浅谈创客教育背景下《材料力学》教学改革

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1、浅谈创客教育背景下《材料力学》教学改革0引言　　自2013年《十二五国家自主创新能力建设规划》中提出要进行创新主体培育、创新能力建设至今，多个中央文件都强调了创新、创业对中国经济转型升级的重要性，提出要形成大众创业、万众创新的新态势。《中国制造2025》的9大任务之一就是要提高国家制造业创新能力。而创新能力提高的基础和前提在于培养具有创新精神的人才，培养具有工程思维的创客。特别是随着互联X和3D打印技术、各种开源软硬件平台的日益成熟，我国越来越多的高校将创客教育作为培养学生创新能力及创业能力的有效途径。

2、创客教育强调的是创新精神和综合运用知识的能力，关键是学生学习的主体性、实践性、深度参与性、连续性和完整性。对工科专业的教育者而言，创客精神与在实践中学习的教育思想，与卓越工程师培养计划的要求，以及与高等院校材料力学课程对学生的要求不谋而合。本文总结了在创客教育背景下浙江农林大学工程学院《材料力学》课程教学改革的实践经验。　　1课程教学改革的背景　　《材料力学》是工科类专业一门重要的专业基础课，为在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，设计既经济又安全的构件提供理论基础和计算方法，也是很多专业课程学习的基础

3、。尽管随着科技的进步，《材料力学》涵盖内容未能完全反映工程中的力学问题，但是材料力学仍是很多问题的力学基础，所学内容实用性强。目前，大部分学校非力学专业该课程的学时缩减为60学时左右，包括理论教学课时50个左右与实验课时10个左右。《材料力学》内容繁杂，概念多、公式多，计算复杂，学生普遍反映学习难度大，课上所学内容与工程应用较难结合。如何在有限课时内使学生掌握材料力学的理论知识，并用于工程实践，是《材料力学》课程教学中要面对和强调的问题，也是课程教学改革的目标。　　2课程教学改革的关键　　2.1培养学生

4、的主体性　　创客教育的教学理念中融合了体验教学、项目教学、创新教育以及DIY(Doityourself，简称DIY，自己动手做)等教学方法的精髓。这些教学方法都强调培养学生的自主学习能力，力求以学生为中心。学生当创客的过程中，也有可能会运用到力学、物理学，甚至人文艺术学科的知识。孔子云知之者不如好之者，好之者不如乐之者，只有真正乐之，才有学习动力。《材料力学》概念多，有些知识点相对抽象，学生理解起来有一定难度，要取得好的教学效果，必须先培养学生学习的主体性，激发学习兴趣。应用通俗生动的实例，尤其是日常生

5、活中众所周知的实例，不仅可以活跃课堂气氛，也有助于学生理解力学的基本概念。　　在绪论教学中，通过生动活泼的实例，让学生意识到材料力学离生活并不遥远，不仅仅在工程中有广泛的应用，更与日常生活息息相关。可通过引入以下问题，引发学生的思考，激发其学习兴趣。如提问学生，为何冬天低温状态下水管中水结冰会导致水管破裂，而冰却不破裂?为什么我们在剥鸡蛋时采用局部敲击的方式?杂技表演中咽喉顶枪是常见项目，为何表演者可以用咽喉这个脆弱的部位压弯甚至破坏顶枪?这些生动的案例，其实都贯穿着材料力学的知识点，如应力状态、脆性材

6、料的应力集中和压杆稳定等。　　自2009年起已成功举办6届的中国古建筑摄影大赛，其中一个奖项为匠心营造斗拱奖。将视角对准中国古建筑特有的细部结构斗拱，正是因为这一结构不仅具有极高的艺术美感，同时承载了载荷传递、抗震减灾的作用。而斗拱实际上是载荷分布合理、充分利用材料拉压受力状态的结构形式。悬索桥、斜拉桥的设计则是利用了超静定结构的承载能力。提问学生为什么树木的截面是圆形的，而竹子、麦秆的截面是环形的?进一步强调材料力学的基本任务在满足安全性、精确性的前提下，构件设计要经济，具有美感。这些生动的实例，对于

7、提高学生的学习兴趣和积极性大有裨益。　　2.2确保学习体系的连续性和完整性　　在《材料力学》的教学中，要尽可能理清完整的课程学习脉络。《材料力学》课程研究变形固体的强度、刚度和稳定性，分析在不同的外力条件(静载荷或动载荷作用)下，构件可能发生的拉伸、压缩与剪切、扭转、弯曲等基本变形及组合变形。常见的问题有强度校核、截面设计及确定许可载荷3大类。而解决问题的基本思路则是判断外载荷形式变形形式(应力计算)破坏形式(强度校核、截面设计)。教学内容上，除了上述基础知识外，可鼓励学生阅读教学参考书，学习弹塑性力学

8、、热应力、复合材料力学和有限元等材料力学的延伸拓展知识。　　要保证学生学习的连续性，教师在课堂学时安排上也要有所调整，将课堂时间进行合理划分为前课复习、新课导入、讲授新知识点和课堂小结等模块。前课复习环节，通过教师讲解或师生问答，对已经学过的知识点学而时习之、温故而知新。在新课导入环节要合理设计，从前课复习中自然导入，前后衔接。在学习过程中，引导学生贯彻伽利略提出的自然科学研究方法，即实验观察假说提出理论分析实验验证。尽可能使学生在学习的过