發(fā)布時(shí)間：2020-05-13所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要]材料力學(xué)是高等院校工科類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是銜接基礎(chǔ)理論課程和相應(yīng)專業(yè)課程的紐帶，在工科類專業(yè)學(xué)生知識(shí)體系中有著重要的作用。以河北工程大學(xué)材料力學(xué)課程為背景，結(jié)合國內(nèi)外材料力學(xué)課程教學(xué)改革現(xiàn)狀和多年材料力學(xué)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)
[摘要]材料力學(xué)是高等院校工科類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是銜接基礎(chǔ)理論課程和相應(yīng)專業(yè)課程的紐帶，在工科類專業(yè)學(xué)生知識(shí)體系中有著重要的作用。以河北工程大學(xué)材料力學(xué)課程為背景，結(jié)合國內(nèi)外材料力學(xué)課程教學(xué)改革現(xiàn)狀和多年材料力學(xué)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，開展了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及考核方式等方面的研究與實(shí)踐，取得了一定的階段性成果，為培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代要求的復(fù)合型應(yīng)用人才提供了一定的課程改革方面的借鑒。
[關(guān)鍵詞]材料力學(xué);教學(xué)研究;教學(xué)實(shí)踐
材料力學(xué)是高等院校工科類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是銜接基礎(chǔ)理論課程和相應(yīng)專業(yè)課程的紐帶，材料力學(xué)課程在工科類專業(yè)學(xué)生知識(shí)體系中的重要性是顯而易見的，隨著授課學(xué)時(shí)不斷地被壓縮，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容、保證教學(xué)質(zhì)量。因此，按照新形勢下工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求，結(jié)合材料力學(xué)課程的自身特點(diǎn)，修訂教學(xué)大綱，調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法及手段，探索注重過程考核、弱化期末考試成績占比的課程考核方式，采用靈活多樣的教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，重視學(xué)生分析問題、解決問題的能力培養(yǎng)，提升學(xué)生綜合能力和專業(yè)素養(yǎng)，是材料力學(xué)課程教學(xué)改革和實(shí)踐丞待解決的問題。
一、修訂教學(xué)大綱，革新教學(xué)內(nèi)容
隨著高等教育的改革和發(fā)展及新時(shí)代人才需求側(cè)的持續(xù)變化，各專業(yè)人才培養(yǎng)方案的不斷修訂，材料力學(xué)課程授課學(xué)時(shí)被不斷壓縮;另外，各高校先后積極開展工程教育專業(yè)認(rèn)證和卓越工程師計(jì)劃[1-3]，給材料力學(xué)課程也提出了新的要求。因此，從工科專業(yè)材料力學(xué)的實(shí)際情況出發(fā)，按照專業(yè)培養(yǎng)方案要求，結(jié)合相關(guān)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整材料力學(xué)課程教學(xué)大綱、革新教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)改革的首要任務(wù)[4,5]。根據(jù)17版人才培養(yǎng)方案，修訂材料力學(xué)教學(xué)大綱，我校材料力學(xué)課程組制定有不同學(xué)時(shí)的基本模式和土木工程專業(yè)認(rèn)證模式，校內(nèi)開設(shè)材料力學(xué)課程的各專業(yè)可以根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)在基本模式的基礎(chǔ)上，廣泛聽取校內(nèi)外同行、專業(yè)教師和材料力學(xué)課程教師意見，適當(dāng)修訂或增減。
相關(guān)期刊推薦：《應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)》Applied Mathematics and Mechanics(月刊)1980年創(chuàng)刊，是專業(yè)學(xué)術(shù)月刊。主要發(fā)表力學(xué)、力學(xué)中的數(shù)學(xué)方法和與近代力學(xué)密切相關(guān)的應(yīng)用數(shù)學(xué)的創(chuàng)造性學(xué)術(shù)論文，以中英文兩種版本發(fā)行世界50多個(gè)國家和地區(qū)。注重論文的創(chuàng)新性，反映國內(nèi)外本學(xué)科最新科研成果。
根據(jù)各專業(yè)制定的教學(xué)大綱，革新教學(xué)內(nèi)容，做到不同類專業(yè)實(shí)行不同的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，同一專業(yè)實(shí)行統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，包括每章節(jié)的講授內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)、考研點(diǎn)及了解內(nèi)容，各內(nèi)容的講授程度把握、教學(xué)方式采用、案例選擇，各類學(xué)生掌握程度要求，考核所占比例等方面均是一致的，不會(huì)因任課教師不同，知識(shí)體系而有所改變，同時(shí)考慮到材料力學(xué)課程與先修課程、后續(xù)課程間的聯(lián)系和銜接，整合教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整學(xué)時(shí)分配，減少不必要的重復(fù)講授，適應(yīng)學(xué)時(shí)縮減趨勢，有效保證課程教學(xué)質(zhì)量。例如：后續(xù)課程學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的專業(yè)，由于結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中同樣有剛架的內(nèi)力計(jì)算、能量法、圖乘法等內(nèi)容，材料力學(xué)課程教學(xué)中則不再講授;土木工程專業(yè)在基本變形的講授過程中更新了部分工程實(shí)例、增加了工程實(shí)例力學(xué)模型的簡化等內(nèi)容;將簡易法求截面內(nèi)力的思想從軸向拉壓變形開始講授，改變了過去講授彎曲變形才引入的做法;在畫剪力圖、彎矩圖章節(jié)在原來列剪力、彎矩方程作圖、微分關(guān)系作圖、疊加法作圖等方法的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生掌握通過剪力圖積分計(jì)算面積作彎矩圖的新思路;在計(jì)算極值彎矩時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生通過微分關(guān)系求得計(jì)算極值彎矩的普遍公式等;嘗試打破原有課程體系組織教學(xué)，傳統(tǒng)的材料力學(xué)授課方式均按照軸向拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲四種基本變形的順序講授，每一種基本變形均講授內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算等內(nèi)容，保證了課程體系的系統(tǒng)性和完整性，但不利于同一知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，且內(nèi)容重復(fù)、花費(fèi)學(xué)時(shí)。因此，部分專業(yè)嘗試按內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算分模塊講授，突出共性，避免了重復(fù)且節(jié)約了學(xué)時(shí)，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的知識(shí)歸納和舉一反三能力，拓展了學(xué)生對材料力學(xué)問題的分析思路，也有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的基本力學(xué)素養(yǎng)。
同時(shí)，在保證課程基本內(nèi)容完整性的前提下，適當(dāng)引入與材料力學(xué)相關(guān)的科研或教研成果，讓學(xué)生切身感受到力學(xué)在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。鼓勵(lì)學(xué)生查閱有關(guān)材料力學(xué)課程教學(xué)的教研論文，建議學(xué)生關(guān)注《力學(xué)與實(shí)踐》期刊的專題綜述、應(yīng)用研究、教育研究、力學(xué)縱橫等欄目，開拓思路，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自學(xué)能力。
二、改革教學(xué)方法及手段，提高教學(xué)效果
改革教學(xué)方式方法，注重學(xué)生專業(yè)技能培養(yǎng)，不斷完善實(shí)踐教學(xué)體系，廣泛采用案例式、“分形式”、互動(dòng)式、多媒體與板書結(jié)合式教學(xué)方法，積極探索“半翻轉(zhuǎn)課堂式”教學(xué)法，注重多種教學(xué)方式的綜合應(yīng)用，充分借助信息資源、突出多媒體教學(xué)優(yōu)勢，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。
(一)案例式教學(xué)
在講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)，盡可能通過生活或工程中常見的實(shí)例引出。在講授均勻性假設(shè)時(shí)，可以向?qū)W生列舉體檢時(shí)抽血化驗(yàn)的例子，只需幾毫升的血樣，就可代表全身的血液情況。在講授各向同性假設(shè)時(shí)，可列舉木材的例子，順紋劈較橫紋劈更容易斷裂。在講授應(yīng)力集中時(shí)，可舉例鐵絲和木桿的例子，在鐵絲和木桿上各開一個(gè)小口，木桿很容易沿著開口處掰斷，鐵絲則需要反復(fù)掰多次才會(huì)沿開口處斷開，形象地說明了開口對脆性材料和塑性材料構(gòu)件應(yīng)力及強(qiáng)度的影響。例如，改革開放初期，我國從歐洲引進(jìn)的價(jià)值千萬的精密鍛壓機(jī)曲軸發(fā)生斷裂，事故原因?yàn)榍S彎曲處過渡角尺寸過小造成局部應(yīng)力集中，同時(shí)曲軸表面有細(xì)小刀痕等加工缺陷，在交變荷載作用下，最終導(dǎo)致曲軸由于應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂破壞。在講授壓桿穩(wěn)定時(shí)，可通過不同長度的鋼尺向同學(xué)們演示細(xì)長壓桿的失穩(wěn)破壞。例如，二十世紀(jì)八十年代，中科院科研樓的施工工地上，鋼管腳手架在距地面5-6m處突然外弓，導(dǎo)致整座高約50m，長約17m，重約60t的腳手架瞬間轟然倒塌，死傷10余人，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)萬元，工期被迫推遲。而事故直接原因則是腳手架結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷，導(dǎo)致整個(gè)腳手架喪失穩(wěn)定性而倒塌[6]。
當(dāng)然，就地取材，隨堂舉例或做一些簡單、直觀的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，更便于學(xué)生接受和理解[7]。如：材料力學(xué)課程在講授緒論時(shí)，粉筆便是最好的教具。粉筆的斷面有很多空隙，嚴(yán)格意義上講是不連續(xù)的，但對其進(jìn)行宏觀力學(xué)性質(zhì)分析時(shí)，可認(rèn)為其符合連續(xù)性假設(shè)。在講授脆性材料軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)的破壞特征時(shí)，可以通過粉筆向?qū)W生展示脆性材料在軸向拉伸和受扭時(shí)的破壞及斷面形式，引導(dǎo)學(xué)生分析為何軸向拉伸時(shí)沿橫截面破壞，而扭轉(zhuǎn)時(shí)卻是沿與軸線成450的斜截面破壞。又如：在講授彎曲變形及應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，教室的鋼筋混凝土橫梁、地面便是最好的實(shí)例。可引出橫梁是如何受力;支座、荷載等如何簡化;截面形式為何一般采用矩形截面，高寬比有何特征;混凝土梁中為何必須配置鋼筋;梁中鋼筋配置與主拉應(yīng)力跡線有何關(guān)系;石材為何常作為教室的地面等一系列問題。同時(shí)，也可做一些簡單的教具幫助學(xué)生理解。
(二)“半翻轉(zhuǎn)課堂式”教學(xué)
MOOC(MassiveOpenOnlineCourse)，即大規(guī)模在線開放課程，也簡稱為慕課，2012年在美國知名高校得到了快速發(fā)展，2013年復(fù)旦大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)和上海交通大學(xué)等高校先后紛紛加入慕課陣營[8]，2017年河北省教育廳認(rèn)定和建設(shè)了高校第一批在線開放課程，我校材料力學(xué)課程獲批立項(xiàng)，經(jīng)過一年的建設(shè)，已于本年度開始線上運(yùn)行。線上模塊包括知識(shí)點(diǎn)教學(xué)視頻、實(shí)驗(yàn)操作視頻、作業(yè)庫、試題庫、教學(xué)課件等教學(xué)資源，同時(shí)可通過MOOC平臺(tái)進(jìn)行單元測試、作業(yè)批閱、在線討論、答疑、考試等。材料力學(xué)在線開放課程的建成，理論上為實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”提供了條件，但就我校目前的實(shí)際情況而言，要實(shí)施完全翻轉(zhuǎn)各方面條件還不完全成熟。(1)“翻轉(zhuǎn)課堂”依賴于互聯(lián)網(wǎng)，目前學(xué)校未有設(shè)置專門的在線課程教室，普通教室無線網(wǎng)絡(luò)不能保證“翻轉(zhuǎn)課堂”的有效實(shí)施。(2)部分學(xué)生自律性差、自主學(xué)習(xí)能力弱、學(xué)習(xí)積極性不高，不能保質(zhì)保量完成在線學(xué)習(xí)任務(wù)。另外，多數(shù)學(xué)生長期以來已形成了被動(dòng)學(xué)習(xí)的模式，也更習(xí)慣于傳統(tǒng)課堂教授的學(xué)習(xí)氣氛，樂于課堂上與老師互動(dòng)、交流。(3)傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式，教師優(yōu)秀的言行舉止可潛移默化地影響學(xué)生，教師可根據(jù)知識(shí)點(diǎn)、課堂情境適時(shí)拓展，將有助于學(xué)生價(jià)值觀及人生觀的形成。(4)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式下的學(xué)生成績認(rèn)定還沒有相應(yīng)的配套政策，學(xué)生利用在線平臺(tái)修得的課程學(xué)分是否可替代現(xiàn)有修讀方式下的課程學(xué)分還不明確。(5)對于講授教師而言，“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式是否可替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式、在線課程教學(xué)如何監(jiān)管、工作量如何認(rèn)定等均沒有成型的辦法。而傳統(tǒng)教學(xué)模式教師完全主導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生過于被動(dòng)，隨著授課學(xué)時(shí)的不斷壓縮，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容。
如何將“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式和傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式有機(jī)的結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，“半翻轉(zhuǎn)課堂式”教學(xué)很好地解決了這個(gè)問題，也為學(xué)生-教師課堂主體角色轉(zhuǎn)換、相關(guān)規(guī)定和文件的出臺(tái)贏得了時(shí)間。結(jié)合材料力學(xué)在線開放課程平臺(tái)，“半翻轉(zhuǎn)課堂式”教學(xué)為材料力學(xué)課程教學(xué)提供了全新的教學(xué)模式，即在教學(xué)中貫徹“教師線上設(shè)置知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生線上自學(xué)、自測，平臺(tái)反饋數(shù)據(jù)，教師針對性講授，線上、課堂討論答疑”的教學(xué)主線。平臺(tái)反饋數(shù)據(jù)有助于了解各知識(shí)點(diǎn)學(xué)生的掌握程度，課堂教學(xué)更側(cè)重于重點(diǎn)、難點(diǎn)討論及答疑。改變了過去以教師為主體的講授方式，真正做到學(xué)生為主體的半翻轉(zhuǎn)式課堂，老師更多的責(zé)任是去解惑學(xué)生的問題和引導(dǎo)學(xué)生去運(yùn)用知識(shí)[9]。如：在課程講授前，教師通過平臺(tái)下達(dá)課程內(nèi)容及自主測驗(yàn)任務(wù)點(diǎn)，課堂教學(xué)前通過平臺(tái)反饋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定課堂重點(diǎn)講授、討論及答疑內(nèi)容，對于學(xué)生通過平臺(tái)已自主掌握內(nèi)容則不再課堂講授。將機(jī)械制造專業(yè)16級和17級材料力學(xué)課程期末考試卷面成績進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和對比(其中，機(jī)械制造專業(yè)16級采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)，17級采用“半翻轉(zhuǎn)課堂式”教學(xué))。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，機(jī)制17級的不及格率較機(jī)制16級明顯降低，機(jī)制17級60-70、70-80兩個(gè)分?jǐn)?shù)段的學(xué)生比例顯著提高，80分以上學(xué)生比例變化不大，改變了過去兩級分化的卷面成績分布。數(shù)據(jù)表明，“半翻轉(zhuǎn)課堂式”的教學(xué)方式，保證了授課學(xué)時(shí)削減后材料力學(xué)課程內(nèi)容的完整性和系統(tǒng)性，活躍了課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量，特別對中等及以下學(xué)生效果顯著。
(三)“分形式”教學(xué)
“分形式”教學(xué)[10]是從課程知識(shí)體系入手，在課程講授過程中，把相近、相似內(nèi)容概括總結(jié)，以一條主線貫穿整個(gè)分塊內(nèi)容，使得講授內(nèi)容更具有系統(tǒng)性和全局性，學(xué)生在掌握一塊內(nèi)容的基礎(chǔ)上可以短時(shí)間內(nèi)掌握研究方法相似的新內(nèi)容，提高了學(xué)習(xí)效率，避免了相同方法重復(fù)講授，可實(shí)現(xiàn)教師角色從“授之于魚”到“授之以漁”的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，在一定程度上解決了專業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、學(xué)習(xí)難度大的實(shí)際問題。例如，材料力學(xué)課程在講授四種基本變形時(shí)，改變過去每種基本變形均按內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度及剛度計(jì)算講授一遍的做法，而是將內(nèi)力、應(yīng)力及變形分成若干知識(shí)體系。(1)內(nèi)力及內(nèi)力圖知識(shí)知識(shí)體系：以一般的受力桿件引入求解構(gòu)件內(nèi)力的基本方法(截面法)，即內(nèi)力是連續(xù)分布在截面上各點(diǎn)處的力系，將其向形心簡化，一般情況下可得到一個(gè)主矢和一個(gè)主矩，主矢可分解為三個(gè)分量，沿著軸向的分量即為軸力FN(軸向拉壓的內(nèi)力)，平行于截面的兩個(gè)分量即為剪力FS(剪切變形的內(nèi)力);主矩也可分解為三個(gè)分量，沿著軸向的分量即為扭矩MT(扭轉(zhuǎn)變形的內(nèi)力)，平行于截面的兩個(gè)分量即為彎矩M(彎曲變形的內(nèi)力偶矩)。在此基礎(chǔ)上總結(jié)形成求不同變形內(nèi)力的簡易法，即某特定截面軸力、扭矩、剪力、彎矩均為所研究部分與截面所設(shè)正方向相反的外力(外力之矩)減去方向相同的外力(外力之矩)，即所研究部分外力(外力之矩)求代數(shù)和。最后分別講解不同變形內(nèi)力圖的畫法(列內(nèi)力方程描點(diǎn)作圖法、微分關(guān)系簡易作圖法、疊加原理作圖法)，同時(shí)總結(jié)出不同變形內(nèi)力圖的簡便畫法。(2)應(yīng)力及強(qiáng)度條件知識(shí)體系：應(yīng)力計(jì)算公式推導(dǎo)時(shí)，均按照“實(shí)驗(yàn)-變形規(guī)律-應(yīng)變變化規(guī)律-應(yīng)力分布規(guī)律-應(yīng)力計(jì)算公式”的推導(dǎo)思路，然后講授構(gòu)件強(qiáng)度條件(最大應(yīng)力小于等于許用應(yīng)力)的建立與應(yīng)用。(3)變形及剛度條件知識(shí)體系：集中講授外力作用下，桿件四種變形情況的變形計(jì)算公式推導(dǎo)和構(gòu)件剛度條件(最大變形小于等于許用變形)的建立及應(yīng)用。同樣，對于每一種變形，這些問題的講解過程非常相似，可對后出現(xiàn)的相似內(nèi)容進(jìn)行簡略講解[11]。
(四)多媒體與板書結(jié)合教學(xué)
隨著多媒體教學(xué)硬件設(shè)施的不斷完善，高校材料力學(xué)課程教學(xué)基本邁入了多媒體教學(xué)時(shí)代。通過PPT、圖片、動(dòng)畫、視頻等多媒體資源去展現(xiàn)材料力學(xué)課程中一些復(fù)雜圖形、公式推導(dǎo)過程及難以用語言描述的比較抽象的教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生思維，引入一些與課程內(nèi)容相關(guān)的研究成果等是多媒體教學(xué)的優(yōu)勢。同時(shí)，材料力學(xué)課程教學(xué)學(xué)時(shí)不斷縮減的人才培養(yǎng)模式下，多媒體教學(xué)在一定程度上也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)板書教學(xué)費(fèi)時(shí)、低效、很難完成教學(xué)大綱要求的不足，多媒體教學(xué)使得難以理解的概念變得生動(dòng)具體，可以在短時(shí)間內(nèi)傳遞更多的教學(xué)信息，提高了授課效率。但同時(shí)由于教學(xué)信息量大，要求學(xué)生注意力更加集中，若一個(gè)環(huán)節(jié)沒有跟上，則可能出現(xiàn)脫節(jié)，不能像板書教學(xué)可以及時(shí)回顧講授過程、消化、理解，從而產(chǎn)生厭學(xué)反應(yīng)。因此，對于課程內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、典型例題的講解，采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書教學(xué)相結(jié)合的講授方法，發(fā)揮其各自特長，優(yōu)勢互補(bǔ)，方可取得最佳的教學(xué)效果。例如：利用多媒體教學(xué)在推導(dǎo)軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲應(yīng)力計(jì)算公式時(shí)，主要的推導(dǎo)過程和結(jié)論呈現(xiàn)在黑板上，教學(xué)效果更佳;在講授低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)錄像可讓學(xué)生了解試件在拉伸過程中的形態(tài)變化，但無法了解拉伸過程中試件的應(yīng)力變化情況，此時(shí)，又可借助于有限元軟件模擬整個(gè)拉伸過程，通過不同時(shí)刻的應(yīng)力云圖直觀地顯示試件在拉伸過程中的應(yīng)力變化情況，通過變形動(dòng)畫形象地展示出試件在整個(gè)拉伸過程中的變形情況[12]，同時(shí)，在此基礎(chǔ)上向?qū)W生介紹SAP5、ANSYS、ABAQUS、ADINA/ADINAT、NASTRAN等數(shù)值軟件在復(fù)雜結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算中的應(yīng)用，既加深了學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的理解、激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)又拓展了學(xué)生的知識(shí)面。
(五)互動(dòng)式教學(xué)
在材料力學(xué)課程教學(xué)過程中，始終與學(xué)生保持互動(dòng)、交流，通過學(xué)生的課堂反應(yīng)，調(diào)整授課進(jìn)度，有層次地強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)、難點(diǎn)。適當(dāng)?shù)脑O(shè)置課堂討論環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)學(xué)生去自主思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)地參與到課堂中來。例如：在講授兩桿桁架求解許可載荷的例題講解中，桿件截面面積A、許用正應(yīng)力[σ]已知。首先引導(dǎo)學(xué)生去思考解決該力學(xué)問題的思路，桁架中兩桿均為等直桿，即是按照等直桿軸向拉壓的強(qiáng)度條件FN/A≤[σ]去確定，而內(nèi)力FN與許可載荷F有關(guān)，因此基本思路為：首先受力分析、畫受力圖;然后列平衡方程求解得到FN=f(F);最后代入到強(qiáng)度條件求解各桿的許可載荷F，兩者取較小值，作為桁架的許可載荷F，求解完成。此時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生考慮結(jié)構(gòu)中桿件的承載能力與結(jié)構(gòu)的承載能力存在何種關(guān)系，是否可按理論力學(xué)中平行四邊形法則合成得到結(jié)構(gòu)的許可載荷，討論互動(dòng)后給出結(jié)論，不可以按照理論力學(xué)合成法則計(jì)算，因?yàn)榻M成桁架的兩根桿件并非同時(shí)達(dá)到各自的強(qiáng)度極限。在講授利用微分關(guān)系(dM/dx=dFS，dFS/dx=q(x)，d2M/dx2=q(x))做內(nèi)力圖時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生如何從數(shù)學(xué)角度判定彎矩極值及彎矩圖的凹凸方向，即：一個(gè)函數(shù)M=f(x)一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)存在，在一階導(dǎo)數(shù)FS=0時(shí)取到極值，極值為極大值還是極小值，取決于其二階導(dǎo)數(shù)q(x)大于0還是小于0，在x軸向右為正，彎矩軸向上為正的坐標(biāo)系中，q(x)大于0取極小值，彎矩圖則向下凸，q(x)小于0取極大值，彎矩圖則向上凸。同時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生去考慮是否可用微分關(guān)系dM/dx=dFS兩邊求導(dǎo)，去反求極值彎矩，有集中力偶作用時(shí)，該如何處理等。在講授細(xì)長壓桿的穩(wěn)定性時(shí)，可通過鋼尺、紙片等教具向?qū)W生展示荷載作用下它們的失穩(wěn)過程，讓學(xué)生主動(dòng)去思考為什么;在講授梁的合理強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，通過多媒體展示我國古建筑中的抬梁，考慮為何如此設(shè)置;工程中的架橋機(jī)，為何通常在下部布置較多的輪子;在實(shí)際生活中要穿過結(jié)冰的河面時(shí)，爬過去總比走過去更安全是何種原因;大型橋梁的橫斷面為何采用空心的箱梁結(jié)構(gòu)形式等。
在實(shí)際的課程教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)課程內(nèi)容、學(xué)生自身特點(diǎn)綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法。
三、改革教學(xué)考核方式，注重學(xué)生能力培養(yǎng)
目前大多數(shù)高校材料力學(xué)課程采用以期末考試為主的考核模式，即“一考定乾坤”。該種考核模式過程考核所占比例小，考核內(nèi)容偏重理論、題型固化、評分辦法單一。同時(shí)，這種考核模式的長期使用，使學(xué)生形成了平時(shí)松懈、考前突擊等不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣。而國外材料力學(xué)課程更注重過程考核，弱化期末考試在總成績中的比例，這樣有利于減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，使學(xué)生從學(xué)期一開始就很注重所選科目的學(xué)習(xí)。如美國杜克大學(xué)土木工程專業(yè)材料力學(xué)考核方式為：作業(yè)20%，中考20%，實(shí)驗(yàn)20%，期末40%[13,14]。
實(shí)際上，考核是評價(jià)學(xué)生對所學(xué)課程掌握程度和應(yīng)用情況的指揮棒，好的考核方式有助于良好學(xué)風(fēng)、考風(fēng)的形成及良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成。課程考核不僅僅是考察學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的掌握情況，更要考察學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。因此，課程組一直致力于探索和實(shí)踐材料力學(xué)課程的考核辦法，原來材料力學(xué)考核方式為：實(shí)驗(yàn)成績占10%，平時(shí)成績占20%，期末成績占70%。2018年課程組嘗試改革材料力學(xué)課程考核方式，加強(qiáng)過程管理，加大過程考核在總成績中的比例，開始在部分材料力學(xué)上課班級試行實(shí)驗(yàn)成績占20%、平時(shí)成績占20%、期末成績占60%的考核方式，平時(shí)成績中增加了力學(xué)建模大作業(yè)部分，實(shí)驗(yàn)成績中增加了自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分。2019年材料力學(xué)在線開放課程上線運(yùn)行，為了既能調(diào)動(dòng)學(xué)生線上學(xué)習(xí)的積極性，又能高效參與傳統(tǒng)課堂講授，課程組以總成績包括實(shí)驗(yàn)、考勤、課下作業(yè)、期末成績的考核辦法為基礎(chǔ)，明確線上知識(shí)點(diǎn)自學(xué)、自測、討論在總成績中的比例，合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)、線下作業(yè)、期末考試在總成績中的比例，探索出了一套線上學(xué)習(xí)、自測與線下作業(yè)、考試綜合評定的考核方式，在2018-2019-2學(xué)期材料力學(xué)總成績評定中試行實(shí)驗(yàn)成績占20%，課堂成績占80%的評定辦法(其中，平時(shí)成績占20%，線上學(xué)習(xí)占30%，期末成績占50%)，線上學(xué)習(xí)包括知識(shí)點(diǎn)課程視頻自學(xué)40%，章節(jié)測驗(yàn)20%，訪問活躍度10%，線上作業(yè)15%，線上考試15%。試行的成績評定辦法大大加強(qiáng)了課程的過程管理及考核，降低了考試在總成績中的比例，教學(xué)效果得到了很大的改善。
四、結(jié)論
材料力學(xué)作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在工科類專業(yè)的課程體系中發(fā)揮著承上啟下的重要作用，隨著社會(huì)人才需求和新形勢下工科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的不斷變化，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式已不能完全適應(yīng)時(shí)代要求，進(jìn)行必要的教學(xué)改革是社會(huì)發(fā)展的使然。積極探索和實(shí)踐有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式，革新教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法及手段，采取科學(xué)合理的考核方式，想方設(shè)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，培養(yǎng)出適應(yīng)新時(shí)代要求的復(fù)合型應(yīng)用人才是教學(xué)改革的方向和目標(biāo)。
