浅谈普通二本高等院校材料力学的教学改革

翟城+孔祥清+曲艳东+章文娇

摘 要：材料力学工程背景强、理论抽象、公式繁多，导致学生对这门课学习吃力，进而降低了学习积极性。结合普通二本院校的学生学习现状，本文将探讨新形势下材料力学教学的新模式。即如何能够在授课过程中做到学以致用，理论联系实际，从而提高学生的学习兴趣以及创新和解决实际问题的能力。

关键词：材料力学；教学改革；工程实例；力学实验

材料力学是工科类高等院校教学的重要基础性课程。该课程的主要任务是让学生具备合格的材料力学知识和理论，并利用相关理论去解决实际工程问题。其课程内容中，概念与公式的数量较多，并且计算量较大，应用性很强，在学习的过程中，大部分学生尤其是一些普通二本院校的学生会有一种力不从心的感觉。与此同时，随着教学改革的不断深入，材料力学的基础教学课程的课时逐渐减少，教师在面临新的教学需求时，需要提高学生的学习效率，让学生在较短的学时内掌握更多的基础课程知识，并且可以将理论知识灵活运用到工程实际中去。针对以上这些问题，本文结合笔者近几年的教学经验，对普通二本院校工科专业的材料力学的教学改革在理论联系实际以及引进先进科学计算技术和手段等方面进行了探讨。

一、理论联系实际，改变教学模式

材料力学授课内容涉及到大量的来源于工程实际的力学模型。但目前教科书中很多力学模型相对于普通二本院校的学生而言比较陌生，因此他们感到很抽象。此前授课过程中，多数教师只注重基本概念和理论的讲解，学生学习起来会感觉枯燥无味而失去兴趣，从而无法积极地掌握本课程的知识，也达不到预期的教学效果。针对上述情况，必须着眼于将力学知识讲活，采取灵活多变的授课方式。例如：在课堂上充分利用多媒体课件辅助课堂讲授内容就是一种行之有效的手段。通过多媒体中真实的图片和动画，可以向学生形象地展示涉及到的力学模型的工程应用背景和工作原理。如扭转变形中，我们常见的轿车底盘中的传动轴就是一个典型的扭转变形杆件。教师可以通过PPT动画演示马自达轿车底盘传动轴工作过程中的实际变形，从而让学生直观形象地看到扭转变形的实际情形。通过理论联系工程实际，可以使学生了解这些力学模型的重要的应用背景，从而进一步激发他们学习的兴趣，使他们感到学到的知识是有用的。通过这些工程实例的剖析，还能使学生体会到如何将一个具体的工程实际问题简化为一个力学模型，从而使他们提高分析和解决实际问题的能力。

除了上述与课本密切结合的工程实例外，也可以在讲课过程中渗入当今前沿科学的进展介绍，从而拓宽学生的视野。如讲解材料力学四个基本假设时，可以引用高科技领域的先进材料。如目前处于国际研究热点的生物材料，这些生物材料具有最合理、最优化的宏观、细观、微观结构，并且具有自适应性和自愈合能力。再如一些新兴的高分子材料，如橡胶、橡皮泥等粘弹性材料具有非线性的应力——应变关系。通过把这些前沿科学的最新研究成果引入到课堂，可以开阔学生的眼界，扩大他们的知识面，进而激发学生学习本课程的兴趣。

二、将先进科学计算技术和手段引进到教学中

力学和工程科学计算结合为解决工程中复杂的力学问题提供了有力工具。传统力学教学只注重理论和基本概念的掌握，将过多的精力用于解题技巧，忽略科学计算能力的培养，这种传统的培养模式已经不能满足新世纪对人才的需求。在原有的课程体系中适当地引进先进科学计算技术和手段，提高学生处理复杂问题的能力。大型有限元软件ABAQUS，ANSYS等拥有强大的计算分析、图形显示及后处理功能，能很好地显示各种截面形状梁的各种内力，如轴力、剪力、扭矩、弯矩及各截面的应力分布情况和挠度情况，同时还能精确计算不同截面的截面特性，如截面惯性矩、极惯性矩及扭转常数和弯曲常数等。这能加深学生对该部分内容的直观印象，提高教学效果。

除此之外，还应将先进计算技术进一步应用到材料力学实验教学中，改变目前普通二本院校中实验设备及经费明显不足的现象。大部分材料力学实验所需要的实验设备价格昂贵，且大都为破坏性实验，需耗费大量试件，因此不便于重复进行。另外，还有很多力学过程并不能在实验室演示，如应力集中现象、构件组合变形、压杆失稳等。基于以上问题，将材料力学实验教学与数值仿真技术结合起来，尤其是借助于有限元软件中的后处理模块，能以动画的形式动态显示结构从加载到变形直至破坏的全过程，这相当于将力学实验室搬到了课堂进行现场演示，而且模拟力学实验过程可以重复进行多次，这也是比实际实验优越的一面，学生在重复的过程中对一些现象进行深入的探索、研究，从而启发学生的创新思维，甚至帮助学生完成目前很多高校力学实验室不能展开的重要力学实验，如扭转、压杆稳定等。

总之，对材料力学的教学改革是一个不断实践探索的过程。为适应对新世纪人才培养的要求，对课程的要求应重视理论力系实际，并注重先进科学计算技术的应用，将知识的传授和能力的培养有机结合起来。

参考文献：

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