材料力学教学深层互动探索与实践

材料力学教学深层互动探索与实践

张皓媛  ,付腾

西安近代化学研究所  陕西西安  710065

火箭军装备部驻西安地区第五军事代表室 陕西西安  710065

摘要：材料力学是众多工科专业重要的专业基础课，通过课程学习培养学生的基本力学素养，为学生后续相关课程学习和解决实际工程问题奠定必要的力学基础。但该课程概念多、理论性强、内容抽象，对学生的数理基础要求较高，学生学习起来有一定的畏难心理。学生多以被动式学习为主，学习过程中缺少分析研讨、批判发现、综合概括等主动式思维，缺乏灵活运用所学知识分析工程实际问题的综合训练，学习兴趣和学习积极性不高。互动式教学改变了课堂上教师绝对权威的主导地位，创造出师生平等、和谐的课堂氛围，实现了教学相长[1]。该教学模式在材料力学教学中虽取得了一些成效[2-4]，但由于缺乏内在机制的支持，许多互动没有从本质上改善学生的学习态度，教学质量并未得到真正的提升。本文主要分析材料力学教学深层互动探索与实践。

关键词：材料力学，深层互动，教学模式，二八定律，力学竞赛

引言

本文提出材料力学深层互动教学模式，该模式以端正学生学习态度为目的，以二八定律在管理中的应用为机制，以大学生力学竞赛为抓手，通过开展深层互动教学，激发学生的学习热情，力求从更高层次让学生把握材料力学的核心内容，调动学生主动思考的积极性，从而达到长久改善学风的效果。

一、材料力学教学现状

材料力学主要是研究工程材料力学行为及构件强度、刚度、稳定性计算理论的科学，是一门较经典成熟的学科，其力学概念、理论公式较多，单位换算麻烦，计算量大。在课堂教学过程中建立力学模型、推导数学公式会占据大量时间，教师很少有时间和精力去引导学生进行主动思考，缺乏将材料力学与科技发展前沿进行联系，也缺乏与实际工程相结合，这就使得学生的知识学习与应用几乎是脱节的。学生学完材料力学，能够解决的问题大都局限于教材上涉及的、已被抽象出来的具体问题和模型计算，对于实际工程问题就难以解决，很难建立相应的材料力学模型。材料力学的教学改革多年来一直都在进行，当前的课堂教学虽然已经采用了多媒体教学手段，但主要还是教师在讲授、学生在被动学习，容易使学生在课堂上课走神，难以集中精力。因此如何激发学生兴趣，有效提高教学效果，特别是如何培养学生的综合应用能力并实现学生材料力学知识技能水平的提高仍然是一个亟须解决的重要课题。

二、材料力学课程教学质量提升的困境

材料力学课程在许多工科专业中的重要作用不言而喻，课程内容中所涉及的许多问题与工程或生活实际密切相关。但现行教材中的多数例题和作业均为简化后的力学模型，忽略了力学问题的工程背景，造成学生理解上的困难，从而失去学习的兴趣。兴趣是最好的老师，学生一旦失去对课程学习的兴趣，学习主动性降低，学习效果便会大打折扣。在教与学过程中，学生是内因，教师是外因，学生学习的主观能动性至关重要。学生学习的主观能动性是否为影响课程教学质量的首要问题，各个学校学情不同，生源质量存在较大差异，不能一概而论。我校在全国工科大学排名中属于中等偏上水平，有相当一部分学生中学阶段的学习目的仅是考上大学，考上大学之后便陷入迷茫，造成学习态度出现问题。为改善学生的学习态度，提高材料力学课程教学质量，需要创新教学模式，通过教师与学生之间展开深层互动交流，激发学生的学习兴趣，提升学生学习的主观能动性。

三、材料力学深层互动教学模式的具体实施

（一）深层互动模式的管理机制

二八定律是管理学中广泛采用的定律，由意大利经济学家帕累托提出，认为在任何一组事物中，最重要的只占一小部分，约20%，其余80%尽管是多数，却是次要的。这一定律在管理中的应用主要体现在要学会抓重点、抓关键少数，团队更容易取得好成绩。同时二八定律还揭示出80%的普通群体,容易成为追随者，20%的优秀群体应加强管理并树立为榜样，用榜样的力量去影响占多数的80%。我校成立多年的因材施教班，依靠政策支持，班内学生学习刻苦，态度端正，成绩优异，深受各方好评，学校成立该班的初衷即为全校学生树立榜样，改善学风。

（二）力学建模能力的培养

力学模型是课程教学与处理工程问题的核心，现行教学模式下的力学问题多为简化之后的模型，学生课上所学知识不能很好地与实际问题建立联系，不能达到学以致用，导致学习积极性不高。结合实际问题引导学生提炼力学模型，并借助所学力学知识解决相应问题，才能更好地培养学生独立分析和处理问题的能力。我们结合教学进度将部分接近生活或工程实际的互动题目提前分发给各课程学习小组，小组成员根据教师提供的研讨题目以团队协作的方式在课下展开研讨，研讨成果借助翻转课堂模式由各小组代表在习题课上与全体同学交流分享。

（三）讲述工程常识，提高学生的设计水平

在工程实际中，工程师通过工程案例获得经验，而对于学习材料力学的学生，通常缺乏实际经验，在设计构件截面尺寸时，由于计算错误，有时会得到与实际尺寸相差甚远的结果。这实际是因为学生对承受多大载荷需要多大截面没有对应的概念。因此，学生在学习设计截面例题时，需要将载荷与截面尺寸相对应起来，从而建立起构件承载力的感观认识。另外，有的学生在设计截面时不取值，只是给了一个范围。在实际设计中，这是无法加工成构件的，因为没有一个明确的尺寸供加工工人参考。还有一些同学在设计截面取值时，后面保留了多位小数。殊不知，小数数位越多，意味着加工精度越高，费用也越贵，有时甚至无法加工出来。基于教学改革涉及教学内容、教学过程、考核方式、过程管理和课程评价等方面的改革，牵一发而动全身，需要潜心研究，精心设计，有计划地逐步推进，及时总结经验不断改进。

（四）介绍课外知识，拓宽学生的视野

距材料力学学科创立以来，科学的发展日新月异，新的材料和新的工程问题不断出现。因此，教师授课时有必要介绍一些课外知识，拓宽一下学生的视野，从而有利于其以后的学习。材料力学只研究杆件，而构件除了杆件外还有块体、板壳，这些将在弹性力学中继续研究；材料力学只研究线弹性，超过线弹性时材料的本构关系将由塑性力学研究；材料力学基本假设中假定构件中的物质连续分布，而实际工程中有时候存在孔洞、缺陷等不连续等现象，这时不能用应力去建立结构的失效条件，需要用断裂力学进行分析；材料力学假定材料各向均匀，而随着科技的发展，复合材料越来越广泛地运用于工程中，且复合材料属于各向异性材料，这时需要用复合材料力学求解；材料力学中交变应力只针对横幅载荷，而实际工程中多为随机载荷，随机载荷作用下构件发生的破坏则由疲劳理论进行研究。

结束语

为了改善学生的学习态度，提升材料力学课程教学质量，在材料力学教学中开展了深层互动教学模式的探索与实践。以二八定律为机制，以大学生力学竞赛为抓手，分别开展了课程授课中的互动与力学兴趣小组的互动两种深层互动模式。随着深层互动交流模式的不断深入，将互动过程中表现优异的学生树为榜样，借助榜样的力量端正其他学生的学习态度，最终提高了全体学生的学习成绩，增加了学生的自信，提升了课程的授课质量，改善了学风；同时部分学生通过参加力学竞赛打开了上升通道，提高了我校的力学竞赛参赛成绩。该教学模式效果显著，值得进一步推广。

参考文献：

[1]卢小雨,江向阳.材料力学（上册）[M].上海：上海交通大学出版社,2017.与实践—以材料力学课程为例[J].教育教学论坛,2020(47):219-220.

[2]常岩军,陈建云.浅谈材料力学课程绪论部分的讲授方法[J].教育教学论坛,2012(04):167-168.

[3]白志玲.对《材料力学》课程教学改革的思考[J].山东化布江西丰城发电厂事故调查结果[J].中国勘察设计,2017(10):11.工,2015,44(06):123-124.

[4]王春香，周鹏，胡恒山.依据课程定位深化材料力学教学改革［J］.高等建筑教育，2018（1）：53-56.

[5]杨晨.材料力学研讨式、网络式教学改革研究［J］.教育教学论坛，2018（12）：154-155.