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試論應用型本科院校《材料力學》課程教學問題探討論文
材料力學是固體力學的一個分支，是機械類等工科專業由基礎課過渡到專業課的一門技術基礎課。材料力學以構件能正常工作所需的強度、剛度和穩定性問題為核心，研究了構件的拉壓、剪切、扭轉和彎曲等四種基本變形以及組合變形形式。該課程在教學中起到承上啟下的作用，一些基本概念和定理與高等數學、理論力學等前序課程密切相關，又是機械設計基礎、機械設計、機械優化設計和模具設計等課程的理論基礎。因此學習這門課程既可以解決一些簡單工程實際問題，同時又為后續有關課程和其他相關的科學技術提供必要的理論基礎。
應用型本科重在“應用”二字，但并不意味著學生只是會機械地掌握知識的應用和一些操作技能，而是通過全面提高教學水平來培養學生探索問題、解決問題和創新地應用知識的能力，使其成為具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才，這對我們這些應用型本科院校的教師提出了更高的要求。筆者所在的佛山科學技術學院是一所具有碩士點授權的應用型本科大學，根據機械類專業的特點和應用型本科院校的辦學要求，以及筆者多年從事該課程的教學經驗，對材料力學課程的教學提出一些教學改革嘗試，并取得了較好的教學效果。具體的做法如下：
一、選擇合適的教材，結合后續課程合理安排教學內容
材料力學課程內容豐富，公式多，理論概念性強，有些還比較抽象，學生的工程實際概念和經驗較少，在分析問題和求解時方法技巧性要求高，學生難于理解，而且與先修的高等數學和理論力學課聯系緊密，學生普遍感覺難學，學習的積極性和興趣普遍不高。
應用型本科院校指以應用型為辦學定位，現階段應用型大學一般包括所有的本科第二批、本科第三批院校。與研究型大學的學生相比，應用型本科院校的學生理論知識比較薄弱，特別是在數學、物理和力學等基礎學科方面，而且其就業方向主要從事工程應用而不是科學研究。
針對本課程理論概念性強、方法技巧性要求高，以及應用型本科院校的辦學要求，結合機械專業和學生的具體特點，以及多年來學生在學習時出現的一些常見問題，對教材進行了重新選取，并對課程內容進行了調整和重新安排。
1.選擇合適的教材，指定適量的課外輔導書
我們原來一直選用劉鴻文主編的《材料力學(Ⅰ)》作為本專業的教材，該教材是材料力學課程的經典教材，很多研究型大學都選用該教材，對于應用型本科院校的學生來說，普遍反映該教材理論內容太多，理解、自學比較困難。針對這種情況，從2012年開始選用了華中科技大學出版社出版的少學時《材料力學》教材，該教材主要面向應用型本科大學的教學，針對現行的一些經典教材中較強調理論推導的特點，對一些相關的理論的推導及延伸進行了簡化，重點突出理論本身理解以及工程實際應用。自從采用該教材教學后，學生反映教學效果良好，學生對教材的評價從原來的平均88分到現在的平均92分左右。同時指定適量的課外輔導書，以供進一步提高和學有余力的學生參考。
2.結合后續課程，合理安排教學內容
在授課學時大量削減，課堂信息量要求不斷增加的新形式下，加強材料力學與理論力學、機械設計以及模具設計等課程的接軌，精練理論部分，對重點例題詳細解答，使學生對課程的系統性和課程內容之間的關系有更明確的認識。堅持“理論教學、實驗教學、計算機分析”相結合，特別是利用計算機軟件的分析功能，讓學生對構件進行分析，提高學生分析和解決問題的綜合能力。
在教學內容安排上面，重理論知識的講解及應用，輕理論的推導及延伸。例如：在扭轉部分推導圓軸扭轉時橫截面的切應力計算公式時，1)著重強調已知內力求應力，由于不知道應力在橫截面的分布情況，因此屬于靜不定問題，要結合靜力平衡方程和補充方程來求解;2)補充方程是通過實驗、觀察變形、提出假設，最后利用變形和應力之間的關系而建立的，是在實驗和假設的基礎上得到，進一步強調材料力學是一門實驗科學;3)通過例題的講解來說明其工程應用和使用的限制。這種解決問題的方法和過程不僅是材料力學解決問題的方式，也是解決類似工程問題的一種方法，不強調涉及到的許多數學公式推導，避開了學生數學等基礎知識比較薄弱、理解困難甚至放棄學習的難題。
對于機械類本科專業來說，理論力學是材料力學的基礎。由于筆者所在的機電工程系，理論力學和材料力學課程教學的老師都是機械類專業的教師，因此我們可以根據學生在材料力學學習中遇到的問題和理論力學的老師一起協調教學內容，例如與理論力學老師協商加強平面任意力系和空間力系的教學和訓練，并且可以將2門課程中有些說法不一致的地方統一起來，這樣就減少了學生在學習時的一些困惑和難度。
同時，材料力學是機械設計、機械設計課程設計和模具設計等課程的理論基礎，而且機械設計和機械設計課程設計是機械類專業的必修的專業基礎課和實踐環節。筆者也擔任模具設計課程的教學工作和機械設計課程設計的指導工作，對機械專業后續課程的教學要求和涉及到的本課程的理論知識比較熟悉，因此在根據本專業的特點來選取教學內容和重點，以及提出一些利用本課程能解決的工程實際問題上面具有一定的優勢。
例如針對機械設計中三大類基本零件之一軸的設計，在教學內容順序扭轉彎曲彎扭組合變形分別說明軸的設計如何應用到了本課程相關的知識點：1)只受扭矩作用的傳動軸的設計，利用扭矩知識解決;2)只受彎矩作用的心軸，利用彎曲知識進行設計;3)受彎扭組合變形的轉軸設計，說明在機械課程設計中按扭矩初算軸徑，完成結構設計，再按照彎扭組合變形知識進行校核。采用這種方式，不僅將一些相對枯燥的理論知識應用到解決實際工程問題，提高了學生利用理論知識分析問題解決問題的能力，激發了學生的學習熱情和興趣，而且和后續課程的學習緊密地聯系起來。
二、抓住兩條主線，合理應用多媒體教學
1.抓住兩條主線，組織課堂教學
在課堂教學的組織安排時，注重抓住材料力學的兩條主線：1)外力截面法求內力應力(應力分析和強度條件)，2)外力變形應變(應變分析和剛度條件)，而在材料力學里面要建立內力和變形，應力和應變之間聯系的惟一途徑胡克定律，對內力和變形、應力和應變分別從宏觀和微觀層面上的說明，并從第1章緒論開始到第7章彎曲變形為止，反復將圖1展示給學生，讓學生對材料力學的組織構成以及相互之間的關系有一個比較清晰的概念，通過這種形式將各個分散的變形形式如軸向拉壓、扭轉、彎曲等通過內力、應力、變形和應變建立起聯系，解決了材料力學概念多、分散而雜亂的問題，有助于學生對教學內容有一個比較清晰的、提綱性的認識，便于更好地理解和學習本課程的教學內容。
2.多媒體與板書相結合，合理利用多媒體教學
隨著計算機技術的發展，利用多媒體技術可以將一些抽象概念、復雜的空間關系、語言難以描述的內容生動而深刻地演示出來，有利于知識的理解，這些利用傳統的板書是不可能實現的，因此多媒體教學越來越多地應用到教學實踐中。
在材料力學的多媒體教學中，以動畫、圖片、文字和錄像等豐富的教學資源，例如利用動畫來模擬桿件的變形和進行實驗，利用圖片、動畫或錄像來展示一些工程實際問題;在梁的彎曲內力支座簡化，通過許多工程實例(變速箱里的軸、火車的車輪軸、工廠車間中的行車等等)的支座簡化來進行講解和說明，將學生從被動接受型的模式中解放出來，增加了學生的感性認識，通過播放PPT解決了本課程概念多、理論性強、數學推導、計算煩瑣等板書費時的問題，提高了教學的進度和效率，為學時縮減的情況下增加信息量提供了保證。
通過對學生的調查和學習效果的評估，我們發現在材料力學的教學中不能過分的依賴多媒體教學，應強調板書和多媒體相結合，應根據課程特點分析哪些內容適合用多媒體，哪些內容適合進行板書，具體知識的講解時，如何進行配合使用。例如在講解畫內力圖的相關知識時，可以通過在PPT上給出題目以及外力的分析、外力的求解，在黑板上通過板書的方式畫出內力圖，這樣不但利用了多媒體傳遞信息量大的優勢，同時也便于學生能適當記筆記，避免了學生容易產生視覺疲勞和抵觸情緒。
三、以解決問題為導向，引導學生探索學習
在當代高校教育改革中，以傳授知識為主要特征的傳統型教學正向以培養能力為主要特征的研究性教學轉變，探索性教學強調學習者主動探索的行為和創新實踐的精神，“教師為主導，學生為主題”是教學的規律，是“內因與外因”的關系問題。教學的過程應該緊緊圍繞充分調動學生主動思維的積極性來進行，有效的提高教學效率。
在課堂教學時，適當安排提問、討論以及解答環節，按課程中的重點和難點內容設置不同層次的問題，并以解決這些問題為導向，讓學生有足夠的時間參與課堂討論，引導學生去發現問題、思考問題，并尋求解決問題的方法。在設置問題時，應針對學生的特點來設置，盡量調動每個學生的積極性，以求學生與教師思維同步。課后提出一些問題，指定一定的參考資料，讓學有余力的學生通過查詢、閱讀和自學的方式自己去尋找答案，進行探究性學習，從而提高在綜合分析能力方面的素質。
例如在圓軸扭轉的相關學習時，根據課程的進度逐步提出問題：在金工實習時利用絲錐攻絲時，為什么老師要求用兩只手同時用力來完成攻絲?這個時候絲錐受外力情況如何?除了絲錐外還有哪些工程上的軸受到這種外力作用?(可以適當提示學生：開車的時候、實習開車床時等等，這種軸在機械中稱為傳動軸)絲錐的內力情況呢?絲錐會發生什么樣的破壞?破壞的原因是什么?那我們如何設計才能保證絲錐不被折斷?課后可以布置一些思考題：如果在攻絲的時候，只單手用力絲錐的受力情況如何?內力情況如何?在設計時該如何設計呢?(提示學生：絲錐的內力不止1個，另一個垂直于軸線的外力，大家可以先預習彎曲部分，所有布置給學生的問題都可以采用課堂提問、給出參考答案或討論課的形式來解決)為什么絲錐、方向盤軸的截面是圓形而不是矩形等其他形狀等等問題(對有余力的學生布置的)。
通過圍繞絲錐這種學生有感性認識的工程實際上的構件，在課堂上逐步提出問題，隨著課程的開展讓學生一步一步解決問題，既學習了扭轉相關的知識，也解決了一個工程構件的設計問題。這種以解決問題為導向的方式，讓學生帶著問題去學習去研究，圍繞這些問題積極思考和探究，活躍了課堂氣氛，在較好掌握知識的同時培養了學生去探索、去發現問題、解決問題的能力。通過課后布置的分級問題，讓學生進行研究性學習，對一些問題進行更深入地探討，同時也為下一章的學習提出了問題留下了懸念，以便學生進一步地學習探索。
四、結束語
通過教學實踐發現，以學生為主體、抓住兩條主線、以解決問題為導向的教學方式，不僅讓學生從“聽懂了”變為“掌握了”，而且調動了學生的學習主動性和積極性，提高學生學習、分析和解決工程實際問題的能力，對學生創新思維與創新能力的培養也有一定的幫助。從近幾年的教學實踐情況以及學生對本課程的課堂教學質量評分評定情況來看，該種教學改革嘗試獲得了大多數學生的認可，大部分同學的學習興趣更濃，學習的畏難情緒降低，成績得到普遍提高，教學效果良好。
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