结合材料力学学科特点浅谈其教学方法

    成诺

    [摘 要] 材料力学是研究结构构件和机械零件承載能力的基础学科，是多数工科专业开设的一门专业基础课，结合材料力学学科特点对教学方法进行探讨。提出实验与理论学习交替进行，重视基本概念的理解，同时联系工程实践，可以提高材料力学教学效果的观点。

    [关 键 词] 材料力学；学科特点；教学方法

    [中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）07-0209-01

    材料力学是多数工科类专业的一门重要专业基础课，对后续课程的学习起着承上启下的作用，其分析方法及理论计算在其他专业课中有重要作用。材料力学内容繁琐，需要较好的数学基础和力学思维，其主要学习内容包括基本变形、应力状态分析、强度理论、压杆稳定、组合变形等各种抽象理论，且材料力学建立在三大基本假设基础上，由于概念多、分析抽象、理论分析步骤多、技巧性强、公式复杂等因素，导致工科学生学习起来倍感压力。如何提升学生材料力学的学习效果，是进行材料力学课程教学方法探究的关键任务。

    一、根据学科特点，重视基本概念理解

    目前，我国大多数高校使用的材料力学教材均是建立在铁木辛柯材料力学理论基础上，对铁木辛柯材料力学著作进行提炼形成本科材料力学教材，教材内容抽象、概念性强，且学时相对较少，导致大部分学生虽然知道材料力学的重要性，但对概念理解不透彻、学习困难，因此强化材料力学基础概念是提高材料力学教学效果的关键。

    首先，学习材料力学要理解连续性假设、均匀性假设及各向同性假设等三大基本假设，整个材料力学理论均是建立在三大基本假设基础上，如果不能透彻理解三大基本假设，将对后续课程学习产生重大疑惑。

    其次，要理解内力与应力的概念。内力与应力是材料力学中应用最广泛的概念。内力是构件内部各部分之间因受外力变形而引起的相互作用，物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力。应力是内力分布的集度即单位面积上的内力称为应力。内力的分析方法主要为截面法，应力的分析方法则复杂得多，也是材料力学的核心内容。

    应变状态主要研究指定点处的不同方位截面上应力的特点。应力状态理论是强度计算的基础，材料力学中应力状态由一维问题逐渐过渡到二维、三维问题分析，应力状态分析贯穿整个材料力学课程，教师应经常在课堂中对应力状态概念进行强化。

    强度理论是材料力学的重点和难点，材料力学中设置了专门的章节对该概念进行讲解。四种强度理论基于不同的基本假设建立而来，每一种强度理论均有一定的实用性，因此在讲解强度理论概念时需对四种强度理论的基本假设进行详细描述，阐明四种强度理论的理论意义和实际意义。只有使学生将强度理论的概念理解透彻，在今后的学习和工作中才能对材料力学分析结果有正确的判断。

    组合变形和压杆稳定这两大章节的内容与工程实践联系紧密，是材料力学由纯理论过渡到工程应用的一个环节，通过这个部分内容的学习可以强化学生对前面章节材料力学概念的理解和运用。

    二、重视材料力学实验，理论教学与实验教学交替进行

    兴趣是推动人类认识活动行为的重要动机，如果学生对所学的知识充满兴趣，便会抱以更加积极的态度参与学习。材料力学是一门研究构件承载力的科学，材料力学实验是材料力学的一个重要实践环节。材料力学中对构件强度、刚度和稳定性等理论分析首先是根据实验所观察的现象，提出相应的假设，然后再利用力学及数学知识推导出结论。多数高校在材料力学教学上均将材料力学实验设置在材料力学理论课程结束后进行，学生学习材料力学理论课时始终停留在抽象概念和理论基础上，容易导致学生对概念理解不透彻。如结合材料力学教学进度，交替进行材料力学实验，将促使枯燥、抽象的理论变得形象，解决学生的部分疑惑，同时提升学生学习材料力学的积极性。如拉伸实验可让学生直观理解材料的拉伸行为，应力实验可让学生更透彻理解应变与应力的关系等。

    三、加强各章节知识点融合、联系工程实践

    材料力学来源于工程，又服务于工程，进行材料力学教学时应密切结合工程实践，每次引入材料力学新概念时可结合工程实践进行切入。如引入内力时可结合绳索受力，引入扭转应力时可结合传动轴受力，引入弯曲应力时可结合鱼竿受力，引入压杆稳定概念时可借用脚手架坍塌、活塞压缩杆失效等实例进行切入课程教学。此外，在进行材料力学教学时可建议学生学习有限元分析软件，布置简单的工程实例分析任务，不仅可以提高学生对所学知识的理解和运用，对今后的学习和工作也会有帮助。

    四、板书及多媒体教学相结合

    材料力学课程抽象、理论性强、对数学要求较高，多媒体教学具有直观、动态、信息量丰富的特点，已成为教学中不可或缺的部分，但材料力学中公式推导较为复杂、步骤较多，多媒体教学难以完全起到详细讲解的作用，因此在具体教学中采用板书及多媒体教学相结合的方式才能最大限度提升教学效果。在具体授课过程中，使用多媒体进行工程实例切入教学、动态演示等内容，理论推导过程及受力分析采用板书及多媒体相结合的方式，起到较好的教学效果。

    五、小结

    材料力学作为一门重要的专业基础课，对后续课程学习，考研和就业都具有很大的作用，因此研究材料力学教学方法具有重要意义。本文从4个方面对提升材料力学教学效果进行了探讨。通过多年的力学学习经验及材料力学教学经验，发现不断强化材料力学概念，材料力学实验与理论学习交替进行、紧密联系工程实践及板书与多媒体相结合的方式可提高材料力学的教学效果。

    材料力学教学的探究及改革是一个长期的过程，需在不断的实践与思考中探索、总结并逐步完善。

    参考文献：

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

    [2]孙旋，张群英，陈静，等.材料力学教学改革的研究[J].南昌大学学报（理科版），2007（10）.