材料力学教学几点体会

作者：赵 巍

来源：《科技视界》 2014年第33期

赵 巍

（唐山学院基础教学部，河北 唐山 063000）

【摘 要】材料力学是工科专业开设的一门专业技术基础课。根据课程的特点及存在问题，提出了对材料力学教学的几点体会。

【关键词】材料力学；学习兴趣；教学内容；实践能力

材料力学在机械、土木、航空、船舶等专业领域中都有着重要的应用，是工科高等院校一门重要的技术基础课，在相关专业的教学中起着承上启下的作用。课程内容紧密联系工程实际，实用性很强，对培养学生运用力学知识解决实际问题的能力具有重要作用。但材料力学的内容繁杂，变形形式多样，且概念多、公式多、计算复杂，学生普遍反映材料力学难学、难记，遇到问题不知如何下手。与此同时，随着教学改革的不断深入，各种新知识和新课程在增加，非力学专业材料力学的学时数已大幅缩减至60学时左右。因此，如何在有限的学时内完成好材料力学的教学工作，让学生既能扎实地掌握课程理论知识，又能将所学知识应用于解决工程实际问题，是材料力学教学必须面对的问题。笔者结合多年的实践教学经验，认为应从以下三个方面做好教学工作。

1 激发学习兴趣

古代大教育家孔子说“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”，可见兴趣是最好的老师。激发学习兴趣，调动学生学习的积极性和主动性，是取得良好教学效果的关键。激发学习兴趣应从以下几点做起：

1.1 理论联系实际

首先，在绪论课上让学生观看视频资料，介绍材料力学的起源与发展，介绍材料力学与高科技成就、重大事故的密切关系，使学生充分认识到课程的重要性及其应用的广泛性。其次，讲授理论知识应注重结合生活事例和工程实践。例如，在讲述应力状态和强度理论时，先引入问题：水管在寒冬低温条件下，由于管内水结冰引起体积膨胀，由作用反作用定律可知，水管与冰块所受的压力相等，为什么冰不破裂，而水管发生爆裂。学生产生了强烈的好奇心，就会极大地激发学习兴趣。再如，通过2000年南京电视台演播厅工程封顶时脚手架坍塌事故，使学生明确研究压杆稳定性的实质和工程意义，激发学习兴趣，增强其求知欲。

1.2 厘清知识脉络

材料力学是研究可变形固体制成的构件在承受各种荷载时的强度、刚度和稳定性等力学性能，设计构件时不仅需要满足强度、刚度和稳定性的要求，还应尽可能地合理选用材料和降低材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自重[1]。因此，材料力学课程的整体知识脉络，即研究构件的强度、刚度、稳定性问题，具体题型包括三类问题(校核、设计截面、确定许可载荷)，构件的变形形式包括基本变形和组合变形，所受载荷又分为静载荷和动载荷。厘清了知识脉络，学生能够很好地把握学习内容的线索，做到了对课程内容了然于胸，学习的积极性和主动性被极大地调动起来，学习兴趣自然高涨。

2 突破教学内容繁杂的难点

2.1 明确构件变形研究方法的唯一性

虽然，材料力学涉及的变形形式多样，但无论是基本变形还是组合变形，采用的研究方法却是唯一的。即按照外力分析确定构件变形的类型，内力分析确定危险截面，应力分析确定危险点，最后进行强度、刚度计算。其中，内力分析是解题的关键步骤，而求解内力只有一种方法——截面法。在讲授具体教学内容时，只要按照研究方法这个链条，教学内容不再繁杂，不再是按章节分割的碎片，而是条理清晰的整体。具体做法如下：从外力分析讲起，确定构件的受力特点及变形形式。采用截面法进行内力分析，绘出构件在基本变形或组合变形下的内力图，确定危险截面。进行应力分析，研究构件在各种变形下横截面上的应力分布规律，介绍应力状态和强度理论的概念，选择合适的强度理论进行强度计算。计算构件的变形，进行刚度计算。这样做，既节约了学时，又增强了课程内容的内在联系，起到了事半功倍的效果。

2.2 善于归纳总结

材料力学主要研究构件在各种变形下的应力和变形，从表面看上公式多，显得繁杂，但实质上公式具有相似性。例如：构件在各种基本变形情况下的应力，包括拉（压）正应力、扭转切应力、弯曲正应力和切应力、剪切中的切应力和挤压应力等，通过对比、总结，应力公式可以写成一个统一的形式，即应力＝内力／相应截面几何性质。同样，构件的变形公式也可以写成一个统一的形式，即应变＝内力／相应截面刚度。经过归纳总结，不仅大大减少了记忆的工作量，而且激发了学生自主学习的积极性。

3 加强实践能力的培养

3.1 多媒体教学与板书教学有机结合

利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画等进行综合处理，充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境[2]。通过多媒体技术能够将生活事例及工程实例形象直观地展现出来，有利于培养学生的工程意识。在讲授运用理论知识解决问题时，需要进行板书讲解，着重介绍分析、解决问题的思路，明确具体的解题步骤，使学生初步掌握所学理论知识在工程实际中的具体应用。

3.2 布置课后大作业

通过布置课后大作业，可以帮助学生实现从单纯学习基本力学知识向解决实际工程问题的跨越。例如：布置传动轴大作业，让学生进行扭转与弯曲组合的综合练习。包括对几何形状、约束和受力进行简化得到受力简图，绘制内力图，确定危险截面、危险点，采用第三强度理论设计轴径（复杂应力状态下的强度计算），还可进行刚度计算。作业要求完成计算说明书一份和图纸一份（包括受力简图、内力图、危险截面应力分布图、危险点原始单元体图等）。通过大作业的锻炼，学生掌握了解决实际工程问题的基本步骤和方法，能够将所学的力学知识与解决工程实际问题相结合，学生综合应用知识解决问题的实践能力得到了提高。此外，解决工程实际问题时，需要学生具有相关专业的知识背景，这就需要学生主动学习相关专业知识才能完成任务，学生的知识领域得到了拓宽。

4 结语

材料力学作为一门重要的技术基础课，是学生学习相关后继课程和专业课程的基础，在培养学生的实践能力上具有重要的指导作用。笔者从学习兴趣、教学内容和实践能力三方面提出

了一些具体可行的方法，取得了良好的教学效果。当然，提高材料力学教学质量，培养高素质的实用型人才是一项长期而艰巨的工作，需要教师在教学中不断地探索实践。

【参考文献】

［１］孙训方,方孝淑,关来泰．材料力学(Ⅰ)[M].5版.北京:高等教育出版社,2009.

［２］向长奎,林宏图,王忠．高校力学教学多媒体运用的探讨与实践[J]．攀枝花学院学报,2002(8):25-27.

［责任编辑：汤静］