本站原创摘 要：材料力学是工科专业开设的一门专业技术基础课.结合多年的教学经验,对材料力学课程教学方法进行了探讨.实践表明,研究内容对提高学生学习材料力学的兴趣,改善材料力学课堂教学效果有重要意义.
关 键 词：材料力学教学方法工程实际多媒体
DiscussiononteachingmethodofMaterialMechanics
YangLihong,WuGuohui,ZouGuangping
Harbinengineeringuniversity,Harbin,150001,China
Abstract：MaterialMechanicsisabasiccourseofprofessionaltechnologyofengineeringmajor.Accordingtoauthor’anyyearsteachingexperience,theteachingmethodsofmaterialmechanicsarediscussed.Practiceshowsthatthecontentofthisarticleisofcriticalimportancetoenhancetheinterestofstudentsinlearningmaterialmechanicsandimprovetheteachingeffectofmaterialmechanics.
Keywords：MaterialMechanics；teachingmethod；engineeringpractice；multimedia
材料力学是高等学校工科类专业一门重要的专业技术基础课,在相关专业教学安排中具有承前启后的重要作用.其理论与计算公式在各工程部门的结构设计中被广泛采用.但材料力学的内容较繁杂,一般包括基本变形、应力状态理论和强度理论、组合变形、能量法、超静定结构解法、压杆稳定等[1],且内容抽象,概念性强,公式较多,方法技巧性要求高,因此学生在学习过程中往往感觉压力较大.如何提高材料力学课程的课堂教学效果,激发学生的学习兴趣,是进行力学课程教学方法研究的关键任务之一.
笔者结合多年的材料力学教学实践,从如下4个方面对材料力学教学方法进行探讨.
1加强概念
笔者在教学过程中发现,有的学生十分清楚材料力学课程的重要性,开始时也能认真学习,但往往经过一段时间以后学习态度会慢慢松懈,有的学生甚至会彻底放弃努力.问其原因,其中大部分学生反映：由于对某些概念的理解不透彻,导致在学习相关方法和做题时存在困难.材料力学具有内容抽象、概念性强的特点,因而对概念的深刻理解是学生提高学习兴趣和信心,进而熟练掌握所学内容的关键.
材料力学中如下几个概念需重点分析：
1.1内力
在材料力学学习中首先会接触到内力的概念,且在后续各个章节中基本都会涉及内力.学生如果不能清晰地掌握内力的概念,则对平面弯曲、组合变形和能量法等内容将很难掌握.关于内力要重点理解两点：（1）内力是随外力的存在而存在的；（2）某一截面的内力与该截面两侧的外力都有关系.理解了这两点,学生才能正确地求解内力,作内力图.
1.2应力状态
应力状态理论是从一维问题分析过渡到二维、三维问题分析的桥梁和纽带,对于应力状态理论的透彻理解是熟练掌握复杂受力问题力学分析的关键.因为学生对基本变形已经掌握,为了便于学生理解,教师可结合基本变形来讲解应力状态的概念.例如,通过分析两端加拉力的扭转轴引出二向应力状态的单元体模型；通过分析横力弯曲梁横截面上各点的应力情况讲解应力状态理论的作用.
1.3强度理论
强度理论是材料力学的重点和难点之一.它不像其他理论对应有严谨的推导过程,强度理论是基于检测说而建立的,且各个强度理论都有一定的适用范围.因此在讲解强度理论时应首先从其发展着手,阐明强度理论提出的意义,解释强度理论只能基于检测说建立的原因,解释复杂受力问题强度分析必须应用强度理论的原因.这样,学生才能对强度理论有较全面的认识,从而正确地应用强度理论求解复杂受力状态问题.
1.4能量原理（能量法）
材料力学中讲了莫尔定理、卡式定理、互等定理等用来计算结构位移的能量原理.为了使学生能正确应用这些原理,首先要阐明几个能量原理的物理本质―虚功原理.另外,应对各原理分别适用于哪种载荷下的位移求解进行具体说明.
2加强各知识点的融合
材料力学中公式虽多,但很多公式具有严整性和相似性.例如,各基本变形的应力计算式为[1]
（1）
由式（1）可以看出,各基本变形的应力都是由相应的内力除以相应的截面几何性质得到的.再如,各基本变形的变形公式都是由相应内力乘以杆长再除以相应刚度得到的.因此,教师在授课过程中可适时对这类公式进行总结、类比,提醒学生注意它们的相似性、严整性.通过类比,学生会感到掌握公式变简单了,记忆时也会更有兴趣.教学实践中学生反映这样掌握材料力学公式轻松很多.
另外,材料力学在研究4个基本变形时,研究思路和方法是相似的,因此教师在课堂上可以只着重讲授拉伸部分的理论分析和公式推导过程,对于其他基本变形,可以让学生先仿照拉伸变形的分析思路预习,对相关的公式推导过程略讲,而侧重讲授每个变形的特点和由此特点带来分析和推导过程的变化.这样既节省了有限的课内学时,又锻炼了学生的自学能力,同时也能让学生更好地掌握材料力学的分析方法,加深学生对各基本变形之间联系和区别的理解.3联系工程实际
培养具有较强工程意识和创新精神的创新型工科毕业生是高等教育亟待解决的问题之一[2].材料力学作为一门来源于工程,又怎么写作于工程的课程,具有应用范围广,密切联系工程实际的特点,它在培养学生确立工程概念,解决实际问题能力方面发挥着关键的启蒙作用.
教师在教学过程中要注意结合学生的专业背景适时联系相应的实例,通过分析生动贴切的生活事例和工程实例可以培养学生的工程意识,激发学生对所学材料力学基本理论的学习兴趣,提高课堂学习效果.生活事例及工程实例宜采用多媒体形式讲授,这样可以借助图片和视频进行更直观的分析.
从事材料力学教学的教师应注意搜集和积累古今中外与材料力学有关的生活事例和工程实例.例如,学生非常熟悉建筑工地的脚手架,脚手架坍塌事故近几年时有发生.通过对脚手架坍塌事故具体事例进行力学分析,可以使学生明确压杆稳定性的实质和研究压杆稳定性的工程意义.再如,通过对美国“泰坦尼克号”游轮的沉没过程进行力学分析,可以使学生了解材料性能的温度相关性,并明确研究构件剪切和挤压变形的工程意义,进而能深刻体会到材料力学的重要性.
4多媒体教学与板书教学有机结合
材料力学课程概念抽象,理论性强,学生不易理解,而多媒体教学具有直观性、动态性和信息量丰富的特点.在材料力学教学中适当运用多媒体技术,可以增加课堂教学的趣味性和信息量,吸引学生的注意力,并能有效化解教学难点.但是,由于材料力学课程中存在较多理论分析和公式推导的内容,因而不宜完全采用多媒体教学.笔者经过多年材料力学的教学实践,认为理想的材料力学教学方式应是多媒体教学与传统板书教学的有机结合.
在具体授课过程中,应根据讲授内容特点选择恰当的授课方式.例如,绪论部分适宜采用多媒体教学,首先利用多媒体播放一些工程中因强度、刚度和稳定性不足而引起的破坏案例图片,使学生认识到材料力学的重要性和任务,然后采用幻灯片逐条引出绪论部分的相关内容.基本变形、组合变形、动载荷和稳定性等内容适宜采用板书教学和多媒体教学相结合的方式.首先利用多媒体讲授相应的工程实例,让学生对要讲授的问题先有感官上的认识,然后再进行相关理论和方法的分析.分析时涉及图片多、内容简单的部分宜采用多媒体授课,图片少、较难理解的内容宜采用板书授课.而能量法计算变形部分易采用经典的板书教学,因为这部分主要讲授三个原理的推导及其具体应用,板书的讲授方式更能促进学生对原理的理解.另外,可以通过多媒体技术将有限元仿真分析引入材料力学教学中,如可引入基本变形和组合变形的应力场、应变场有限元云图,通过分析应力应变有限元仿真云图可使学生对各种变形的应力应变分布规律有具体直观的认识,并能促进学生对材料力学相关理论的理解.
5结束语
材料力学作为工科专业开设的一门专业技术基础课,对相关专业学生的学习及力学素养培养有重要的作用,因此研究材料力学课程教学方法有重要意义.笔者从4个方面对提高材料力学教学效果的方法进行了探讨.通过多年的教学实践,发现本文给出的教学方法对提高学生学习兴趣,提高课程教学效果有较大作用.当然,教学活动的改革与实践是一个长期的过程,且需要实施者在实践中根据客观条件不断地调整,在探索中不断总结经验,逐步完善.因此材料力学教学方法的探讨将是一个长期的任务.