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機械類(lèi)材料力學(xué)課程教學(xué)改革的研究論文
材料力學(xué)緊密結合工程實(shí)際，實(shí)用性廣，是高等工科學(xué)校機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎課，是構成專(zhuān)業(yè)課程的基礎性支撐平臺課，對學(xué)生后續課程的學(xué)習和知識結構的完善起著(zhù)重要作用.通過(guò)學(xué)習該課程，學(xué)生應掌握將工程實(shí)際構件抽象為力學(xué)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(guān)課程的學(xué)習以及進(jìn)行構件設計和科學(xué)研究打好力學(xué)基礎.
然而，一方面，隨著(zhù)高等教育的改革與發(fā)展，高等教育體制和課程設置及學(xué)時(shí)分配都發(fā)生了重大變化，機械類(lèi)材料力學(xué)課被壓縮到60課時(shí).欲在有限的時(shí)間內達到教學(xué)計劃的要求，傳統的材料力學(xué)教學(xué)體系已暴露出許多不合理的地方，需要進(jìn)行調整.另一方面，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，力學(xué)的新知識不斷涌現，工程技術(shù)對材料力學(xué)的要求也越來(lái)越高.為達到培養基礎厚、能力強的創(chuàng )新性適用人才的目標，材料力學(xué)教學(xué)改革刻不容緩.
本文結合西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)的實(shí)際情況，從教學(xué)內容、方法和手段等方面提出對機械類(lèi)本科材料力學(xué)課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考.
1 教學(xué)內容和方法的探索
1.1 “焦點(diǎn)式”和“模塊式”集成化的教學(xué)方法
傳統的材料力學(xué)課程教學(xué)內容是以4種基本變形為主線(xiàn)，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(xiàn)的內容體系，盡管分類(lèi)清晰，但是內容重復多，花費學(xué)時(shí)量大，教學(xué)過(guò)程缺乏新意，很難引起學(xué)生的興趣，學(xué)習效果顯而易見(jiàn).對此，筆者針對現有的材料力學(xué)內容體系提出“焦點(diǎn)式”和“模塊式”集成化的教學(xué)方法.
針對機械類(lèi)的學(xué)生，教學(xué)大綱中安排有相應的精工實(shí)習以及機械拆裝等實(shí)驗課程.這些課程中的實(shí)際問(wèn)題可以為機械類(lèi)學(xué)生學(xué)習材料力學(xué)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(chē)床加工中緊固的加工構件就是典型的懸臂梁結構等.以學(xué)生所學(xué)實(shí)際問(wèn)題(基于構件的4種基本變形)為焦點(diǎn)，分別從問(wèn)題構件的固體力學(xué)角度和該材料的力學(xué)行為兩個(gè)方面進(jìn)行研究.在固體力學(xué)分析中，對構件的4種基本變形采用模塊式的教學(xué)方法分別從內力、應力和應變3個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行講述.在內力分析模塊中，又以截面法的思想為焦點(diǎn)，然后將其分別應用到拉壓、剪切、扭轉和彎曲各基本問(wèn)題中，求解相應的內力等.結合學(xué)生所學(xué)的實(shí)際問(wèn)題為焦點(diǎn)的教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習材料力學(xué)的興趣，加強所學(xué)內容體系間的聯(lián)系，并加深學(xué)生對該課程的實(shí)際應用的認識.此外，模塊式的教學(xué)方法可以避免教學(xué)內容重復而縮短課時(shí)量.
1.2 自主參與式教學(xué)
實(shí)驗教學(xué)是創(chuàng )新性高等教育的重要環(huán)節，發(fā)揮著(zhù)理論教學(xué)不可替代的作用.目前，材料力學(xué)實(shí)驗主要有：拉壓實(shí)驗、扭轉實(shí)驗和彎曲實(shí)驗.但是，該部分教學(xué)以往被作為材料力學(xué)理論課程的延伸并采用以課程教學(xué)分離的形式而進(jìn)行;教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生往往是以觀(guān)摩實(shí)驗為主，不能親自操作.這種教學(xué)模式導致了學(xué)生理論學(xué)習與實(shí)踐能力培養的嚴重分離，不利于高素質(zhì)材料力學(xué)人才的培養.因此，筆者提出采用自主參與式教學(xué)方法.比如，在講授拉壓桿的應力之前，由學(xué)生分組自主參與并親自操作拉伸壓縮實(shí)驗，并發(fā)現該桿件在線(xiàn)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(xué)習.這種教學(xué)方法不僅可以調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，還可以讓他們將所學(xué)知識與實(shí)際應用聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)培養學(xué)生基本的科研素質(zhì).
1.3 拓展式教學(xué)
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型材料(例如復合材料、高分子材料等)不斷問(wèn)世并應用于工程實(shí)際，實(shí)驗設備日趨完善，實(shí)驗技術(shù)水平不斷提高，所有這些進(jìn)展使得材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加寬闊，知識更加豐富.但是，現有的教材未能及時(shí)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(xué)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(xué)課時(shí)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(chuàng )新性人才為目的，筆者提出拓展式教學(xué)的方法，建議：教學(xué)過(guò)程中對原有的教學(xué)內容進(jìn)行合理的加工整合以縮短課時(shí)量(如采用“焦點(diǎn)式”和“模塊式”集成化的教學(xué)方法);而對現代的新興材料，我們可以采用少量的課時(shí)來(lái)舉辦有關(guān)的專(zhuān)題講座，比如，可以邀請該領(lǐng)域的專(zhuān)家來(lái)給學(xué)生做一些材料力學(xué)前沿研究的有關(guān)報告.此舉不但可以加強學(xué)生掌握材料力學(xué)的基礎知識，還可以開(kāi)闊他們的眼界并激發(fā)他們的創(chuàng )新意識.
2 教學(xué)手段的改進(jìn)
2.1 “黑板與多媒體”相配合
隨著(zhù)計算機的普及，CAI已成為材料力學(xué)教學(xué)中重要的教學(xué)手段.在教學(xué)中，通過(guò)制作多媒體課件用以豐富教學(xué)內容，使艱深的知識形象、生動(dòng)、具體起來(lái)，是提高學(xué)生學(xué)習興趣、提高教學(xué)質(zhì)量的必要措施.然而，采用多媒體課件教學(xué)的效果也并非完美.多媒體課件顯示快，學(xué)生很難在課件播放之后對所學(xué)知識建立起印象.因此，筆者建議在材料力學(xué)的教學(xué)中采用“黑板與多媒體”相結合的教學(xué)方法.在材料力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，將每節課所講解的章節和相應的知識點(diǎn)采用板書(shū)的形式呈現在黑板上，而相應的工程實(shí)例和動(dòng)畫(huà)則采用多媒體的方式呈現給學(xué)生;對于教材中重要公式的推導過(guò)程可在黑板上和學(xué)生一起推導，而有關(guān)知識點(diǎn)應用方面的講解則可采用多媒體的形式進(jìn)行.這樣每節課下來(lái)，通過(guò)板書(shū)和多媒體結合的課程教學(xué)方式可以使學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握更加牢固且不失興趣，教學(xué)效果更好.
2.2 “理論與數值分析”相配合
材料力學(xué)的分析方法是建立在實(shí)驗基礎上的假定、簡(jiǎn)化計算，其基礎概念較為抽象、理論性強，學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中很難對其有深刻理解.借助現有的力學(xué)分析軟件，例如ABAQUS，ANSYS等，對相關(guān)模型進(jìn)行數值模擬，可以加深學(xué)生對構件力學(xué)分析的理解.這種教學(xué)手段不僅有助于學(xué)生理解還可以開(kāi)闊他們的眼界，同時(shí)激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步求知的欲望.
3 教學(xué)考核制度的反思
現行的力學(xué)課程考試不僅是與現行教學(xué)內容和課程體系相匹配的教學(xué)手段，而且也是計劃經(jīng)濟體制下應試教育的產(chǎn)物.目前機械類(lèi)材料力學(xué)課程考核主要依靠期末考試成績(jì)，為了確�！暗吞蕴省�，考核的內容離不開(kāi)書(shū)本和教師講授的內容，甚至每年考試的題型、重點(diǎn)幾乎不變，這種考核制度使得不少學(xué)生平時(shí)不用功，僅僅依靠考前一兩周的時(shí)間來(lái)突擊應考以蒙混過(guò)關(guān).顯然，現行的考核體制與新形勢下創(chuàng )新性人才的培養目標相悖.
以培養創(chuàng )新性材料力學(xué)人才為目的，筆者認為有必要對傳統的材料力學(xué)考核制度進(jìn)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(gè)方面：一方面用于反映學(xué)生基礎知識掌握能力的，包括期末成績(jì)、平時(shí)成績(jì)以及實(shí)驗成績(jì)，占總成績(jì)的70%;另一方面用于反映學(xué)生學(xué)以致用及創(chuàng )新能力，占總成績(jì)的30%.針對第2個(gè)方面，筆者認為可以組織材料力學(xué)競賽或根據機械專(zhuān)業(yè)的背景出一些相應的課程設計題目，從側面來(lái)測試學(xué)生對材料力學(xué)知識的掌握和應用能力.這種考核方式不僅可以反映學(xué)生對材料力學(xué)課程基本知識的掌握，還可以培養學(xué)生學(xué)以致用解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并激發(fā)他們的創(chuàng )新力.
實(shí)踐表明，材料力學(xué)課程教學(xué)內容、教學(xué)方法和手段等方面的新嘗試，不僅重視學(xué)生基礎知識的掌握、促進(jìn)學(xué)生自主參與主動(dòng)學(xué)習并擴展了學(xué)生對該領(lǐng)域新知識的認識，而且特別注重理論知識與實(shí)際工程應用的結合，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新能力.教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生學(xué)習興趣濃厚，教學(xué)效果明顯.
4 結 語(yǔ)
材料力學(xué)是高等學(xué)校工科機械專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課.在現今教育體制和高新技術(shù)飛速發(fā)展的形式下，材料力學(xué)教學(xué)面臨著(zhù)巨大挑戰，其教學(xué)改革勢在必行.以培養新形勢下厚基礎、能力強的創(chuàng )新性人才為目標，本文從教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面分析了材料力學(xué)教學(xué)中所存在的問(wèn)題，并提出了筆者對本科機械專(zhuān)業(yè)材料力學(xué)教學(xué)改革的幾點(diǎn)嘗試.通過(guò)在教學(xué)中應用，教學(xué)反應效果良好.
面對不斷變化的形勢，材料力學(xué)教學(xué)也要不斷摸索應對策略，最終達到培養厚基礎、高素質(zhì)力學(xué)人才的目的.
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