满黑板，教师自己疲惫不堪，不仅收效甚微，还加重了学生的惧怕心理。

　　熟练应用力学中的基本方法和公式，是学好材料力学这门课程的基本要求。

　　如何才能使学生达到上述要求呢?当然不是死记硬背某些概念或公式就行，而是要在对理论的基本思想、推导过程及适用范围进行明确的理解和掌握的基础上运用自如。

　　应该以让学生理解和会应用公式计算为目标，把重点放在讲清楚力学基本概念和结论以及公式适用范围、使用注意事项。

　　公式本身讲解尽量简单，少讲数学推导过程。

　　这样既可以节约课时，又可以使问题简单化，提高教学效率。

　　1.4 尽量不搞“满堂灌”

　　在授课过程中每堂课都要安排一定的时间来进行答疑，鼓励学生发表自己的想法和见解，鼓励学生通过互相讨论的方式解决问题。

　　同时通过在教学内容中增加一些与本学科联系紧密的实际例题来激发学生的学习积极性，增强教学效果。

　　教学应该始终注重理论联系工程实际，以探讨和启发性思维的开放式教学为主，通过问题讲义的方式，针对具体的工程问题进行讲解和讨论。

　　注重学生对知识原理的理解和应用，尽量通过工程实例，并结合知识内容阐释和理解在现实生活中所出现的现象，既加深对材料力学知识的理解，又着力培育学生发现问题和解决问题的能力。

　　这种从“教学资源导向型”教学方法向“能力训练导向型”教学方法转变的实质是要发挥学生的主观能动性，提高学生的实践能力和创新意识，还可以进一步丰富教师的教学内容。

　　1.5 引导学生习惯于画图分析，培养形象思维

　　要引导学生习惯于依据所研究的问题画出正确恰当的示意图，创设形象的物理情形，经过表示图来指导学生用笼统的概念和规律来解答详细形象的实践问题，养成画图剖析的习惯。

　　图形能帮助学生准确了解题意，画出正确的受力剖析图是正确处理力学问题的关键。

　　不画受力图或图画得不正确，常常难以得出正确的结果。

　　即便一时能得出正确的答案，但养成了这种不良习惯，一旦遇到较为复杂的问题时，就不知道如何下手了。

　　在教学中要注重表示图画法的锻炼，教会学生如何经过审题，画表示图，从易到难，逐渐消除思想障碍。

　　同时要求学生把练习本的左侧折出三分之一，特地用作画图区，把图像作为树立关系、列方程的根据。

　　画图习惯的培育需求一个过程，对应该画图而没有画图的答题应扣去大局部的分数或可让学生重做，从严请求，使之形成习惯。

　　这也是在培育学生的形象思维。

　　须知，形象思想并不仅仅属于艺术家，它也是科学家进行科学发现和发明的重要思维方式。

　　1.6 开设讨论课和习题课

　　让学生运用所学知识解决各种问题，从而有效地掌握分析和解决问题的方法;建议学有余力的学生，利用工程界广泛使用的MATLAB科学计算语言，对材料力学中的某些问题进行计算机模拟和分析，使学生在掌握MATLAB语言的同时，能够运用计算机软件来解决实际的力学问题。

　　2 教学信息化

　　2.1 使用现代信息技术将抽象的教学内容形象化，尽可能由感性到理性

　　传统的教学内容都是经过选择、紧缩、改造而具典型化和简约化，更具高度的笼统性。

　　若是照本宣科，学生很难理解，因此有必要应用图形图片、电视录像、多媒体课件等手段再现研究内容的变化过程。

　　合理创作应用电子教案、多媒体技术教学，充分调动学生学习的主观能动性，激发学生学习的兴趣。

　　制作多媒体教学课件、复习指导等教学辅助材料，实现传统教学手段(如课堂讲授、上习题课)和现代教学技术(多媒体教学等)的紧密结合。

　　通过课堂展示、提供交流和互动平台，活跃课堂气氛，增强学生学习兴趣，取得较好的效果。

　　对于一些较为抽象、难以用语言描述清楚的教学内容，还建议采用图片、动画视频、声音等多媒体技术，动静结合，有声有色，如材料破坏的动画演示，从而增加学生的感性认识，

　　2.2 建立材料力学课程试题库及自学自测系统(学习辅导系统)

　　建立作业系统和基于网络的实验教学体系，可以利用现代网络技术来提高教学质量、教学效率，督促学生课前、课后的学习，全程跟踪学生的学习状况，这是一种比较有效可行的教学改革方法。

　　同时，教学信息化的技术是充分应用计算机和网络来完成教学前和教学后的工作，大大减少教师的劳动强度，非常值得学习和借鉴。

　　3 加强实验和实践环节

　　加强实验和实践环节，如自制实验装置，使实验小型化、多样化，从而增加学生动手操作的机会和时间。

　　压缩理论教学环节，增加力学相关软件和上机操作实践。

　　值得注意的是，随着素质教育要求的不断提高，材料力学实验已经成为课程的重要组成部分。

　　实验教学的基本任务是：帮助学生理解和掌握理论体系的基本概念，使学生掌握材料力学性能的测试方法，培养学生的动手能力，培养学生综合运用理论与实验手段解决工程问题的能力。

　　理论教学与实验教学是相辅相成的，不能相互取代，因此除了理论教学外，在教学改革方面还必须兼顾实验教学，实验教学必须为理论教学服务。

　　当然，材料力学实验并不应当停留在单纯理论的验证上，必须将培养学生能力作为重中之重，开设学生独立实验，使学生对实验内容的理解更为深入，对实验操作也做到心中有数。

　　另外，针对当前实验内容较为简单，缺乏思考性和启发性的现状，还应适时更新实验内容，使实验更加丰富有趣，激发学生的学习兴趣。

　　在实验教学中应该借助现代力学手段，为学生提供更多的动手机会。

　　当前由于实验设备数量有限，大部分实验还是演示性实验，这种情况带来的直接后果就是教师演示、学生观看，学生处于被动地位，不利于培养学生的动手能力。

　　为了培养学生的工程意识和科学作风，启发学生的开创思维，应大力创造条件采用开放实验室，给学生留有充足的时间，给他们亲自动手的机会，以充分发挥设备资源的潜力，培养学生学习的兴趣，切实把理论知识和实验技能密切结合起来，使学生对所学课程有形象和深入的理解，这样才有利于人才的培养，有利于教学质量的进一步提高。

　　4 考核

　　随着教学改革工作的深入发展，各个学科的课程评估工作已全面展开，而评估的核心是对考和学两个方面的质量评价和估计，其重要的手段之一是对学生进行考试。

　　传统的考试制度是任课教师“一包到底”，即谁任课，谁出题，谁阅卷。

　　这种考试无疑存在很大的弊病，一方面不易检查教师的教学水平和教学效果;另一方面，由于每位教师在长期的教学中形成的自己传统的教学与考试的特点和侧重点，对检查学生的学习效果也有很大的不利影响。

　　因此，要提高教学质量，改革这种“一包到底”的考试制度势在必行。

　　建立试题库、运用试题库、实现教考分离则是有效的改革方法之一。

　　这样不仅能考出学生的学习成绩，更重要的是对教师的教学水平、教学效果也是一个很好的检验。

　　这样必然促使教师对教学工作的重视，所以在一定程度上对教学工作起着积极的推动作用。

　　课程考核应按平时成绩和期末考试加权计算，平时成绩按实验成绩、出勤、课堂提问、作业等综合评定。

　　5 结束语

　　在材料力学课程教学改革与实践中，通过课程体系和内容的创新、教学方法和模式的创新、考试与考核方法的改革，对材料力学课程教学大纲进行重新修订。

　　在保留原有经典教学内容的基础上，尽可能提高该课程的起点，引入复合材料力学、弹塑性力学等近代力学知识。