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機械類材料力學課程教學改革的研究論文
材料力學緊密結合工程實際，實用性廣，是高等工科學校機械類專業的一門重要專業基礎課，是構成專業課程的基礎性支撐平臺課，對學生后續課程的學習和知識結構的完善起著重要作用.通過學習該課程，學生應掌握將工程實際構件抽象為力學模型的方法;掌握研究桿件內力、應力和應變分布規律的基本原理和方法等，為后續相關課程的學習以及進行構件設計和科學研究打好力學基礎.
然而，一方面，隨著高等教育的改革與發展，高等教育體制和課程設置及學時分配都發生了重大變化，機械類材料力學課被壓縮到60課時.欲在有限的時間內達到教學計劃的要求，傳統的材料力學教學體系已暴露出許多不合理的地方，需要進行調整.另一方面，隨著科學技術的飛速發展，力學的新知識不斷涌現，工程技術對材料力學的要求也越來越高.為達到培養基礎厚、能力強的創新性適用人才的目標，材料力學教學改革刻不容緩.
本文結合西南大學工程技術學院材料力學課程教學的實際情況，從教學內容、方法和手段等方面提出對機械類本科材料力學課程教學改革的幾點思考.
1 教學內容和方法的探索
1.1 “焦點式”和“模塊式”集成化的教學方法
傳統的材料力學課程教學內容是以4種基本變形為主線，每種基本變形均采用了相同的推導方式.顯然，這種按基本變形為主線的內容體系，盡管分類清晰，但是內容重復多，花費學時量大，教學過程缺乏新意，很難引起學生的興趣，學習效果顯而易見.對此，筆者針對現有的材料力學內容體系提出“焦點式”和“模塊式”集成化的教學方法.
針對機械類的學生，教學大綱中安排有相應的精工實習以及機械拆裝等實驗課程.這些課程中的實際問題可以為機械類學生學習材料力學提供豐富的素材，例如牛頭刨床中存在典型的拉壓桿構件、車床加工中緊固的加工構件就是典型的懸臂梁結構等.以學生所學實際問題(基于構件的4種基本變形)為焦點，分別從問題構件的固體力學角度和該材料的力學行為兩個方面進行研究.在固體力學分析中，對構件的4種基本變形采用模塊式的教學方法分別從內力、應力和應變3個模塊來進行講述.在內力分析模塊中，又以截面法的思想為焦點，然后將其分別應用到拉壓、剪切、扭轉和彎曲各基本問題中，求解相應的內力等.結合學生所學的實際問題為焦點的教學模式，可以激發學生學習材料力學的興趣，加強所學內容體系間的聯系，并加深學生對該課程的實際應用的認識.此外，模塊式的教學方法可以避免教學內容重復而縮短課時量.
1.2 自主參與式教學
實驗教學是創新性高等教育的重要環節，發揮著理論教學不可替代的作用.目前，材料力學實驗主要有：拉壓實驗、扭轉實驗和彎曲實驗.但是，該部分教學以往被作為材料力學理論課程的延伸并采用以課程教學分離的形式而進行;教學過程中，學生往往是以觀摩實驗為主，不能親自操作.這種教學模式導致了學生理論學習與實踐能力培養的嚴重分離，不利于高素質材料力學人才的培養.因此，筆者提出采用自主參與式教學方法.比如，在講授拉壓桿的應力之前，由學生分組自主參與并親自操作拉伸壓縮實驗，并發現該桿件在線彈性階段拉伸前后相應的變形現象.隨后再回到課堂與老師一起完成應力分布的分析和求解，以及相應的強度條件的學習.這種教學方法不僅可以調動學生學習的主動性，還可以讓他們將所學知識與實際應用聯系起來，同時培養學生基本的科研素質.
1.3 拓展式教學
隨著科學技術的飛速發展，各種新型材料(例如復合材料、高分子材料等)不斷問世并應用于工程實際，實驗設備日趨完善，實驗技術水平不斷提高，所有這些進展使得材料力學所涉及的領域更加寬闊，知識更加豐富.但是，現有的教材未能及時引入反映現代科技成果的新材料、新概念、新理論和新方法，致使學生的知識結構不能迅速適應現代工程建設的需要.然而，面對材料力學課時縮減的現狀，若在教材中增加新的內容亦不可能.
以新形勢下培養基礎厚、能力強的創新性人才為目的，筆者提出拓展式教學的方法，建議：教學過程中對原有的教學內容進行合理的加工整合以縮短課時量(如采用“焦點式”和“模塊式”集成化的教學方法);而對現代的新興材料，我們可以采用少量的課時來舉辦有關的專題講座，比如，可以邀請該領域的專家來給學生做一些材料力學前沿研究的有關報告.此舉不但可以加強學生掌握材料力學的基礎知識，還可以開闊他們的眼界并激發他們的創新意識.
2 教學手段的改進
2.1 “黑板與多媒體”相配合
隨著計算機的普及，CAI已成為材料力學教學中重要的教學手段.在教學中，通過制作多媒體課件用以豐富教學內容，使艱深的知識形象、生動、具體起來，是提高學生學習興趣、提高教學質量的必要措施.然而，采用多媒體課件教學的效果也并非完美.多媒體課件顯示快，學生很難在課件播放之后對所學知識建立起印象.因此，筆者建議在材料力學的教學中采用“黑板與多媒體”相結合的教學方法.在材料力學教學過程中，將每節課所講解的章節和相應的知識點采用板書的形式呈現在黑板上，而相應的工程實例和動畫則采用多媒體的方式呈現給學生;對于教材中重要公式的推導過程可在黑板上和學生一起推導，而有關知識點應用方面的講解則可采用多媒體的形式進行.這樣每節課下來，通過板書和多媒體結合的課程教學方式可以使學生對知識點的掌握更加牢固且不失興趣，教學效果更好.
2.2 “理論與數值分析”相配合
材料力學的分析方法是建立在實驗基礎上的假定、簡化計算，其基礎概念較為抽象、理論性強，學生在學習過程中很難對其有深刻理解.借助現有的力學分析軟件，例如ABAQUS，ANSYS等，對相關模型進行數值模擬，可以加深學生對構件力學分析的理解.這種教學手段不僅有助于學生理解還可以開闊他們的眼界，同時激發學生進一步求知的欲望.
3 教學考核制度的反思
現行的力學課程考試不僅是與現行教學內容和課程體系相匹配的教學手段，而且也是計劃經濟體制下應試教育的產物.目前機械類材料力學課程考核主要依靠期末考試成績，為了確保“低淘汰率”，考核的內容離不開書本和教師講授的內容，甚至每年考試的題型、重點幾乎不變，這種考核制度使得不少學生平時不用功，僅僅依靠考前一兩周的時間來突擊應考以蒙混過關.顯然，現行的考核體制與新形勢下創新性人才的培養目標相悖.
以培養創新性材料力學人才為目的，筆者認為有必要對傳統的材料力學考核制度進行改革，采取綜合評定的考核制度.該考核制度主要包括兩個方面：一方面用于反映學生基礎知識掌握能力的，包括期末成績、平時成績以及實驗成績，占總成績的70%;另一方面用于反映學生學以致用及創新能力，占總成績的30%.針對第2個方面，筆者認為可以組織材料力學競賽或根據機械專業的背景出一些相應的課程設計題目，從側面來測試學生對材料力學知識的掌握和應用能力.這種考核方式不僅可以反映學生對材料力學課程基本知識的掌握，還可以培養學生學以致用解決實際問題的能力，并激發他們的創新力.
實踐表明，材料力學課程教學內容、教學方法和手段等方面的新嘗試，不僅重視學生基礎知識的掌握、促進學生自主參與主動學習并擴展了學生對該領域新知識的認識，而且特別注重理論知識與實際工程應用的結合，并激發學生的創新能力.教學實踐過程中學生學習興趣濃厚，教學效果明顯.
4 結 語
材料力學是高等學校工科機械專業的一門重要的專業基礎課.在現今教育體制和高新技術飛速發展的形式下，材料力學教學面臨著巨大挑戰，其教學改革勢在必行.以培養新形勢下厚基礎、能力強的創新性人才為目標，本文從教學內容、教學方法和教學手段等方面分析了材料力學教學中所存在的問題，并提出了筆者對本科機械專業材料力學教學改革的幾點嘗試.通過在教學中應用，教學反應效果良好.
面對不斷變化的形勢，材料力學教學也要不斷摸索應對策略，最終達到培養厚基礎、高素質力學人才的目的.
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