方秀珍+方子喬

【摘 要】本文將STS教育理念和方法整合入《材料力學(xué)》課堂中，給出兩者的切入點(diǎn)、整合內(nèi)容和整合方式，展示STS教育理念和方法如何有機(jī)滲透到《材料力學(xué)》中，并給出整合中存在的問題及解決方法。

【關(guān)鍵字】STS教育； 材料力學(xué)；切入點(diǎn)；整合內(nèi)容；整合方式

【基金項(xiàng)目】華北科技學(xué)院教研基金資助課題（課題編號(hào)HKJY201437），課題名稱：“力學(xué)”教學(xué)如何滲透STS教育，課題類別：指導(dǎo)類

【中圖分類號(hào)】G4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）34-0040-02

我所在的大學(xué)以安全為特色，培養(yǎng)的學(xué)生主要服務(wù)于生產(chǎn)煤炭的行業(yè)。眾所周知，煤炭在中國是主要能源之一，也是國家的重要支柱之一。因此，采煤安全，責(zé)任重于泰山。一人安全，全家幸福。如果采煤安全只依靠經(jīng)驗(yàn)，根本無法保證現(xiàn)在全面機(jī)械化的采煤安全要求，因此，培養(yǎng)既有科學(xué)技術(shù)又有社會(huì)責(zé)任感的安全技術(shù)人員是社會(huì)持續(xù)發(fā)展的需要。

煤炭行業(yè)事故頻發(fā)，究其原因安全意識(shí)淡薄，但是，根本原因還是頭腦里缺乏科學(xué)技術(shù)社會(huì)之間的有機(jī)結(jié)合所致。建構(gòu)這種素養(yǎng)其實(shí)不能通過一門或幾門課結(jié)合STS教育模式就可以扭轉(zhuǎn)，而是需要小到幼兒園大到社會(huì)的全方面位的滲透STS理念，才能逐步養(yǎng)成良好的科學(xué)技術(shù)社會(huì)有機(jī)結(jié)合的素養(yǎng)。

作為一名大學(xué)里教授力學(xué)的教師，更有責(zé)任將科學(xué)技術(shù)與社會(huì)責(zé)任感通過STS教育理念和教學(xué)方法滲透到課堂中去，使學(xué)生們立足當(dāng)下，從實(shí)際問題出發(fā)發(fā)現(xiàn)問題，通過學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)，解決問題，服務(wù)社會(huì)。

由于《材料力學(xué)》的課程學(xué)時(shí)有限，需要講授的知識(shí)點(diǎn)較多，因此在教學(xué)中主要以某章節(jié)的內(nèi)容為范例，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與感，使學(xué)生慢慢體會(huì)理解這種教育模式，以便課后學(xué)生自己拓展和延伸。

《材料力學(xué)》是一門將工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械中的簡單構(gòu)件簡化為一維桿件，計(jì)算桿中的應(yīng)力、變形并研究桿的穩(wěn)定性，以保證結(jié)構(gòu)能承受預(yù)定的載荷；選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、截面形狀和尺寸，以便設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)械零件。這門課程緊密結(jié)合工程實(shí)際，學(xué)習(xí)過程中通過有機(jī)滲透STS教育，展現(xiàn)煤炭行業(yè)面臨的亟待解決的實(shí)際問題，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，從而提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

下面針對(duì)我校采礦工程安全專業(yè)大學(xué)二年級(jí)的學(xué)生，結(jié)合STS教育模式展開一次2學(xué)時(shí)《材料力學(xué)》課程設(shè)計(jì)實(shí)例。通過這次實(shí)例一方面促進(jìn)自己在教學(xué)方法方面積累經(jīng)驗(yàn)，一方面促進(jìn)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，更重要的其實(shí)就是促進(jìn)教學(xué)相長，教中有學(xué)，學(xué)中有教的教學(xué)模式。這次范例選《材料力學(xué)》中“彎曲內(nèi)力和應(yīng)力”一章，在這一章中整合STS教育臨安和方法的內(nèi)容、方式整理如下表。

下面按照上表結(jié)合STS教育時(shí)的切入點(diǎn)及整合的內(nèi)容和方式，說明課堂上如何滲透STS教育理念。

首先，學(xué)生們自形成3人一組，結(jié)合彎曲構(gòu)件的橫截面特點(diǎn)、材料、工況和受力特點(diǎn)等，觀察周圍生活，收集資料。強(qiáng)調(diào)學(xué)生，注意收集煤礦生產(chǎn)中結(jié)構(gòu)或設(shè)備中彎曲構(gòu)件。學(xué)生可以通過照相、錄像的手段記錄下生活中觀察到的彎曲構(gòu)件，并形成PPT電子文檔，自命名，發(fā)到QQ討論群文件里與其他小組成員共享，共同討論，最后教師根據(jù)學(xué)生提出的問題和提供的生活實(shí)例，在課上展開講解。

然后，針對(duì)學(xué)生關(guān)心的煤礦生產(chǎn)中使用的彎曲構(gòu)件是否能安全承載展開講解。有很多學(xué)生的家長或親屬朋友工作于煤礦生產(chǎn)的第一線，通過學(xué)生的咨詢和了解，其實(shí)發(fā)生哪一種危險(xiǎn)都是致命的。首先，必須保證煤礦生產(chǎn)中的結(jié)構(gòu)和設(shè)備安全承載。以構(gòu)成煤礦井下生產(chǎn)活動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)--巷道支護(hù)為例，如圖1所示。

這兩個(gè)巷道使用的抗彎構(gòu)件形狀不同、材料不同、截面形狀不同，工況是來自圍巖的均布?jí)毫ΑW(xué)生們討論提出：為什么實(shí)際生產(chǎn)中使用不同形狀的巷道呢？哪個(gè)更安全呢？要解決這個(gè)問題，那么有必要分析下兩種不同巷道情況下，受彎構(gòu)件的內(nèi)力，應(yīng)力，以便分析它們強(qiáng)度問題。兩種簡化剛架的力學(xué)模型簡化圖如圖2所示，剪力圖、彎矩圖和軸力圖，如圖3所示。

由梁的彎矩圖可以看到這兩種巷道支護(hù)都承受著上側(cè)受壓下側(cè)受拉的彎矩，因此對(duì)于拉壓性能相同的拱形鋼架，橫截面為上下對(duì)稱的工字鋼，而木剛架的橫截面也是上下對(duì)稱，但是為了增加抗彎能力，圓形截面的木材比同面積的矩形截面的木材抗彎能力弱，因此實(shí)際中的圓形截面木材消去左右部分構(gòu)建為矩形截面。

最后，學(xué)生討論，總結(jié)。經(jīng)過比較兩者最大正應(yīng)力可知，拱形鋼架比矩形木剛架更適于埋深深的巷道做維護(hù)。木剛架在跨度減小時(shí)，最大正應(yīng)力減低，而不易發(fā)生強(qiáng)度失效。因此木支架一般用在圍巖壓力不大、巷道服務(wù)年限不長、斷面較小的采區(qū)巷道里，有時(shí)也用作巷道掘進(jìn)中的臨時(shí)支架。礦用型鋼支護(hù)用于圍巖壓力較大、斷面較大的基本巷道里。因此，生活實(shí)際中的構(gòu)件必須使用在合適的工況下，或者確定的工況下應(yīng)選擇合適的構(gòu)件，以避免構(gòu)件失效，發(fā)生人財(cái)物的損失。

這次結(jié)合STS教育理念的課程，雖然花費(fèi)了學(xué)生和老師的時(shí)間很多，但是學(xué)生們知道了怎么學(xué)習(xí)《材料力學(xué)》，怎么用《材料力學(xué)》解決問題，怎么做決定，怎么爭辯，怎么辯論，怎么交流，怎么合作，全面培養(yǎng)了學(xué)生科研能力，增強(qiáng)了學(xué)生的安全意識(shí)和社會(huì)責(zé)任心。生活中的誤選擇或誤設(shè)計(jì)都是致命的傷害，因此必須有扎實(shí)牢固的科學(xué)技術(shù)本領(lǐng)，才能更好的服務(wù)社會(huì)，珍視生命，減低傷亡。

另一方面，對(duì)于教師來說，準(zhǔn)備一堂課只考慮科學(xué)內(nèi)容確實(shí)很容易，但是結(jié)合實(shí)際問題，跟著學(xué)生思路走，設(shè)計(jì)問題等就需要老師花費(fèi)更多的時(shí)間盡量全面了解不同專業(yè)知識(shí)。對(duì)于習(xí)慣了傳統(tǒng)教學(xué)方法的老師，確實(shí)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。但是只要堅(jiān)持不斷的將STS教育理念有機(jī)的滲透到課堂中去，不僅學(xué)生興趣得到了提高，而且也提高了教師的專業(yè)水平。所以，STS教育理念的有機(jī)滲透過程是一個(gè)雙贏的過程，只有不怕失敗，反復(fù)嘗試，終有收獲。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳凡，陳佳. 我國當(dāng)代科技與社會(huì)（STS）研究的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].自然辯證法研究，2001，27（12）：15-19.

作者簡介：

方秀珍，1977年2月5日出生，女，出生地為吉林省梅河口市，現(xiàn)工作單位為華北科技學(xué)院基礎(chǔ)部力學(xué)教研室教師，職稱為講師，學(xué)位為碩士研究生，畢業(yè)于東北大學(xué)理學(xué)院固體力學(xué)專業(yè)?，F(xiàn)在所從事的研究方向是復(fù)合材料層合板基于遺傳算法理論的鋪設(shè)角的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及復(fù)合材料層合板后屈曲問題的探究。