现代教育体制下材料力学教学体系的改革初探

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1、现代教育体制下材料力学教学体系的改革初探作者：罗冬梅朱四光周应龙摘要本文结合现代教育的理念，从创新能力培养角度分析了传统的材料力学体系所面临的挑战，从教学内容的重组和更新上探讨了土木工程专业材料力学体系改革与创新的思路，分析了内容重组体系的特点，目前该方法正在第二轮教学活动中实施。关键词现代教育材料力学创新能力现代教育是以发挥人的创新精神和实践能力为宗旨的科学教育，是面向全体学生的教育、生动活泼的教育和以人为中心的教育。随着这种思想的深入，新知识、新课程不断增加，许多专业基础课的学时都受到冲击。材料力学就是其中一例。由于材料力学内

2、容丰富，专业要求侧重点各不相同，在教学内容的取舍方面很难有统一的标准，这就给力学教师处理教学内容的艺术性提出了更严格的要求。无论是面向哪个专业，原则上都要求材料力学课程必须融合学科自身发展的时代性、体现现代相关学科的交叉性、兼顾后续专业课程的连续性，对于该门少学时，多内容的课程，本文通过总结以往的教学方法和手段，提出了材料力学教学体系改革的一些设想，该设想正在土木工程专业的材料力学教学中实施。一、材料力学的特点和体系材料力学具有公式多、符号多、概念多的特点，理论性强，虽然各章节的内容相对独立、但研究方法及公式定理的推导方法类似，

3、各章习题的解题思路和步骤相对固定。现有的教材在内容安排上主要有两大类型，一类是以杆件的基本变形为主线展开内容［1］，重复较多，教学时数也多，一般要100个学时左右，而按新的教学体制，现在大多数学校工科材料力学的学时数只有60~80个左右。因此，很难将基本概念讲深、讲透，也不利于处理一般与特殊、分解与综合之间的关系，导致优秀学生的潜能得不到发挥，基础差的学生又跟不上教学进度，教学基本要求得不到保障。另一类内容体系［2］是将各基本变形拆散，按内力、应力、变形、强度、刚度体系编排，减少重复，学生可以在相同方法却不同变形形态中反

4、复练习材料力学的基本解题方法，对静力平衡方程、胡克定律和变形协调方程的运用有较深的认识，同时也对能量法求解弹性问题有一定的认识，加强了与后续课程的联系，能激发学生的主观能动性与学习兴趣，相对于第一类安排，具有内容紧凑、灵活性强、综合性好等特点，更能体现现代教育体系的思想。但处理不当，会产生内容零乱、连贯性差的错觉，所以，该体系的运用要求教师有丰富的教学经验并非常熟悉和了解相关知识，讲授过程中能把握材料力学的主题思想，做到形散而神不散。由于要求较高，目前还处于探索阶段。本文作者曾应用过上述两个体系讲授材料力学，从教学经验来看，两个体系

5、有几个共同的弊端：（一）虽然每种基本变形都必须利用试验现象找到变形特征和基本假设来推导应力公式，但现有的教学内容普遍偏重理论分析，缺少对试验方法、手段、规范等的介绍与实践，感性认识不强，学生感觉推导过程枯燥无味，难以接受得出的结论，只好生搬硬套，影响创新能力的发挥。（二）没有余力引入反映现代科技成果的新材料、新概念、新理论和新方法。致使学生的知识结构不能迅速适应现代建设的需要。（三）计算方法还停留在手算基础上，不能与现代计算方法、计算软件接轨，难于处理实践中较为复杂的计算问题，影响了该课程教学在实际应用中的深度。二、教学内容

6、的优化重组设想（一）优化重组原则。21世纪将进入信息化社会，社会分工日益精细化与协作化，科学发展高度交叉化与综合化，因此，对人才的培养提出了更高的要求。必须具备基础扎实、知识面宽、能力强、素质高四个特点。为了适应这种新的要求，人才模式的培养也应该定位为“知识——能力——素质”三位一体的素质教育。为此，材料力学的内容体系也应围绕这个主题，由注重知识传授向重视学生创新能力的培养方向转化。在材料力学内容的优选与安排上，主要遵循的原则是：①保持材料力学课程系统性强的特点；②加强与工程实践的结合，增大课程的信息量；③打破专业限制，增加现代

7、科学发展的新论点、新工艺、新方法，拓宽课程的知识范围；④在公式的推导、应用范围确定方面，尽可能地超前使用后续课程的预备知识，保持课程之间的连贯性和延续性。新的体系力求能够浓缩基础理论、加强试验教学、注重知识更新、提高计算能力。按照上述设想，材料力学教学内容分解为三个主要模块：基础理论模块、试验分析模块和数值计算模块，三个模块相辅相成，互相渗透，在交替讲授中不断强化和升级。（二）优化重组方法。具体做法是打破传统内容体系的编排方式，拆散为以“基础理论模块1（外力——内力与内力图分析，10学时左右）——试验分析模块1（基本变形的演示性

8、试验，2学时）——基础理论模块2（应力——变形公式的分析与推导，10学时）——试验分析模块2（材料的力学性能测试及应力计算的验证性试验、综合性试验等，8~10学时）——数值计算模块1（各种截面的几何性质的计算、基本变形及组合变形应力、