本站原创摘 要：材料力学一直以来深受土木、机械等工程学科的重视,是一门重要的专业基础课.但材料力学概念多、公式多、数学计算多,因此需要教师在教学中不断改进教学方法,提高教学质量,以适应培养学生综合能力的要求.
关 键 词：教学方法教学质量综合能力
材料力学研究杆件在荷载作用下的变形破坏规律,并分析计算构件的强度、刚度和稳定性,是一门重要的专业基础课.但这门课程概念多、公式多、数学计算多,内容琐碎而枯燥,为了适应培养学生综合能力的要求,需要不断改进教学方法,提高教学质量.
1.加强对绪论课的讲授
良好的开端是成功的一半.“绪论”是材料力学课的总纲,重点强调材料力学来源于工程实际、怎么写作于工程实际的本质,并通过具体事例配合多媒体演示的方式详细介绍材料力学在工程实践中的应用情况.例如在介绍强度问题时,可以截取报纸等新闻媒体上的有关工程事故的报道,通过这些触目惊心的画面,使学生明白强度问题在工程实践中的重要意义.再如压杆稳定的提出,通过介绍19世纪最后25年,欧美发生过的最有影响的两例失稳事故：美国阿什特比拉河上同名桥失稳事故和瑞士明汉斯太因村铁路桥失稳事故.使桥梁等结构设计由只强调强度设计,变为必须考虑强度、刚度与稳定性并重的更完善的体系.这一方面说明材料力学课程的性质、目的和任务,另一方面让学生意识到要始终将理论与实践相互结合,才能更好地解决工程问题.
2.重视实验教学
材料力学实验作为理论教学的主要补充,对学生工程素质的培养有很重要的影响.在实验环节要注重发挥学生在实验中的主观能动性,避免机械式的验证和演示.例如在辨别低碳钢和铸铁试件时,可以鼓励学生自己动手通过多种方法辨识外形相同的实验试件.在做圆截面杆扭转实验时,学生清晰地观察到其失效断裂是从外表面开始的,不同材料的试件发生扭转并失效断裂的形式不一样,要求学生观察画出断口的形状并结合理论知识加以解释.这样既提高了学生的学习兴趣,又与理论教学紧密联系,取得了事半功倍的效果.
3.适当的教学方法
材料力学概念多、公式多,很多学生反映不能准确记忆公式,在教学中应注意运用比较法,将不同内容联系在一起.例如,在总结横截面应力公式时,比较各种基本变形可以得出如下规律：应力等于内力·分布规律/几何量.这样可以帮助学生记忆,达到良好的教学效果.目前材料力学教学一般先介绍各种基本变形相应的变形破坏规律,因此教师每讲完一章后,可以对章节内容进行归纳总结.以轴向拉压为例,可建立起“外力—内力—应力—变形—强度—刚度”的基本解题主线,通过这条主线,在以后学习其他基本变形时,学生能够从整体上掌握基本变形的要求,提高解决工程问题的力学素养.再如在画内力图时,大部分学生感到非常头疼,特别是弯曲变形的内力图,不但要注意内力的符号规定,还要画出内力沿轴线的变化趋势.通常在快速画剪力图时,其画法归纳可以口诀形式给出,以从左向右为例,见到力向上则向上画,力向下则向下画,没有力的为平直线,有均布荷载q为斜直线.画弯矩图时,在满足了相应的图线微分关系时,指定点弯矩的计算除了用截面法求取之外,还可利用弯矩图的积分关系求解,这种方法比较直观,计算量也较小.
4.丰富的辅助教学手段
利用计算机辅助教学不仅能增加更多的信息量,还能很直接地刺激学生的感官,增强感性认识,从而激发学生的学习兴趣.可以尽量将一些原来需耗费大量时间在黑板上绘画的作图通过图文音像等形式向学生展示,这样能更好地帮助学生理解相应的变化.例如在讲解压杆稳定内容时,可以在开篇时放置大量与压杆稳定有关的工程实例图片,包括液压杆顶杆、脚手架中的压杆、桁架结构中的压杆等,这些杆件有一个共同点就是又细又长,从而让学生很直接地认识到压杆稳定问题主要是针对细长杆件.同时可以将压杆稳定失稳的过程做成动画,这样就可以把随着载荷F的增加,压杆保持直线稳态,保持微弯临界平衡,最终发生失稳的整个过程清晰地展现出来,加深学生对临界力概念的理解,正确认识稳定性问题一般是先于强度问题发生的.
为了活跃课堂气氛,最好能联系生活实际,还可适当做一些课堂小实验,通过直观性的演示吸引学生解决材料力学问题的兴趣.例如,常见的输电塔、冷却塔等为什么沿高度是曲线变化的,可以引导学生计算一个轴压柱的用料问题,分别讨论等直截面,阶梯柱和等强度柱三种情况进行对比,发现等强度柱用料最省,沿高度曲线变化,适用于实际情况.在分析提高梁的承载能力,讨论如何选择合理的截面形状时,我们可以通过一个小实验说明.在课堂上随意选取一张白纸,将其置于桌面的两个支承之上,在白纸上置放一支粉笔,粉笔立即掉落在桌面上,但如将这张白纸多对折几次再展开放置于支承上,此时则可以放置多支粉笔.同样一张纸经过简单的处理就大大改善了承载能力,这是因为其横截面的抗弯截面模量Wz得到了很大提高,从而使承载能力增加.这些措施大大提高了学生的学习兴趣,加深了对相应理论教学内容的理解,值得我们不断总结挖掘.
随着科学技术日新月异的发展,我们应将传统黑板教学思维的连贯性、多媒体教学的丰富性和直观性趣味教学的吸引性有机结合起来,优势互补,不断探索更为有效的教学方法,为提高材料力学的教学质量而努力.