应用型人才培养下《材料力学》课程教学改革

周洪波　周勇　李荣华　丁跃浇

摘 要 本科院校《材料力学》课程以逻辑分析和理论推导为主，导致课堂氛围枯燥乏味，教学内容累赘，影响了课堂教学质量和效果。实施以“结合背景、结合软件、结合应用”为主要内容的《材料力学》课程教学改革，可以激发学生的学习兴趣，培养学生分析和解决问题的实践能力和创新意识。

关键词 《材料力学》课程 教学方法 教学模式

中图分类号：G642 文献标识码：A

《材料力学》是高等院校机械类专业的核心课程，是学习《机械设计》、《机械原理》、等后续课程的基础和工具。《材料力学》的重要性在于它反映了客观现实世界简单构件的变形与外载荷之间的关系，提供了构件强度、刚度和稳定性的分析方法。由此可见，《材料力学》既是人们认识自然的有力工具之一，也是人们能够直接联系实际的主要途径。然而，高校教师在《材料力学》教学中过多强调理论推导的重要性，淡化了该课程的实际应用，偏离了学习这门课程的主要教学目的，以致于许多工科学生，特别是地方高校以培养应用型人才为目标的工科学生在学习了《材料力学》这门课程之后，并没有体会到它的实际用处。因此，突出实践性已成为地方高校应用型人才培养课程教学改革的热点所在。

另外，计算机及计算方法的高速发展使数值计算成为物理研究中除实验、理论分析之外的第三种研究手段。一般的高级语言（如C语言、Fortran语言等）无法进行符号计算，且涉及大量重复、复杂的编程工作，对于一些既包含理论推导又包含数值计算的问题效率不高。这种情况下，Maple、Matlab和Mathcad等功能强大的现代化计算软件应运而生。其中Maple属于计算机代数系统，其友好的使用环境、超强的符号运算能力、高精度的数值计算技术、方便的图形处理和简洁高效的编辑功能，在力学的教学和科研中起到了重要的作用。

本文把《材料力学》和Maple的应用结合起来，通过Maple强大的符号运算和绘图功能，不仅可以方便的推导出《材料力学》中烦琐的计算公式，还能通过图像形象地展示公式的图像，使其变得形象直观、易于理解。这对于激发学生学习该门课程的兴趣，提高他们的逻辑思维能力和应用能力，开阔知识视野具有很大帮助。

1 《材料力学》课程教学现状和存在的问题

1.1 教学内容中理论分析和逻辑推导占了大部分内容，课堂枯燥乏味

《材料力学》课程要求掌握较扎实的《高等代数》的功底。如果教师只注重讲授基本概念、基本理论知识，较少讲解方程所反映的物理含义及实际工程问题中的关系模型建立方法以及方程本身的实际意义，将会使整个教学过程枯燥乏味。不能吸引学生主动学习，更不能让学生深刻理解求解材料力学中模型的建立过程，无法真正培养学生解决实际问题的实践能力和创新意识。

1.2教学内容累赘，教师不重视对学生的引导，影响课堂教学质量

《材料力学》教学内容具有较多的关联性和相似性，如杆、轴和梁内力的计算，这些内容的框架结构基本上是完全一致的。在教学过程中，如果教师不注重引导，总结这些内容之间的内在规律，学生很少能发现它们之间的联系，从而使学生在学习相关知识点时，不能够融会贯通，无法形成完整的知识体系，无法培养学生解决实际问题的能力。

1.3过度重视理论教学，缺少实际应用问题的分析

随着课程教学改革的深入，《材料力学》课程实际学时的减少和需讲授内容的增加之间形成了一对无法解决的矛盾。有教师便按照教学大纲中给出的学时上课，重点选择理论知识讲授，涉及到实际问题让学生自主学习。然而，实践过程发现，如果教师不讲解《材料力学》中涉及的实际问题，学生往往会认为这些内容不重要，很少主动地学习和思考，导致学生学习的知识既不扎实，也不能形成一个相对完整的体系。

2 《材料力学》课程教学改革策略

2.1教学方法和手段改革

《材料力学》作为机械类类专业的一门学科基础课程，由于课时数不多，教师在教学过程中较多注重理论知识的灌输，教学方法多采用传统教师讲授学生听课的单向课堂教学方式，这种方式不利于培养学生学习材料力学知识的兴趣。如果教师一味地追求进度，不能很好地处理教学内容的内在逻辑性，则会导致课堂上的教学信息量过大，所教的知识学生不能及时更新和理解，导致学生上完课后，脑子里依然一片空白。

改变传统的灌输式教学方法，虽然已经引起所有任课教师的重视，但具体的实施方法，还处在一个摸索的过程。对于以应用型人才培养为目标的地方高校，必须将理论课程教学与学生的工程应用能力培养有机的结合起来。美国神经病学教授霍华德所发明的“Problem-Based Learning”（简称“PBL”）教学方法对于将学生理论知识应用于工程实际，提高学生解决实际问题的能力具有重要的意义。这种“以问题为中心、以学生为主体、以教师为主导”的教学法能够充分发挥学生的主观能动性。据此，教师可以根据《材料力学》课程的教学目标，为每堂课的教学内容设计一些相关联的问题，学生可以围绕这些问题预习，教师在课堂上在针对这些问题进行讲解，帮助学生理清问题的逻辑关系。通过这样有计划（下转第80页）（上接第76页）有步骤地培养学生自主学习的习惯，从而最终取得良好的教学效果。

2.2根据内容相似性开展教学

在吃透教材内容的基础上，教师可以对教材中的一些章节内容进行灵活处理。比如，在讲授“杆拉压的内力”时，详细讲解内力求解截面法和内力正方向设定的重要性，对于后面章节介绍轴的内力时便可以让学生自行推导求证，这样，学生在理解梁的内力内容时就会更加容易。这样一来，就可以避免课堂教学中的重复，节省出很多课时，有效地缓解课程改革中学时数减少的问题。

在求杆件的内的应力时，也可以首先根据拉压杆详细的讲解如何利用静态平衡方程和几何方程来表达内力与应力的关系。这样，在学生掌握并深刻理解相关方法后，便可以对轴和梁应力计算进行自我推导和理解。另外，对于教材中的例题和习题也可以有选择性地讲解，可以日常生活中碰到问题提炼出一些习题并拿来讲解、分析，而不局限于教材中的内容，这样授课知识面的范围就大大扩充了，而且还能联系实际，有效地激发学生的学习兴趣。

2.3结合数学分析软件开展教学

在某些章节的教学计划完成后，应适当补充数学建模内容，让学生根据实际问题提炼出力学模型，然后根据相应的力学原理列出方程，如杆件的拉压、轴的扭转、梁的弯曲、甚至是构件的组合变形问题等。在对这些问题进行分析求解时，可以结合符号分析软件Maple列出这些问题的力学方程，然后用该软件进行方程的求解，学生只需要根据这些结果来判断所建立的模型是否正确，并解释一些特殊所产生的原因。采用这一教学过程，既避免了教师进行纯理论推导讲解的枯燥，也增强了学生的学习兴趣，有效地巩固了课堂上传授的理论知识。最主要的是学生能够利用所学的理论知识，通过有效的工具，对实际问题进行分析、求解和判断。这些对于学生今后的自我发展是非常重要的。

3结论

《材料力学》既是机械类专业的主干课程，也是许多其它理工科专业学生的一门重要基础课程。教师在开展具体教学时要切实理解“教学方法”应根据人才培养目标需要，不能照搬“985”、“211”学校的“教学模式”和“教学过程”。地方高校应用型人才培养应通过教学方法的创新引导学生发挥主观能动性，从而主动积极地学习。只有这样才能适应新时期大众化背景下对教育教学理念的新要求，才能更好地培养出有工程应用能力和工程创新意识的高级工程人才。

基金项目：湖南省教育科学“十二五”规划2011年项目；湖南省机电工程及控制大学生创新训练中心、湖南省机械类校企合作人才培养基地、湖南省机电工程虚拟仿真实验教学中心建设项目；湖南理工学院南湖学院2015年度教研教改项目。

参考文献

[1] 管靖，彭芳麟，胡静，等.数值计算与素质培养——理论力学教学改革取得突破性进展[J].大学物理，2002（10）.

[2] 李银山.Maple理论力学[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 魏敏.Maple10的特性及应用[J].黑龙江科技信息，2008（4）.