李明（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

提高課堂教學(xué)效果的教學(xué)模式研究
——以材料力學(xué)課程為例

李明
（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

材料力學(xué)是高等院校工科本科生重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，具有內(nèi)容多、雜、不易掌握的特點(diǎn).根據(jù)材料力學(xué)課程的特點(diǎn)，結(jié)合近年來(lái)指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段方面對(duì)提高材料力學(xué)課堂教學(xué)效果的教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐.實(shí)踐表明：新的教學(xué)模式不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地提高課堂教學(xué)質(zhì)量，而且使學(xué)生具備解決復(fù)雜問(wèn)題的能力.

材料力學(xué)；新教學(xué)模式；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)手段

0 引言

材料力學(xué)作為一門(mén)工科大學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間起著承上啟下的橋梁作用.該課程的特點(diǎn)是理論指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用，既有很強(qiáng)的理論性，又可以為實(shí)際生產(chǎn)、設(shè)計(jì)提供合理有力的指導(dǎo)，它可以為工程設(shè)計(jì)提供有關(guān)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算的理論和方法［1］.通過(guò)對(duì)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握分析材料力學(xué)性能的基本方法，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用中的構(gòu)件來(lái)理解設(shè)計(jì)原則，最終具備應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力.隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工程設(shè)計(jì)的安全性、經(jīng)濟(jì)性提出更高的要求，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程意識(shí)素質(zhì)高的工程技術(shù)人員成為工科院校的首要任務(wù).

隨著高等院校教育改革的不斷發(fā)展，高等院校對(duì)課程設(shè)置以及課時(shí)分配做了較大調(diào)整.由于部分新課程的引入，材料力學(xué)的課時(shí)數(shù)在逐漸減小，在這種情況下，傳統(tǒng)的教學(xué)體系已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)階段的教學(xué)要求.比如材料力學(xué)的主要內(nèi)容是探討3種基本變形形式（拉、壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲）的強(qiáng)度、剛度問(wèn)題，在原來(lái)的教學(xué)計(jì)劃安排中，對(duì)每一種變形形式單獨(dú)進(jìn)行講解，但是每一種變形形式研究思路基本一致，這樣造成同樣的問(wèn)題重復(fù)講，增加額外課時(shí)，也縮減其他內(nèi)容的課時(shí)量，導(dǎo)致其他內(nèi)容課時(shí)分配不足，內(nèi)容講解不充分.同時(shí)每種變形形式分開(kāi)來(lái)講也打破課程本身的系統(tǒng)性，把系統(tǒng)有規(guī)律的知識(shí)點(diǎn)變成零散的知識(shí)點(diǎn)，從學(xué)生反饋結(jié)果來(lái)看，學(xué)生普遍反應(yīng)公式多記不住、難理解不會(huì)用，這樣的教學(xué)效果滿足不了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展對(duì)工程技術(shù)人員的需求.同樣，該課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法也相對(duì)落后、理論與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重、學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少等問(wèn)題已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)階段的培養(yǎng)目標(biāo)［2-3］.

因此，基于以上情況，為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，根據(jù)材料力學(xué)課程的特點(diǎn)，并結(jié)合近年來(lái)指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段方面對(duì)提高材料力學(xué)課堂教學(xué)效果的教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐探索.

1 新教學(xué)模式的內(nèi)容

新的教學(xué)模式圍繞教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與教學(xué)手段的改變進(jìn)行實(shí)踐.

在教學(xué)內(nèi)容方面，通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握材料力學(xué)的研究方法，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)學(xué)生的獨(dú)立操作、設(shè)計(jì)，加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解，使學(xué)生掌握材料力學(xué)性能的測(cè)試方法.

在教學(xué)手段改進(jìn)方面，通過(guò)類(lèi)比教學(xué)法、理論聯(lián)系實(shí)際、加強(qiáng)師生互動(dòng)以及適當(dāng)運(yùn)用多媒體相結(jié)合的形式展開(kāi)，使學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，理解和掌握知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性，強(qiáng)化對(duì)細(xì)節(jié)以及關(guān)鍵問(wèn)題的理解.

2 新教學(xué)模式的內(nèi)容實(shí)踐

2.1 教學(xué)內(nèi)容

由于課時(shí)的調(diào)整以及社會(huì)對(duì)工程技術(shù)人員要求的提高，應(yīng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容作出相應(yīng)的調(diào)整來(lái)滿足現(xiàn)階段的培養(yǎng)需求.

2.1.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

材料力學(xué)課程的主要內(nèi)容是探討3種基本變形形式（拉、壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲）的強(qiáng)度、剛度問(wèn)題，在原來(lái)的教學(xué)計(jì)劃安排中，對(duì)每一種變形形式單獨(dú)進(jìn)行講解，但是每一種變形形式研究思路基本一致，這樣造成同樣的問(wèn)題重復(fù)講，增加額外課時(shí)，也就縮減其他內(nèi)容的課時(shí)量，導(dǎo)致其他內(nèi)容課時(shí)分配不足，內(nèi)容講解不充分.同時(shí)每種變形形式分開(kāi)來(lái)講也打破課程本身的系統(tǒng)性，把系統(tǒng)有規(guī)律的知識(shí)點(diǎn)變成零散的知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生公式多記不住、難理解不會(huì)用.對(duì)于這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，應(yīng)分析內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，理清思路，保持其內(nèi)容的系統(tǒng)性.所以在對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行講解的時(shí)候，首先要讓學(xué)生明白不管是哪種變形形式，研究思路都是一樣的，都是根據(jù)外力情況應(yīng)用截面法來(lái)求內(nèi)力，根據(jù)內(nèi)力以及相應(yīng)的假設(shè)來(lái)計(jì)算應(yīng)力，從而進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)線彈性階段應(yīng)力-應(yīng)變滿足胡克定律來(lái)進(jìn)行變形分析從而進(jìn)行剛度校核，即：外力分析—內(nèi)力分析—應(yīng)力分析—強(qiáng)度校核—變形分析—?jiǎng)偠刃：?因此，在講解這部分內(nèi)容的時(shí)候，應(yīng)該將原來(lái)的單一講解某一變形變?yōu)?種變形同時(shí)進(jìn)行（內(nèi)力-應(yīng)力-變形），這樣可以讓學(xué)生在較少的課時(shí)內(nèi)比較清楚地理解材料力學(xué)的研究思路，也可以集中強(qiáng)化各個(gè)環(huán)節(jié)的分析方法，從而達(dá)到系統(tǒng)地理解、掌握材料力學(xué)的內(nèi)容.

2.1.2 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是理論與實(shí)際相結(jié)合的重要手段.但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，不能把實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅僅立足于對(duì)理論結(jié)果的驗(yàn)證，要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性［4］.因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，一方面要對(duì)實(shí)驗(yàn)課時(shí)進(jìn)行調(diào)整，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)的比重，另一方面要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求.實(shí)驗(yàn)前，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，并根據(jù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考以及創(chuàng)新能力；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)按照操作規(guī)范獨(dú)立操作并認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、觀察能力；實(shí)驗(yàn)后，要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較、分析，探討個(gè)人設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn).通過(guò)學(xué)生的獨(dú)立操作、設(shè)計(jì)，加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解，使學(xué)生掌握材料力學(xué)性能的測(cè)試方法.

2.2 教學(xué)手段

材料力學(xué)課程的特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多、系統(tǒng)性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)，相應(yīng)教學(xué)手段應(yīng)該適合該課程的特點(diǎn).相應(yīng)該課程的教學(xué)手段應(yīng)采用類(lèi)比教學(xué)法、理論聯(lián)系實(shí)際、加強(qiáng)師生互動(dòng)以及適當(dāng)運(yùn)用多媒體相結(jié)合的形式展開(kāi).

2.2.1 類(lèi)比教學(xué)法

類(lèi)比教學(xué)法是將不同知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較，找出其相同或者相似的地方，并總結(jié)出相應(yīng)的規(guī)律.在教學(xué)過(guò)程中采用類(lèi)比教學(xué)法，在較少的課時(shí)內(nèi)可以使學(xué)生找到類(lèi)似知識(shí)點(diǎn)的規(guī)律，更加體現(xiàn)相似知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性，便于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握［5］.同時(shí)，教師在采用類(lèi)比教學(xué)法的同時(shí)，也可以引導(dǎo)學(xué)生形成較好的思維習(xí)慣，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維的發(fā)展有很大的好處.例如不同變形的應(yīng)力表達(dá)式：軸向拉伸或壓縮時(shí)的內(nèi)力是軸力FN，應(yīng)力是正應(yīng)力，其表達(dá)式是扭轉(zhuǎn)變形時(shí)的內(nèi)力是扭矩T，應(yīng)力是切應(yīng)力，其表達(dá)式是彎曲變形時(shí)的內(nèi)力為彎矩M以及剪力FS，而對(duì)于細(xì)長(zhǎng)梁，彎曲時(shí)的主要應(yīng)力是彎矩M產(chǎn)生的正應(yīng)力，其表達(dá)式為以上應(yīng)力公式看似各自獨(dú)立，沒(méi)有任何規(guī)律，但實(shí)際上可以對(duì)公式規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，可以反映材料力學(xué)的一個(gè)核心問(wèn)題，也就應(yīng)力與內(nèi)力以及截面的幾何性質(zhì)之間的關(guān)系，并同時(shí)也反映應(yīng)力沿截面的變化規(guī)律.例如：軸向拉伸或壓縮時(shí)正應(yīng)力表達(dá)式可以改寫(xiě)成其中A是橫截面的面積，反映截面的幾何性質(zhì)，1表示正應(yīng)力均勻分布；扭轉(zhuǎn)變形時(shí)切應(yīng)力其表達(dá)式可以改寫(xiě)成其中IP截面對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的極慣性矩，反映截面的幾何性質(zhì)，ρ表示切應(yīng)力沿截面呈線性分布；彎曲時(shí)正應(yīng)力表達(dá)式可以改寫(xiě)成同樣IZ是截面對(duì)Z軸的慣性矩，也是反映截面的幾何性質(zhì)，y表示正應(yīng)力沿橫截面呈線性分布.因此，3種變形形式的應(yīng)力表達(dá)式可以改寫(xiě)成：

這樣可以使學(xué)生很輕松地理解、掌握應(yīng)力的表達(dá)式.同樣，也可以用相同的類(lèi)比教學(xué)法總結(jié)最大正應(yīng)力、變形量的表達(dá)式.以上分析表明，在教學(xué)過(guò)程中采用類(lèi)比教學(xué)法，可以使學(xué)生很容易在短時(shí)間內(nèi)理解、掌握看似雜亂的知識(shí)點(diǎn)，起到事半功倍的效果.

2.2.2 理論聯(lián)系實(shí)際

理論教學(xué)畢竟是重理論，學(xué)習(xí)起來(lái)比較枯燥，所以為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的理解力，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，必須聯(lián)系生活以及生產(chǎn)中的實(shí)例進(jìn)行講解.雖然教材中也有些實(shí)例，但是這些實(shí)例都是實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)化成力學(xué)模型然后對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算，沒(méi)有對(duì)如何簡(jiǎn)化進(jìn)行講解［5］.因此可以引入一些生活中常見(jiàn)的例子來(lái)吸引學(xué)生的興趣并強(qiáng)化理解.例如講解應(yīng)力集中的時(shí)候可以引入食品包裝袋的小豁口、啤酒飲料易拉罐的壓痕，這樣學(xué)生就比較容易理解應(yīng)力集中所帶來(lái)的影響；講解切應(yīng)力互等定理的時(shí)候，可以拿根竹竿一擰，斷裂方向是平行于軸線方向，這樣就很好理解互垂截面上且應(yīng)力的分布；在講解力學(xué)性能的時(shí)候，可以將粉筆拉斷以及扭斷，通過(guò)觀察斷口情況，分析脆性材料的破壞原因.在講解梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以通過(guò)碼頭吊車(chē)的例子，吊車(chē)的設(shè)計(jì)從材料力學(xué)角度簡(jiǎn)化就是個(gè)外伸梁，為什么不用簡(jiǎn)支梁的形式，可以讓學(xué)生算一下在相同載荷作用下的最大正應(yīng)力的數(shù)值，就可以比較出設(shè)計(jì)的好壞.這些例子在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可見(jiàn)，生活中的例子便于學(xué)生理解，也可以讓學(xué)生感覺(jué)到力學(xué)無(wú)處不在，在現(xiàn)實(shí)生活中有很大的作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，也能更好地掌握知識(shí).

2.2.3 加強(qiáng)學(xué)生互動(dòng)

在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，但是傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師講授為主，忽略學(xué)生參與的重要性.因此應(yīng)該改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，樹(shù)立以學(xué)生為主體的觀念，教師在授課過(guò)程中的主要作用是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生參與到課堂當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生去自主學(xué)習(xí).在教學(xué)過(guò)程中，要多增加課堂討論部分，例如：一章內(nèi)容講完，可以讓學(xué)生課下自己整理整章內(nèi)容思路，課上分享自己總結(jié)的思路，每一個(gè)學(xué)生的思路可能不完全一樣，但是都可以涵蓋主要內(nèi)容，這樣一方面可以激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，另一方面可以讓學(xué)生體會(huì)別的同學(xué)的思維習(xí)慣，促進(jìn)個(gè)人思維習(xí)慣的完善；在講解完涉及到工程實(shí)例的理論時(shí)，可以讓學(xué)生課下查一下與理論相對(duì)應(yīng)的生活中的其他工程實(shí)例，在課堂上跟大家分享，大伙共同討論設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，起到強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)以及提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力.同樣，對(duì)于作業(yè)題目，教師可以把易做錯(cuò)的題目叫學(xué)生到黑板上做一下，然后跟學(xué)生共同來(lái)分析做錯(cuò)的地方、易錯(cuò)的地方、題目所涉及的知識(shí)點(diǎn)以及這些知識(shí)點(diǎn)可能會(huì)有什么樣的應(yīng)用.讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中有以下3點(diǎn)好處：（1）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；（2）培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力；（3）培養(yǎng)學(xué)生查閱資料，思考、分析和總結(jié)的能力.此外，課上、課下也需要跟學(xué)生進(jìn)行多種形式的互動(dòng)，了解并解決學(xué)生的困惑，了解學(xué)生所能接受的講解方式，并在教學(xué)活動(dòng)中不斷改進(jìn)，尋找更加適合學(xué)生的教學(xué)手段.

2.2.4 適當(dāng)運(yùn)用多媒體

現(xiàn)階段教師主要是借助多媒體教學(xué)作為主要教學(xué)手段，通過(guò)多媒體教學(xué)，可以將抽象的理論知識(shí)或者復(fù)雜的構(gòu)件形象化、可視化，因此，在教學(xué)活動(dòng)中需要借助媒體.所以收集和制作工程實(shí)例的圖片，可以形象地展現(xiàn)語(yǔ)言無(wú)法表達(dá)清楚的教學(xué)信息，增加課堂的信息量和趣味性，便于學(xué)生理解，縮短學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程.大多數(shù)學(xué)生缺乏工程實(shí)踐經(jīng)歷，在講鉸支座的約束形式的時(shí)候，可以通過(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)展現(xiàn)不同鉸支座在的受力情況，讓學(xué)生比較清楚地了解構(gòu)件的約束形式.例如講解梁的合理強(qiáng)度設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以收集一些現(xiàn)實(shí)生活中的設(shè)計(jì)實(shí)例，讓學(xué)生直觀、形象地理解設(shè)計(jì)的原則.運(yùn)用多媒體有形象、可視的好處，但是不能完全借助多媒體，理論分析階段還是要通過(guò)板書(shū)的形式，在分析的過(guò)程運(yùn)用板書(shū)，是一種即時(shí)的分析，教師在上面一步步分析，能把大學(xué)生帶入分析的情境，加強(qiáng)細(xì)節(jié)以及關(guān)鍵問(wèn)題的理解，如果這個(gè)過(guò)程運(yùn)用多媒體，此時(shí)的效果只是將學(xué)生帶入直觀的結(jié)果，影響學(xué)生的理解.

3 結(jié)論

材料力學(xué)課程教學(xué)模式應(yīng)該以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力為中心思想.為提高教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容方面，可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)；在教學(xué)手段方面，可以通過(guò)類(lèi)比教學(xué)法、理論聯(lián)系實(shí)際、加強(qiáng)學(xué)生互動(dòng)以及適當(dāng)運(yùn)用多媒體.通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地提高課堂教學(xué)質(zhì)量，且使學(xué)生具備了解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，為社會(huì)培養(yǎng)出更多創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程意識(shí)素質(zhì)高的工程技術(shù)人員.

［1］陳云信.《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.江漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，42（4）：40-44.

［2］劉安中，張速.基于CDIO工程教育理念的材料力學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐［J］.淮北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，37 （4）：86-88.

［3］張速.基于全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽材料力學(xué)新教學(xué)模式的實(shí)踐［J］.淮北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，36 （2）：89-91.

［4］汪曉紅.《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索［J］.教育與職業(yè)，2006，526（30）：117-119.

［5］段潔利，盧玉華，嚴(yán)慕榮，等.工程力學(xué)教學(xué)方法的創(chuàng)新探索與實(shí)踐［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011，119（7）：56-60.

A New Teaching Model to Improve the Effectiveness of Classroom Teaching：A case study of Mechanics of Materials Course

LI Ming
（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Mechanics of materials is an important vocational basis classes for engineering undergraduates. The course has the characteristics of miscellaneous content and it is difficult to master.According to the fea?ture of mechanics of materials course and the experience of guiding the students to participate in the Nation?al Zhou Peiyuan Mechanics Competition for College Students during recent years，a new teaching model is practiced to improve the effectiveness of classroom teaching of mechanics of materials course from the as?pects of teaching contents and teaching methods.It was proved that the new teaching model can not only stimulate students′interest in learning and improve the effectiveness of classroom teaching effectively，but al?so enable students to have the ability to solve complex problems.

mechanics of materials；the new teaching model；teaching contents；teaching methods

O 341

C

2095-0691（2017）02-0073-04

2017-03-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51301073）；安徽高校省級(jí)自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃（KJ2016A629）；高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2015jyxm161，2015zy026）

李 明（1979— ），男，山東煙臺(tái)人，博士，副教授，研究方向?yàn)榧{米材料熱力學(xué).