淺談高等院校材料力學分專業針對性教學改革實踐論文
一、引言
21世紀是以知識的創新和應用為重要特征的知識經濟時代。在新的時代背景下，單純的以認知為目的傳統教學模式已然過時，教育改革必須更加注重學習者的綜合素質提高，進而培養其對知識的創新和應用能力。這就必然要求學習者具備良好的基礎知識結構。在工科各專業的課程系統中,學科技術基礎課是專業教學中的基礎環節。它是聯系基礎課和專業課課程的橋梁紐帶，面向新的培養目標要求,增強學科技術基礎課程的專業針對性教學改革是極其重要的。
《材料力學》是高等工科院校開設的一門基礎力學課程，是機械類、土木建筑類、采礦安全類、材料類等工程專業不可或缺的專業基礎課程。它不僅將《大學物理》、《高等數學》、《理論力學》所學知識進一步與實際工程問題相結合，能夠直接解決一系列簡單的工程問題而且它還是后續《機械原理》、《機械設計》、《結構力學》、《彈性力學》等專業課程的基礎，在學生整個高等教育培養體系中具有承上啟下的重要作用。后續專業課程中，力學模型的建立、強度計算、剛度計算和穩定性計算等理論知識的應用尤其重要。鑒于《材料力學》的重要性，很多院校將其作為工科專業研究生招生考試的專業課。
《材料力學》傳統的教學模式是不分專業沒有針對性的統一教學模式，雖然具有一定的優勢，但是已經不能適應新時期對培養創新人才的教育要求，對不同專業采用不同的具有針對性的教學內容和教學方法以及教學手段具有充分的必要性和緊迫性。筆者根據近幾年分專業針對性教學的實踐，對這一教學模式進行了初步的探討。
二、不分專業統一教學的優缺點
全校統一教學一般是將教學任務下達到力學教學部，然后再分配給任課老師。一般每個老師不同學期承擔不同專業的教學任務。這種教學模式下經常出現的一種現象是：這個學期教采礦工程，下個學期教機械工程，再下個學期教地質工程。這種傳統的沒有針對性的統一教學模式有一定的優勢，但也存在著一定的不足。
1、統一教學的優點
力學系或者力學部的老師多為力學專業科班出身，系統學習了除基礎力學外的《彈性力學》、《塑性力學》、《斷裂力學》等高等力學，同時，他們也將大部分的科研時間用于工程實際中的力學問題的分析和研究，因此具有深厚的力學功底和較高的力學素養。在講授材料力學時，他們對知識理論體系的理解和把握更加深刻、系統，在材料力學的理論教學過程中深入簡出，將所涉及到的知識點更加形象的講授給學生，使得材料力學的理論教學工作達到一個較高的水平。
隨著現階段多媒體教學手段的普及，老師在課堂上可以采用各種電子教學資源，如圖表、動畫等。統一教學模式可以使任課教師之間能夠經常交流，取長補短、改進教學方法、教學手段、交流教學經驗，共享教學資源、提高教學水平，避免了教學資源的極大浪費。
2、統一教學的缺點
由于教授力學課程的老師，研究方向是有所側重的，總是要與一個工科專業相結合。因此，他們熟悉的工程專業領域也是非常明確的，而開設力學課程的工科專業非常多，他們不可能熟悉每一個專業方向的專業知識。如果任課老師在講授材料力學課程時，針對所有專業的學生使用同一套教案，那教學內容是非常固定的。實際上不同的專業對于材料力學課程所要求的知識重點是不一樣的，如機械工程領域，對于扭轉的要求就比較高，因為工程機械中有很多傳動軸，而土木工程則對壓桿穩定、偏心壓縮的要求比較高，因為建筑中有很多受壓桿件。因此熟悉機械工程的老師授課中就會忽略了土木工程的特點，造成土木專業的學生在學習后續《結構力學》等課程時的困擾。
而且材料力學應該能夠應用于工程實際并解決一定的工程問題。教師在授課過程中如果不能很好地將材料力學知識點與學生所對應的專業領域結合起來，培養出來的學生可能具備很強的計算題解題能力，但是會欠缺針對自己專業的.工程問題分析建模的能力。更為嚴重的是，如果任課老師不管學生什么專業背景，不考慮學生的需求，只顧自己講授，甚至還舉一些跟他們不相關的例子，那這樣的教學難以激發學習者對該門課的喜好和學習熱情，從而大大影響教學效果。
因此，不分專業沒有針對性的教學，不能使學習者對力學知識能熟練的應用，更理解不了后續畢業設計中的力學理論，從而不能很好解決各專業以后面對的力學問題。所以《材料力學》教學應該多結合各專業進行針對性教學，必須進行教學內容與教學方法的改革。
三、分專業針對性教學改革實踐
分專業針對性教學需要任課老師有高度的責任心和使命感，在備課時付出更多的努力，去學習、了解學生的專業課程內容和需要。但實際上，力學教研室的老師除了教學任務之外，還有科研任務。他們沒有足夠的時間去一一了解眾多的專業課程。這時可以發揮傳統的統一教學模式的優勢，那就是力學教學部的老師，可以互相交流，將自己所熟悉領域的工程實例與其他老師共享。所有老師的教學資源可以編制一個針對不同專業的工程實例庫，需要用到的老師，可以到該工程實例庫中選取合適的教學素材。而且材料力學老師應該創造機會與各專業后續的專業課老師進行交流，了解學生對材料力學課程的需求，講授的重點。這樣才能夠真正發揮材料力學課程的作用，達到較好的教學效果。
通過以上措施，筆者在近幾年的《材料力學》課程教學過程中適當和專業結合，根據各專業的不同，有針對性的對《材料力學》課程進行了教學方法和教學內容的改革，具體做法是：
1、針對機械工程類專業
機械工程專業的后續《機械設計》課程里很多理論是以《材料力學》理論為基礎的。例如，對于軸類的強度和剛度校核要求較高，在組合變形的教學中必須引入傳動軸這一工程實例，從理論分析到設計步驟，都要深入剖析;對于交變應力的授課過程中，還因該闡述疲勞校核的基本思想和設計理念，為后續課程打好基礎。在講授金屬材料的拉伸、壓縮力學性能時，根據專業特點，重點介紹進行力學實驗的設備構造、工作原理，并將老式的液壓式萬能材料試驗機與新型微機控制萬能材料試驗機的構造、工作原理進行對比講解，使學生對試驗的機械有深刻的了解。特別是，對于過程控制與裝備工程專業，應該引入該專業的工程實例作為教學案例，以此作為教學改革的突破口。在教學過程中，壓力容器方面的實例教學應該貫穿課程的始終。增加如塔、儲罐，球罐、反應釜、換熱器等實例，這樣有助于學生在學習《材料力學》的同時，認識這些化工容器及容器中的材料力學問題，了解即將學習的力學內容將來能夠用到壓力容器設計的哪些問題中。這樣學生學習的目的性更強了，有助于增強學生的學習興趣。
2、針對土木建筑類專業
對于土木建筑類專業，《材料力學》是后續的諸如《結構力學》《混凝土結構原理》以及《鋼結構原理》、《巖體力學》等課程的基礎，因此，在《材料力學》教學需要做好與后續幾門課程的銜接。
《結構力學》研究桿件結構的強度、剛度、穩定性和動力反應等問題，是《材料力學》的深化和延伸。在軸向拉伸和壓縮中講到的求解桿件內力的方法—截面法，是求解其它變形桿件的內力及《結構力學》中求解桿件結構內力的通用方法。而且在彎曲內力中講到的彎矩、剪力與分布荷載間的微分關系，可簡化梁內力圖的繪制。這種方法在《結構力學》里會繼續用到，并將擴展為軸力、彎矩、剪力與分布荷載間的微分關系，可簡化剛架內力圖的繪制。這些在《材料力學》教學中需要跟學生特別說明，引起學生重視，做到有針對性的學習。
《混凝土結構原理》主要講述混凝土受彎構件、受壓構件、受拉構件和受扭構件的受力性能和截面設計計算方法。因此在在彎曲應力中，推導純彎曲正應力公式時所作的平面假設，在混凝土受彎和受壓構件的正截面承載力計算中被稱為平截面假定，所以在講純彎曲的平面假設時，可以統一講述。又如，在混凝土結構中，根據混凝土梁中的主拉應力跡線和主壓應力跡線，可分析梁會產生什么樣的裂縫以及如何合理配置鋼筋，這些可以引入主應力教學過程中。
《鋼結構原理》中的鋼材的內部組織比較均勻、連續，接近各向同性，且在一定的應力范圍內處于理想彈性工作階段，符合材料力學所采用的假定，所以在《材料力學》教學中適當引入鋼結構的工程實例，可以為后續課程“搭橋鋪路”。另外彎曲中心在鋼結構中有非常重要的應用，不能略講，需要重點講述。
《巖體力學》是研究巖體在各種力場作用下變形與破壞規律的理論及其實際應用的科學，其中庫倫-莫爾強度理論是應用較廣的強度理論，該理論是以莫爾應力圓為基礎，所以在《材料力學》莫爾應力圓講授中，教學要求要比其他專業高，講清概念、講透理論、多做練習，還可以結合《巖體力學》的分析實例進行進一步延伸拓展。
3、針對材料類專業
新材料的研制對未來社會發展起著重要的作用，隨著科學技術的發展，各種新型材料層出不窮。根據專業特色，該類專業的學生在畢業設計階段會設計各種新型材料，設計出的新型材料需要進行力學性能的測試，所以在講授材料在拉伸壓縮的力學性能時，授課教師既要講解低碳鋼、鑄鐵力學性能測定，更應重點介紹按國家標準規定的標準試樣及非標準試樣的加工制作要求，使學生通過掌握金屬材料力學性能的測試而達到舉一反三的目的。而且還應該提出常溫靜載實驗的這些性能指標在高溫、低溫、動載荷下會發生怎樣變化?你能舉出多少應用實例?廣泛應用于航空航天、交通、醫療等領域的復合材料、功能梯度材料、壓電材料、壓磁材料、形狀記憶合金等智能材料的力學性能又如何呢?也可以就這樣既開闊了學生的眼界留下了思考和發展空間，也使學生對后續專業課產生濃厚的興趣和探知欲，使《材料力學》真正成為基礎課與專業課的橋梁和紐帶。
4、有針對性的引入現代力學分析手段
很多專業在工程實際中需要利用現代力學分析手段對工程中的結構、機構等進行力學分析。有限元分析軟件ANSYS、ABAQUS和Marc等等也因其強大的計算能力和形象而細致的后處理方法得到了廣泛應用。這些先進的分析工具也需要引入《材料力學》課堂。分析材料力學中涉及的內力、應力和變形問題,運用動畫演示構件的變形，讓學生觀察變形和破壞形式，使學生對構件變形形式有感性認識，引導學生主動思考，并將應力、應變、位移云圖等后處理結果展示給學生看，這樣更有利于學生對知識的學習和掌握;利用應力云圖可使圣維南原理與應力集中概念等難點內容變得容易理解。
經過近年來的以上教學改革實踐，各個專業課老師和畢業設計的老師反映，學生能夠很容易運用材料力學的知識分析專業課中的問題，在專業課學習中能做到很好的過度，很快的進行專業課的學習，接受專業知識的能力較以往有很大的提高。
四、總結
《材料力學》作為工科專業的一門重要的專業基礎課，對學生的就業和考研深造都具有非常重要的作用。各位任課老師一定要具備很強的責任心，認真了解授課專業的特點，針對專業知識結構調整教學內容。這樣可以使學生較早地接觸到本專業的專業領域知識，提高對《材料力學》課程重要性的認識，從而達到一個較好的教學效果，進而培養其對知識的創新和應用能力，適應新時代下對工程技術高素質人才的要求。
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