机械类材料力学课程教学改革的研究

　　材料力学紧密结合工程实际，实用性广，是高等工科学校机械类专业的一门重要专业基础课，是构成专业课程的基础性支撑平台课，对学生后续课程的学习和知识结构的完善起着重要作用.通过学习该课程，学生应掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法;掌握研究杆件内力、应力和应变分布规律的基本原理和方法等，为后续相关课程的学习以及进行构件设计和科学研究打好力学基础.
　　然而，一方面，随着高等教育的改革与发展，高等教育体制和课程设置及学时分配都发生了重大变化，机械类材料力学课被压缩到60课时.欲在有限的时间内达到教学计划的要求，传统的材料力学教学体系已暴露出许多不合理的地方，需要进行调整.另一方面，随着科学技术的飞速发展，力学的新知识不断涌现，工程技术对材料力学的要求也越来越高.为达到培养基础厚、能力强的创新性适用人才的目标，材料力学教学改革刻不容缓.
　　本文结合西南大学工程技术学院材料力学课程教学的实际情况，从教学内容、方法和手段等方面提出对机械类本科材料力学课程教学改革的几点思考.
　　1 教学内容和方法的探索
　　1.1 焦点式和模块式集成化的教学方法
　　传统的材料力学课程教学内容是以4种基本变形为主线，每种基本变形均采用了相同的推导方式.显然，这种按基本变形为主线的内容体系，尽管分类清晰，但是内容重复多，花费学时量大，教学过程缺乏新意，很难引起学生的兴趣，学习效果显而易见.对此，笔者针对现有的材料力学内容体系提出焦点式和模块式集成化的教学方法.
　　针对机械类的学生，教学大纲中安排有相应的精工实习以及机械拆装等实验课程.这些课程中的实际问题可以为机械类学生学习材料力学提供丰富的素材，例如牛头刨床中存在典型的拉压杆构件、车床加工中紧固的加工构件就是典型的悬臂梁结构等.以学生所学实际问题(基于构件的4种基本变形)为焦点，分别从问题构件的固体力学角度和该材料的力学行为两个方面进行研究.在固体力学分析中，对构件的4种基本变形采用模块式的教学方法分别从内力、应力和应变3个模块来进行讲述.在内力分析模块中，又以截面法的思想为焦点，然后将其分别应用到拉压、剪切、扭转和弯曲各基本问题中，求解相应的内力等.结合学生所学的实际问题为焦点的教学模式，可以激发学生学习材料力学的兴趣，加强所学内容体系间的联系，并加深学生对该课程的实际应用的认识.此外，模块式的教学方法可以避免教学内容重复而缩短课时量.
　　1.2 自主参与式教学
　　实验教学是创新性高等教育的重要环节，发挥着理论教学不可替代的作用.目前，材料力学实验主要有：拉压实验、扭转实验和弯曲实验.但是，该部分教学以往被作为材料力学理论课程的延伸并采用以课程教学分离的形式而进行;教学过程中，学生往往是以观摩实验为主，不能亲自操作.这种教学模式导致了学生理论学习与实践能力培养的严重分离，不利于高素质材料力学人才的培养.因此，笔者提出采用自主参与式教学方法.比如，在讲授拉压杆的应力之前，由学生分组自主参与并亲自操作拉伸压缩实验，并发现该杆件在线弹性阶段拉伸前后相应的变形现象.随后再回到课堂与老师一起完成应力分布的分析和求解，以及相应的强度条件的学习.这种教学方法不仅可以调动学生学习的主动性，还可以让他们将所学知识与实际应用联系起来，同时培养学生基本的科研素质.
　　1.3 拓展式教学
　　随着科学技术的飞速发展，各种新型材料(例如复合材料、高分子材料等)不断问世并应用于工程实际，实验设备日趋完善，实验技术水平不断提高，所有这些进展使得材料力学所涉及的领域更加宽阔，知识更加丰富.但是，现有的教材未能及时引入反映现代科技成果的新材料、新概念、新理论和新方法，致使学生的知识结构不能迅速适应现代工程建设的需要.然而，面对材料力学课时缩减的现状，若在教材中增加新的内容亦不可能.
　　以新形势下培养基础厚、能力强的创新性人才为目的，笔者提出拓展式教学的方法，建议：教学过程中对原有的教学内容进行合理的加工整合以缩短课时量(如采用焦点式和模块式集成化的教学方法);而对现代的新兴材料，我们可以采用少量的课时来举办有关的专题讲座，比如，可以邀请该领域的专家来给学生做一些材料力学前沿研究的有关报告.此举不但可以加强学生掌握材料力学的基础知识，还可以开阔他们的眼界并激发他们的创新意识.
　　2 教学手段的改进
　　2.1 黑板与多媒体相配合
　　随着计算机的普及，CAI已成为材料力学教学中重要的教学手段.在教学中，通过制作多媒体课件用以丰富教学内容，使艰深的知识形象、生动、具体起来，是提高学生学习兴趣、提高教学质量的必要措施.然而，采用多媒体课件教学的效果也并非完美.多媒体课件显示快，学生很难在课件播放之后对所学知识建立起印象.因此，笔者建议在材料力学的教学中采用黑板与多媒体相结合的教学方法.在材料力学教学过程中，将每节课所讲解的章节和相应的知识点采用板书的形式呈现在黑板上，而相应的工程实例和动画则采用多媒体的方式呈现给学生;对于教材中重要公式的推导过程可在黑板上和学生一起推导，而有关知识点应用方面的讲解则可采用多媒体的形式进行.这样每节课下来，通过板书和多媒体结合的课程教学方式可以使学生对知识点的掌握更加牢固且不失兴趣，教学效果更好.
　　2.2 理论与数值分析相配合
　　材料力学的分析方法是建立在实验基础上的假定、简化计算，其基础概念较为抽象、理论性强，学生在学习过程中很难对其有深刻理解.借助现有的力学分析软件，例如ABAQUS，ANSYS等，对相关模型进行数值模拟，可以加深学生对构件力学分析的理解.这种教学手段不仅有助于学生理解还可以开阔他们的眼界，同时激发学生进一步求知的欲望.
　　3 教学考核制度的反思
　　现行的力学课程考试不仅是与现行教学内容和课程体系相匹配的教学手段，而且也是计划经济体制下应试教育的产物.目前机械类材料力学课程考核主要依靠期末考试成绩，为了确保低淘汰率，考核的内容离不开书本和教师讲授的内容，甚至每年考试的题型、重点几乎不变，这种考核制度使得不少学生平时不用功，仅仅依靠考前一两周的时间来突击应考以蒙混过关.显然，现行的考核体制与新形势下创新性人才的培养目标相悖.
　　以培养创新性材料力学人才为目的，笔者认为有必要对传统的材料力学考核制度进行改革，采取综合评定的考核制度.该考核制度主要包括两个方面：一方面用于反映学生基础知识掌握能力的，包括期末成绩、平时成绩以及实验成绩，占总成绩的70%;另一方面用于反映学生学以致用及创新能力，占总成绩的30%.针对第2个方面，笔者认为可以组织材料力学竞赛或根据机械专业的背景出一些相应的课程设计题目，从侧面来测试学生对材料力学知识的掌握和应用能力.这种考核方式不仅可以反映学生对材料力学课程基本知识的掌握，还可以培养学生学以致用解决实际问题的能力，并激发他们的创新力.
　　实践表明，材料力学课程教学内容、教学方法和手段等方面的新尝试，不仅重视学生基础知识的掌握、促进学生自主参与主动学习并扩展了学生对该领域新知识的认识，而且特别注重理论知识与实际工程应用的结合，并激发学生的创新能力.教学实践过程中学生学习兴趣浓厚，教学效果明显.
　　4 结语
　　材料力学是高等学校工科机械专业的一门重要的专业基础课.在现今教育体制和高新技术飞速发展的形式下，材料力学教学面临着巨大挑战，其教学改革势在必行.以培养新形势下厚基础、能力强的创新性人才为目标，本文从教学内容、教学方法和教学手段等方面分析了材料力学教学中所存在的问题，并提出了笔者对本科机械专业材料力学教学改革的几点尝试.通过在教学中应用，教学反应效果良好.
　　面对不断变化的形势，材料力学教学也要不断摸索应对策略，最终达到培养厚基础、高素质力学人才的目的.