機械類材料力學(xué)課程教學(xué)改革的研究論文
材料力學(xué)緊密結(jié)合工程實際，實用性廣，是高等工科學(xué)校機械類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是構(gòu)成專業(yè)課程的基礎(chǔ)性支撐平臺課，對學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和知識結(jié)構(gòu)的完善起著重要作用.通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生應(yīng)掌握將工程實際構(gòu)件抽象為力學(xué)模型的方法;掌握研究桿件內(nèi)力、應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律的基本原理和方法等，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)以及進行構(gòu)件設(shè)計和科學(xué)研究打好力學(xué)基礎(chǔ).
然而，一方面，隨著高等教育的改革與發(fā)展，高等教育體制和課程設(shè)置及學(xué)時分配都發(fā)生了重大變化，機械類材料力學(xué)課被壓縮到60課時.欲在有限的時間內(nèi)達到教學(xué)計劃的要求，傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)體系已暴露出許多不合理的地方，需要進行調(diào)整.另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，力學(xué)的新知識不斷涌現(xiàn)，工程技術(shù)對材料力學(xué)的要求也越來越高.為達到培養(yǎng)基礎(chǔ)厚、能力強的創(chuàng)新性適用人才的目標(biāo)，材料力學(xué)教學(xué)改革刻不容緩.
本文結(jié)合西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)的實際情況，從教學(xué)內(nèi)容、方法和手段等方面提出對機械類本科材料力學(xué)課程教學(xué)改革的幾點思考.
1 教學(xué)內(nèi)容和方法的探索
1.1 “焦點式”和“模塊式”集成化的教學(xué)方法
傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容是以4種基本變形為主線，每種基本變形均采用了相同的推導(dǎo)方式.顯然，這種按基本變形為主線的內(nèi)容體系，盡管分類清晰，但是內(nèi)容重復(fù)多，花費學(xué)時量大，教學(xué)過程缺乏新意，很難引起學(xué)生的興趣，學(xué)習(xí)效果顯而易見.對此，筆者針對現(xiàn)有的材料力學(xué)內(nèi)容體系提出“焦點式”和“模塊式”集成化的教學(xué)方法.
針對機械類的學(xué)生，教學(xué)大綱中安排有相應(yīng)的精工實習(xí)以及機械拆裝等實驗課程.這些課程中的實際問題可以為機械類學(xué)生學(xué)習(xí)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(gòu)件、車床加工中緊固的加工構(gòu)件就是典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)等.以學(xué)生所學(xué)實際問題(基于構(gòu)件的4種基本變形)為焦點，分別從問題構(gòu)件的固體力學(xué)角度和該材料的力學(xué)行為兩個方面進行研究.在固體力學(xué)分析中，對構(gòu)件的4種基本變形采用模塊式的教學(xué)方法分別從內(nèi)力、應(yīng)力和應(yīng)變3個模塊來進行講述.在內(nèi)力分析模塊中，又以截面法的思想為焦點，然后將其分別應(yīng)用到拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲各基本問題中，求解相應(yīng)的內(nèi)力等.結(jié)合學(xué)生所學(xué)的實際問題為焦點的教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣，加強所學(xué)內(nèi)容體系間的聯(lián)系，并加深學(xué)生對該課程的實際應(yīng)用的認(rèn)識.此外，模塊式的教學(xué)方法可以避免教學(xué)內(nèi)容重復(fù)而縮短課時量.
1.2 自主參與式教學(xué)
實驗教學(xué)是創(chuàng)新性高等教育的重要環(huán)節(jié)，發(fā)揮著理論教學(xué)不可替代的作用.目前，材料力學(xué)實驗主要有：拉壓實驗、扭轉(zhuǎn)實驗和彎曲實驗.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)分離的形式而進行;教學(xué)過程中，學(xué)生往往是以觀摩實驗為主，不能親自操作.這種教學(xué)模式導(dǎo)致了學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實踐能力培養(yǎng)的嚴(yán)重分離，不利于高素質(zhì)材料力學(xué)人才的培養(yǎng).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(yīng)力之前，由學(xué)生分組自主參與并親自操作拉伸壓縮實驗，并發(fā)現(xiàn)該桿件在線彈性階段拉伸前后相應(yīng)的變形現(xiàn)象.隨后再回到課堂與老師一起完成應(yīng)力分布的分析和求解，以及相應(yīng)的強度條件的學(xué)習(xí).這種教學(xué)方法不僅可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，還可以讓他們將所學(xué)知識與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，同時培養(yǎng)學(xué)生基本的科研素質(zhì).
1.3 拓展式教學(xué)
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型材料(例如復(fù)合材料、高分子材料等)不斷問世并應(yīng)用于工程實際，實驗設(shè)備日趨完善，實驗技術(shù)水平不斷提高，所有這些進展使得材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加寬闊，知識更加豐富.但是，現(xiàn)有的教材未能及時引入反映現(xiàn)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(jié)構(gòu)不能迅速適應(yīng)現(xiàn)代工程建設(shè)的需要.然而，面對材料力學(xué)課時縮減的現(xiàn)狀，若在教材中增加新的內(nèi)容亦不可能.
以新形勢下培養(yǎng)基礎(chǔ)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)過程中對原有的教學(xué)內(nèi)容進行合理的加工整合以縮短課時量(如采用“焦點式”和“模塊式”集成化的教學(xué)方法);而對現(xiàn)代的新興材料，我們可以采用少量的課時來舉辦有關(guān)的專題講座，比如，可以邀請該領(lǐng)域的專家來給學(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(chǔ)知識，還可以開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
2.1 “黑板與多媒體”相配合
隨著計算機的普及，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，通過制作多媒體課件用以豐富教學(xué)內(nèi)容，使艱深的知識形象、生動、具體起來，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)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(jié)合的教學(xué)方法.在材料力學(xué)教學(xué)過程中，將每節(jié)課所講解的章節(jié)和相應(yīng)的知識點采用板書的形式呈現(xiàn)在黑板上，而相應(yīng)的工程實例和動畫則采用多媒體的方式呈現(xiàn)給學(xué)生;對于教材中重要公式的推導(dǎo)過程可在黑板上和學(xué)生一起推導(dǎo)，而有關(guān)知識點應(yīng)用方面的講解則可采用多媒體的形式進行.這樣每節(jié)課下來，通過板書和多媒體結(jié)合的課程教學(xué)方式可以使學(xué)生對知識點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(shù)值分析”相配合
材料力學(xué)的分析方法是建立在實驗基礎(chǔ)上的假定、簡化計算，其基礎(chǔ)概念較為抽象、理論性強，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難對其有深刻理解.借助現(xiàn)有的'力學(xué)分析軟件，例如ABAQUS，ANSYS等，對相關(guān)模型進行數(shù)值模擬，可以加深學(xué)生對構(gòu)件力學(xué)分析的理解.這種教學(xué)手段不僅有助于學(xué)生理解還可以開闊他們的眼界，同時激發(fā)學(xué)生進一步求知的欲望.
3 教學(xué)考核制度的反思
現(xiàn)行的力學(xué)課程考試不僅是與現(xiàn)行教學(xué)內(nèi)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(yīng)試教育的產(chǎn)物.目前機械類材料力學(xué)課程考核主要依靠期末考試成績，為了確保“低淘汰率”，考核的內(nèi)容離不開書本和教師講授的內(nèi)容，甚至每年考試的題型、重點幾乎不變，這種考核制度使得不少學(xué)生平時不用功，僅僅依靠考前一兩周的時間來突擊應(yīng)考以蒙混過關(guān).顯然，現(xiàn)行的考核體制與新形勢下創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)目標(biāo)相悖.
以培養(yǎng)創(chuàng)新性材料力學(xué)人才為目的，筆者認(rèn)為有必要對傳統(tǒng)的材料力學(xué)考核制度進行改革，采取綜合評定的考核制度.該考核制度主要包括兩個方面：一方面用于反映學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握能力的，包括期末成績、平時成績以及實驗成績，占總成績的70%;另一方面用于反映學(xué)生學(xué)以致用及創(chuàng)新能力，占總成績的30%.針對第2個方面，筆者認(rèn)為可以組織材料力學(xué)競賽或根據(jù)機械專業(yè)的背景出一些相應(yīng)的課程設(shè)計題目，從側(cè)面來測試學(xué)生對材料力學(xué)知識的掌握和應(yīng)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(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用解決實際問題的能力，并激發(fā)他們的創(chuàng)新力.
實踐表明，材料力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)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(chǔ)知識的掌握、促進學(xué)生自主參與主動學(xué)習(xí)并擴展了學(xué)生對該領(lǐng)域新知識的認(rèn)識，而且特別注重理論知識與實際工程應(yīng)用的結(jié)合，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力.教學(xué)實踐過程中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，教學(xué)效果明顯.
4 結(jié) 語
材料力學(xué)是高等學(xué)校工科機械專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課.在現(xiàn)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)面臨著巨大挑戰(zhàn)，其教學(xué)改革勢在必行.以培養(yǎng)新形勢下厚基礎(chǔ)、能力強的創(chuàng)新性人才為目標(biāo)，本文從教學(xué)內(nèi)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)中所存在的問題，并提出了筆者對本科機械專業(yè)材料力學(xué)教學(xué)改革的幾點嘗試.通過在教學(xué)中應(yīng)用，教學(xué)反應(yīng)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(yīng)對策略，最終達到培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)力學(xué)人才的目的.
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