喬燕+孫傳智

[摘 要]材料力學(xué)主要研究由固體材料制成的構(gòu)件承受各種荷載作用時的強度、剛度和穩(wěn)定性問題，是土木工程、機械工程、電力工程、水利工程、材料工程等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。應(yīng)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高自主學(xué)習(xí)的能動性；恰當(dāng)使用各種教學(xué)手段；善于利用身邊的力學(xué)問題；注重運用類比法分析；重視習(xí)題訓(xùn)練與復(fù)習(xí)總結(jié)和綜合能力培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]能動性；類比法；抽象問題；教學(xué)手段；綜合能力

[中圖分類號] G423 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）08-0163-02

材料力學(xué)主要研究由固體材料制成的構(gòu)件承受各種荷載作用時的強度、剛度和穩(wěn)定性問題，是土木工程、機械工程、電力工程、水利工程、材料工程等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)專業(yè)課程及從事專業(yè)技術(shù)工作的必備知識。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍反映：該課程的概念、公式較多，不容易記憶；內(nèi)容抽象，理解困難；對實際工程問題，不會簡化計算等。本文針對材料力學(xué)課程的特點和學(xué)生反映的情況，嘗試在材料力學(xué)課程教學(xué)中進(jìn)行以下幾個方面的探索和實踐。

一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高自主學(xué)習(xí)的能動性

學(xué)生的好奇心和對力學(xué)的興趣是非常有限和脆弱的，如何激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，使他們主動去學(xué)習(xí)很重要。在學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程之前，先讓學(xué)生談?wù)剬υ撜n程的理解和認(rèn)識，然后向?qū)W生介紹該課程在工程中的應(yīng)用、歷史與發(fā)展、與后續(xù)專業(yè)課程的關(guān)系等，最后介紹整個課程的知識體系、重點難點、時間安排及學(xué)習(xí)方法等。

上課時學(xué)生對老師講解理論公式的推導(dǎo)過程不太感興趣，喜歡回答老師提出的簡單問題，如果回答對了，會繼續(xù)跟著老師的講課進(jìn)度聽下去，如果多次回答錯誤，就會產(chǎn)生畏難情緒和厭惡感。所以，我們在表述問題或者提問時要由淺入深，循序漸進(jìn)，以啟發(fā)式教學(xué)為主，鼓勵學(xué)生自己思考、分析、總結(jié)，使他們對材料力學(xué)課程逐漸產(chǎn)生興趣。

例如，我們在講解軸向拉壓桿的強度條件之前，可以先提問：兩根材料相同、長度相等、截面形狀也相同的桿件，若粗細(xì)不同，用同樣大小的力逐漸拉伸，哪一根桿會先斷裂？如果其他條件都相同，只有材料不同，木桿和鋼桿哪一根會先斷裂呢？

學(xué)生很容易就能回答出這些問題來，接著就可以問：為什么兩根桿軸力相同，卻不同時斷裂呢？由此我們可以很自然地引出正應(yīng)力的計算公式和軸向拉壓桿的強度條件，然后讓學(xué)生討論拉壓桿的強度條件在生活中有哪些具體的應(yīng)用，根據(jù)學(xué)生討論的結(jié)果，從中選幾個典型例子，引導(dǎo)學(xué)生分析斜拉橋中的拉索、教室里的柱子、鋼屋架結(jié)構(gòu)中的桿件如何進(jìn)行截面設(shè)計、確定許用荷載及強度校核。讓學(xué)生課后用課堂上學(xué)過的分析方法分析自己身邊其他實例，進(jìn)而深入思考怎樣設(shè)計出既經(jīng)濟(jì)又安全的桿件，當(dāng)遇到不符合強度條件的情況時提出具體的處理辦法來。通過提問，對回答較好的同學(xué)給予加平時分的獎勵，只有這樣，學(xué)生才會一直緊跟著教師的教學(xué)過程進(jìn)行積極配合與思考，才能逐漸體會到學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣。

二、恰當(dāng)使用各種教學(xué)手段

為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，我們在教學(xué)過程中可以恰當(dāng)采用各種教學(xué)手段，使抽象問題具體化、復(fù)雜問題簡單化，把多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)用到常規(guī)教學(xué)中。一方面，我們利用多媒體演示動畫、各種圖表、視頻、工程實例、力學(xué)模型、教學(xué)總結(jié)等，利用黑板講解理論公式推導(dǎo)過程和例題求解過程。這樣既有助于學(xué)生對主要知識點的理解又能增大課堂信息量。另一方面，我們引導(dǎo)學(xué)生充分利用國家級、省級及校級的力學(xué)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，主動進(jìn)入課程網(wǎng)站自主學(xué)習(xí)，還可利用師生共建的QQ群、微信、微博等進(jìn)行溝通交流、答疑解惑等。課堂上我們還可以隨機應(yīng)變的拿起身邊的物體作為教具使用，例如：分析結(jié)構(gòu)的幾何特征時可以把粉筆盒、黑板擦、粉筆作為教具使用；分析理想鉸的時候，可以拿指甲剪、小刀、剪刀或訂書機等作為教具使用；拿一塊橡皮演示組合變形情況；拿一根吸管演示壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象；拿粉筆演示脆性材料的拉伸和扭轉(zhuǎn)破壞試驗等。課后布置任務(wù)給學(xué)生，讓學(xué)生利用手機、相機、網(wǎng)絡(luò)等尋找身邊的力學(xué)問題，并對實際問題進(jìn)行分析，簡化出力學(xué)模型。這樣通過現(xiàn)代化教學(xué)手段與常規(guī)教學(xué)相結(jié)合、課堂教學(xué)與課外教學(xué)相結(jié)合，會使力學(xué)課程變得妙趣橫生而不再枯燥乏味。

三、善于利用身邊的力學(xué)問題

為了使學(xué)生更好地掌握知識點，提高學(xué)生分析問題的能力和興趣，我們在教學(xué)過程中要善于利用身邊的力學(xué)問題，列舉一些簡單易行又趣味橫生的例子，使學(xué)生感覺到力學(xué)無處不在。[1]例如，在闡述材料的各向異性性質(zhì)時，可以舉劈木柴的例子，順紋劈容易斷、橫紋劈不容易斷。在講解提高彎曲梁的強度時，讓學(xué)生觀察教室里的梁為什么是豎放而不是平放的，觀察自然界生長的竹子為什么是空心的，而且從底向上逐漸變細(xì)，讓學(xué)生觀察粉筆在拉斷和扭斷時的破壞面，分析危險截面和危險點的應(yīng)力狀態(tài)及破壞原因。冬天室外水管常會被凍裂，讓學(xué)生討論并分析水管和冰各處于什么樣的應(yīng)力狀態(tài)，用哪個強度理論分析破壞原因比較接近實際。讓學(xué)生課后測量一下體育課上使用雙杠的水平桿相對豎直桿伸出來的長度是總長的多少，讓學(xué)生思考為什么這樣設(shè)計，然后逐漸引出利用梁的強度和剛度條件進(jìn)行合理設(shè)計的方法。以上例子都是學(xué)生比較熟悉的力學(xué)現(xiàn)象，先讓學(xué)生自己思考和分析，然后教師再進(jìn)行點評和總結(jié)，學(xué)生會很容易掌握知識而且印象深刻。

四、注重運用類比法分析

類比教學(xué)法是將學(xué)生未知的知識點與已知的知識點進(jìn)行對比，找出兩者之間相同和相似的地方，使學(xué)生既能加深對已有知識點的記憶和理解，又能使復(fù)雜未知的新知識點變得容易理解和掌握，達(dá)到事半功倍的效果。[2]雖然材料力學(xué)課程概念公式多、計算量大，但它又具有分析問題方法的共性強、前后內(nèi)容聯(lián)系非常密切等特點。[3]幾種基本變形的主要分析思路和處理方法基本類似：利用截面法求解內(nèi)力、繪制內(nèi)力圖；根據(jù)平面假設(shè)和桿件的變形特征，分析應(yīng)力分布特點，推導(dǎo)應(yīng)力計算公式，找出危險截面或危險點，進(jìn)行強度分析；根據(jù)桿件的內(nèi)力和變形特點，進(jìn)行剛度分析。我們在分析桿件的基本變形時，可以根據(jù)相似性建立一個通用公式，即：最大應(yīng)力=最大內(nèi)力 / 截面幾何性質(zhì)。具體類比分析見表1所示。

引導(dǎo)學(xué)生用類比分析法分析以上幾種基本變形的應(yīng)力與強度條件之后，可以讓學(xué)生自己類比分析他們的變形與剛度條件。通過運用類比分析法，使學(xué)生能夠清晰掌握幾種基本變形的應(yīng)力公式、強度與剛度分析方法，以便輕松學(xué)習(xí)組合變形的分析計算。

五、重視習(xí)題訓(xùn)練與復(fù)習(xí)總結(jié)

教師普遍注重理論公式的推導(dǎo)，認(rèn)為把基本概念和理論講透了，具體的應(yīng)用學(xué)生自然能夠迎刃而解。事實上，現(xiàn)在學(xué)生普遍較為懶惰，課前不預(yù)習(xí)，課堂上不記筆記，課后不及時復(fù)習(xí)總結(jié)，除了做要上交的習(xí)題外其余的基本不做，而且抄作業(yè)現(xiàn)象很普遍，學(xué)生的計算能力和準(zhǔn)確性較差。大家都清楚，對材料力學(xué)的學(xué)習(xí)必須通過做大量習(xí)題才能較為深刻的掌握基本理論與公式，否則對知識的掌握就很膚淺，就會出現(xiàn)能聽懂但不會做或做不對的情況。提高計算能力的最佳途徑就是要做大量的習(xí)題，所以，建議教師在課堂上要給學(xué)生留出時間練習(xí)，課后也要布置一定數(shù)量的習(xí)題。對于作業(yè)上學(xué)生普遍存在的錯誤要及時糾正和引導(dǎo)，讓學(xué)生的質(zhì)疑盡可能在課堂上完全消化。在課程復(fù)習(xí)總結(jié)的教學(xué)過程中，注意教材前后內(nèi)容的連貫性和新舊知識的銜接，類比總結(jié)各知識點的特點、規(guī)律、聯(lián)系、解題思路與解題方法。這樣既有利于學(xué)生消化吸收新知識又有利于增強學(xué)生掌握知識的系統(tǒng)性。

六、重視綜合能力培養(yǎng)

在教學(xué)過程中給出一些實際問題和趣味問題，引導(dǎo)學(xué)生自己建立力學(xué)模型，然后進(jìn)行分析，從而加強學(xué)生力學(xué)建模能力和培養(yǎng)解決實際工程中力學(xué)問題的分析能力。學(xué)生除了會建立力學(xué)模型外，還須要求學(xué)生會將材料力學(xué)里的許多知識點進(jìn)行綜合，并利用熟知的解題方法來解決力學(xué)問題。引導(dǎo)學(xué)生組建力學(xué)興趣小組，探討身邊的力學(xué)問題，撰寫與專業(yè)相關(guān)的力學(xué)小論文，制作力學(xué)模型，創(chuàng)造小發(fā)明，參加各級各類力學(xué)競賽，申報大學(xué)生力學(xué)方面的實踐創(chuàng)新項目等。還要向?qū)W生推薦一些經(jīng)典力學(xué)書籍、力學(xué)報紙雜志、力學(xué)課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站等，供學(xué)生課外拓展學(xué)習(xí)使用。

總之，我們的力學(xué)教師需要與時俱進(jìn)、深入思考，不斷探索與總結(jié)，使材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)變得輕松而有趣。

[ 注 釋 ]

[1] 陳云信.《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革與實踐[J].江漢大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（8）：40-44.

[2] 張豫，胡枕戈.材料力學(xué)教學(xué)中的類比教學(xué)法[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2007（12）：88-90.

[3] 李軍強.材料力學(xué)課程課堂教學(xué)方法探討[J].高等函授學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（9）：54-57.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]