徐騰 黃建彬 冉家琪 唐恒 龔峰

摘?要：“材料力學”課程是高等學校工科類專業(yè)的一門重要的核心基礎課程，其支撐著大學生后續(xù)的課程學習，也對大學生知識體系的完善起著特別重要的作用。材料力學課程教學內容量大、公式推導多、理論性強、課程理論與實踐脫節(jié)較為嚴重，對學生的抽象性理解力要求較高，因而開展該課程的教學改革以幫助學生加深對課程內容的理解、培養(yǎng)學生理論與實踐結合的能力及創(chuàng)新能力是極其必要的。本文針對材料力學課程的教學現狀，從教學內容、教學手段與方法和考核方式等環(huán)節(jié)入手，研究探討該課程新的教學改革方向及思路。

關鍵詞：材料力學；教學改革；教學內容

Teaching?Reform?and?Innovation

of?"Material?Mechanics"?Course?Combining?Theory?and?Practice

Xu?Teng?Huang?Jianbin?Ran?Jiaqi?Tang?Heng?Gong?Feng*

Shenzhen?Key?Laboratory?of?High?Performance?Nontraditional?Manufacturing，

College?of?Mechatronics?and?Control?Engineering，Shenzhen?University?GuangdongShenzhen?518060

Abstract：The?"Mechanics?of?Materials"?course?is?an?important?core?basic?course?for?engineering?majors?in?colleges?and?universities.It?supports?the?followup?course?study?of?college?students?and?plays?a?particularly?important?role?in?improving?the?knowledge?system?of?college?students.Mechanics?of?materials?course?has?a?large?amount?of?teaching?content，strong?theoretical?formula?derivation，serious?disconnection?between?course?theory?and?practice，and?higher?requirements?for?students'?abstract?understanding.Therefore，the?teaching?reform?of?this?course?is?carried?out?to?help?students?deepen?their?understanding?of?the?course?content.It?is?extremely?necessary?to?cultivate?students'?ability?to?combine?theory?with?practice?and?innovation?ability.This?paper?is?mainly?aimed?at?the?teaching?status?of?the?material?mechanics?course，starting?from?the?teaching?content，teaching?methods?and?methods，and?assessment?methods，and?researches?and?discusses?the?direction?and?thinking?of?the?new?course?teaching?reform.

Keywords：mechanics?of?materials；teaching?reform；teaching?content

1?概述

1.1?本課程教改現狀

當今社會，高層次工程技術人員都必須具備堅實的力學理論知識基礎［1］，材料力學作為力學理論知識體系中的一門重要學科，在本科教育學生培養(yǎng)方案中被列為必修的基礎學科。通過這門課程的學習，學生能獲取材料力學的基本知識，掌握材料力學相關分析的基本方法，為簡單的機器構件的合理性提出符合基本理論和簡單計算方法［2］。在眾多高校中，材料力學作為承前啟后的課程被安排在大一或者大二學年學習，主要目的就是使學生確立基本的工程概念，了解實際的工程問題，發(fā)揮關鍵的啟蒙作用。

然而，隨著高等教育的改革與發(fā)展，高等教育體制和課程的設置及學分學時分配都已經發(fā)生了重大的變化，例如學分比重增大、學時被壓縮等。如何讓學生在短時間內掌握課程，比如復雜的基本概念的講解，還有各種各樣的公式，以及圖形的繪制、公式的應用計算等，都需要對課程進行不斷的更新完善。在如今的網絡時代，材料力學課原有的教學內容、教學方法、教學手段都與如今的時間緊、教學任務重的形勢不符，如教學內容與本學科的發(fā)展不能隨時更新及調整；課程單一的教學方法落后，教學的實踐環(huán)節(jié)薄弱，不能適應課上教學的理論知識；實驗的課時分配不足，學生自己動手做實驗的機會少等［23］。

1.2?本課程現存問題

材料力學是一門理論性極強、極富抽象性的課程，課程各個部分章節(jié)之間的連貫性較差。在教學期間，需綜合考慮課程各章節(jié)之間內在的邏輯需要、實驗實踐的需要和課程后續(xù)安排等因素，這些都為課程的教學帶來一定的困難。再者，學生基礎水平參差不齊，教學的內容多且復雜，課時量少，且教學的方法單一枯燥，都直接影響了課程的教學效果。因此，如何在有限的學時內完成繁重復雜的教學任務，并且有效地積極調動學生學習的積極性和主動性，在夯實學生力學理論的基礎上培養(yǎng)學生的工程思維和實踐創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的學習動力和專業(yè)志趣，建設有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的課程，已成為新工科背景下工科院校打造材料力學課程亟待解決的問題［4］。

2?教學內容體系改革

傳統(tǒng)教學內容往往基于課本上冷冰冰的文字及課本上死板的教學內容順序來展開，往往容易給教師的授課帶來一定的困難，容易讓其拘泥于課程完整的系統(tǒng)性，以至于無法給學生帶來足夠的興趣及充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新力和想象力。

2.1?注重課程知識的連貫性和遞進性

在本課程的授課過程中，需要注重課程系統(tǒng)知識的連貫性，采用講授—實驗—討論相結合的方式進行教學，將知識點從易到難、從淺到深、一步步深入地進行講解。首先，開展以講授為主的材料力學概述，讓學生大致了解工程實際中材料力學的整體框架，不至于對課程一無所知，同時以討論為輔，讓同學們通過討論充分開展交流學習；然后，開展軸向的拉伸和壓縮、剪切和擠壓等知識內容的授課，以教師講授課程為主、教師帶領同學們進行創(chuàng)新性實驗實踐為輔，讓學生對力學基礎知識有一個初步的了解，同時還能讓學生動手感受材料力學帶來的魅力；再者，開展扭轉、彎曲內力、彎曲應力、彎曲變形、應力狀態(tài)分析、強度理論等知識點的教學，一環(huán)扣一環(huán)，將每一個知識點都以講授到實驗、再到討論的過程展開教學。同時，結合思維訓練、大膽演說以及結構力學數學建模大賽的視頻介紹和學習培訓等形式，充分激發(fā)學生對本課程的學習興趣，使學生能將理論知識應用到實踐中來，再通過思維訓練創(chuàng)新進一步開拓學生的專業(yè)視野，從而一步步將以教師為中心的教學模式向以學生為中心的教學模式轉移，實現學生的自主學習。

2.2?授課與創(chuàng)新性開放實驗相結合

目前，學生對力學的了解大多都停留在課本以及教師的授課中，需通過實驗實踐來培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，材料力學實驗在材料力學課程中發(fā)揮著重要作用。大多的高校實驗室資源不足，常規(guī)的實驗模式是教師進行實驗演示，學生在一旁被動觀看。針對這一不足之處，可以在教師講述基礎知識后，由教師帶領學生進行相對應知識板塊的創(chuàng)新性實驗，建立開放式實驗教學平臺，即學生可以自行選擇實驗的時間和內容，緩解實驗資源緊張的壓力，由此來激發(fā)學生做實驗的興趣，由被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習［5］。

2.3?培養(yǎng)學生力學思維、增加課堂互動

經過課程授課和力學實驗之后，學生掌握知識的程度會呈現出一定的差異化。對于理解能力較好的學生，可進一步進行培養(yǎng)；而對于理解能力一般的學生，需對其進行加強訓練。此時，在材料力學教學課程體系中加入力學思維建模訓練就顯得尤為重要。學生在掌握一定的基礎知識并參與實驗后，會對力學的知識產生濃厚的興趣，這時進行力學思維建模訓練可以起到鞏固知識、激發(fā)思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的效果。在思維訓練中，教師可以布置一定量的作業(yè)，讓教師與學生充分進行交流討論，相互學習，并在加強力學思維能力訓練之后讓學生進行作業(yè)演講，不僅可以檢驗學生掌握知識的程度，還可以鍛煉學生的思維表達能力。

教學團隊通過多年教學積累和廣泛的調研，結合時代變化、課程內容積累和學生反饋，最終確定該課程的主要教學內容及各教學環(huán)節(jié)學時分配如下表所示。

3?教學手段和教學方法改革

當前，本科高校的教學內容逐年增多，各門課程的學時均受到了不同程度的壓縮，為了進一步提升學生的學習自主性、創(chuàng)新性及分析解決問題的能力，通過采取豐富的教學方法及手段來提高本課程的教學效果就顯得更加重要。

3.1?堅持實踐理論相結合、增強學生解決實際問題的能力

初入大學的學生對自己所選擇的專業(yè)其實并不是特別了解，特別是工程學科類的學生，因此在材料力學教學過程中，不僅需要對課本的內容知識講解透徹，還需要加強學生解決實際問題的能力?？梢栽谡n上多引用工程實際的問題，選擇難度適中的工程實際例題進行講解，提升學生的工程實踐能力。同時，還可以在課后組織學生到工程基地參觀學習，讓學生對工程實際的應用有更深刻的認識，從而增強學生利用材料力學理論解決工程實際問題的能力，使學生能夠更早地具備解決工程問題的意識和能力。

3.2?線上與線下混合式教學相結合的模式

在大環(huán)境的影響下，線上教學已經成為趨勢，也成為不可缺少的一部分。材料力學課程任務繁重，理論知識多，理解難度較大，線上教學無疑是可以解決這一問題的方法之一。線上課程可以通過互聯(lián)網中國大學MOOC平臺進行簡單理論的講解［67］，不僅有助于教師有條不紊地清晰講授課程，還方便學生課后通過回放來不斷溫習、鞏固知識點，同時也可更好地將工程實踐案例通過視頻學習的方式展現在學生面前；線下依舊通過教師的授課為主，教師的授課內容則需要側重于實驗和培養(yǎng)學生的力學思維能力為主，而不是簡單的理論知識講解。

3.3?增加分析軟件在本課程教學中的比重

在以往的材料力學教學過程中，教師基本上都是采用傳統(tǒng)的教學方式，借助多媒體和板書進行課本知識的講解，并沒有很好地利用各類實用的分析軟件。在本課程理論教學過程中應適當增加計算機應用輔助分析軟件在教學中的比重，如借助Matlab強大的編程能力和可視化設計能力，可有效化簡材料力學的復雜運算并高效地顯示結構的內力圖和變形圖，教師可結合工程實例柴油機曲軸，利用Matlab編寫軟件，分析柴油機曲軸的強度問題和剛度問題以及疲勞問題［8］。

4?考核方式改革

在眾多高校中，材料力學考核方式往往是期末考試成績和平時成績按配比計算的總和來進行課程考核，嚴重阻礙學生學習的積極性，不利于學生的發(fā)展。

本課程旨在讓學生掌握材料力學的基礎知識、掌握力學分析的能力、培養(yǎng)力學思維能力，提出從課程目標出發(fā)，一定程度地降低材料力學期末考試成績的比重，適當提高平時成績的比重，并將平時成績進行精準細劃。本課程建議按平時成績40%（考勤10%+實驗作業(yè)15%+平時作業(yè)演講15%）和期末成績60%（閉卷考試45%+期末大作業(yè)演講15%）的成績比重來進行考評，結合線上課程，同步增加比重考核。所有的考核并不是目的，學生能掌握知識才是目的，考核不是一成不變的，而應該結合不同的教學情境進行調整。

結語

隨著社會的發(fā)展，高校水平的不斷提高，因各類院校教學任務的不同及其他不確定因素的影響，材料力學作為一門經典的力學課程已經不能完全適應時代的需要，必須對其教學內容體系、教學手段和方法、考核方式進行改革創(chuàng)新。當然，教學改革還需要循序漸進，不能一蹴而就，同時還需要結合各種因素的影響，教師教學需要及時做出調整，尋找合適學生掌握理論知識和實踐能力的教學方法。

參考文獻：

［1］劉鴻文.材料力學（第6版）［M］.北京：高等教育出版社，2017.

［2］王開寶，孫麗霞，王向東，等.基于能力培養(yǎng)的材料力學教學改革［J］.山西科技，2010，25（05）：124125.

［3］李繼生，李遠略.材料力學課程教學改革探討［J］.天中學刊，2011，26（05）：9899.

［4］徐鋒，范劍，許晨光.新工科背景下地方高校材料力學金課建設路徑與探索［J］.力學與實踐，2020，42（02）：226231.

［5］張偉麗，丁蘭，陳宗武.材料力學實驗開放式教學實踐［J］.中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2021（01）：108110.

［6］趙佳寧，張大偉，霍鵬飛.材料力學課程線上線下結合教學改革探索［J］.廣東化工，2022，49（02）：161163.

［7］張波，蔣紅.新工科背景下基于“互聯(lián)網+科研”的材料力學課程教學改革［J］.西部素質教育，2021，7（23）：132133.

［8］李鋒，周立明，魏媛.基于Matlab的材料力學教學改革探索［J］.科技視界，2021（28）：57.

基金項目：本文系深圳大學教學改革與研究青年教師教改項目JG2021061；深圳大學教學改革與研究創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目JG2021098研究成果

作者簡介：徐騰（1988—?），男，漢族，湖北天門人，博士，副研究員，研究方向：板材沖壓。

*通訊作者：龔峰（1982—?），男，漢族，湖南常德人，博士，教授，研究方向：材料成形。