學(xué)科教育論文-現(xiàn)代教育體制下材料力學(xué)教學(xué)體系的改革初探.doc

學(xué)科教育論文-現(xiàn)代教育體制下材料力學(xué)教學(xué)體系的改革初探作者：羅冬梅朱四光周應(yīng)龍摘要本文結(jié)合現(xiàn)代教育的理念，從創(chuàng)新能力培養(yǎng)角度分析了傳統(tǒng)的材料力學(xué)體系所面臨的挑戰(zhàn)，從教學(xué)內(nèi)容的重組和更新上探討了土木工程專業(yè)材料力學(xué)體系改革與創(chuàng)新的思路，分析了內(nèi)容重組體系的特點，目前該方法正在第二輪教學(xué)關(guān)鍵詞現(xiàn)代教育材料力學(xué)創(chuàng)新能力現(xiàn)代教育是以發(fā)揮人的創(chuàng)新精神和實踐能力為宗旨的科學(xué)教育，是面向全體學(xué)生的教育、生動活潑的教育和以人為中心的教育。隨著這種思想的深入，新知識、新課程不斷增加，許多專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)時都受到?jīng)_擊。材料力學(xué)就是其中一例。由于材料力學(xué)內(nèi)容豐富，專業(yè)要求側(cè)重點各不相同，在教學(xué)內(nèi)容的取舍方面很難有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就給力學(xué)教師處理教學(xué)內(nèi)容的藝術(shù)性提出了更嚴(yán)格的要求。無論是面向哪個專業(yè)，原則上都要求材料力學(xué)課程必須融合學(xué)科自身發(fā)展的時代性、體現(xiàn)現(xiàn)代相關(guān)學(xué)科的交叉性、兼顧后續(xù)專業(yè)課程的連續(xù)性，對于該門少學(xué)時，多內(nèi)容的課程，本文通過總結(jié)以往的教學(xué)方法和手段，提出了材料力學(xué)教學(xué)體系改材料力學(xué)具有公式多、符號多、概念多的特點，理論性強，雖然各章節(jié)的內(nèi)容相對獨立、但研究方法及公式定理的推導(dǎo)方法類似，各章習(xí)題的解題思路和步驟相對固定?，F(xiàn)有的教材在內(nèi)容安排上主要有兩大類型，一類是以桿件的基本變形為1100個學(xué)時左右，而按新的教學(xué)體制，現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校工科材料力學(xué)的學(xué)時數(shù)只有6080個左右。因此，很難將基本概念講深、講透，也不利于處理一般與特殊、分解與綜合之間的關(guān)系，導(dǎo)致優(yōu)秀學(xué)生的潛能得不到發(fā)揮，基礎(chǔ)差的學(xué)生又跟不上教學(xué)進度，教2內(nèi)力、應(yīng)力、變形、強度、剛度體系編排，減少重復(fù)，學(xué)生可以在相同方法卻不同變形形態(tài)中反復(fù)練習(xí)材料力學(xué)的基本解題方法，對靜力平衡方程、胡克定律和變形協(xié)調(diào)方程的運用有較深的認(rèn)識，同時也對能量法求解彈性問題有一定的認(rèn)識，加強了與后續(xù)課程的聯(lián)系，能激發(fā)學(xué)生的主觀能動性與學(xué)習(xí)興趣，相對于第一類安排，具有內(nèi)容緊湊、靈活性強、綜合性好等特點，更能體現(xiàn)現(xiàn)代教育體系的思想。但處理不當(dāng)，會產(chǎn)生內(nèi)容零亂、連貫性差的錯覺，所以，該體系的運用要求教師有豐富的教學(xué)經(jīng)驗并非常熟悉和了解相關(guān)知識，講授過程中能把握材料力學(xué)的主題思想，做到形散而神不散。由于要求較高，目前還處于探索階段。本文作者曾應(yīng)用過上述兩個體系講授材料力學(xué)，從教學(xué)經(jīng)驗來看，兩個體系有幾個共同（一）雖然每種基本變形都必須利用試驗現(xiàn)象找到變形特征和基本假設(shè)來推導(dǎo)應(yīng)力公式，但現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容普遍偏重理論分析，缺少對試驗方法、手段、規(guī)范等的介紹與實踐，感性認(rèn)識不強，學(xué)生感覺推導(dǎo)過程枯燥無味，難以接受得出的結(jié)（二）沒有余力引入反映現(xiàn)代科技成果的新材料、新概念、新理論和新方法。致（三）計算方法還停留在手算基礎(chǔ)上，不能與現(xiàn)代計算方法、計算軟件接軌，難（一）優(yōu)化重組原則。21世紀(jì)將進入信息化社會，社會分工日益精細(xì)化與協(xié)作化，科學(xué)發(fā)展高度交叉化與綜合化，因此，對人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。必須具備基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高四個特點。為了適應(yīng)這種新的要求，人才模式的培養(yǎng)也應(yīng)該定位為“知識能力素質(zhì)”三位一體的素質(zhì)教育。為此，材料力學(xué)的內(nèi)容體系也應(yīng)圍繞這個主題，由注重知識傳授向重視學(xué)生創(chuàng)新在材料力學(xué)內(nèi)容的優(yōu)選與安排上，主要遵循的原則是：保持材料力學(xué)課程系統(tǒng)性強的特點；加強與工程實踐的結(jié)合，增大課程的信息量；打破專業(yè)限制，增加現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的新論點、新工藝、新方法，拓寬課程的知識范圍；在公式的推導(dǎo)、應(yīng)用范圍確定方面，盡可能地超前使用后續(xù)課程的預(yù)備知識，保持課程之間的連貫性和延續(xù)性。新的體系力求能夠濃縮基礎(chǔ)理論、加強試驗教學(xué)、注重按照上述設(shè)想，材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容分解為三個主要模塊：基礎(chǔ)理論模塊、試驗分析模塊和數(shù)值計算模塊，三個模塊相輔相成，互相滲透，在交替講授中不斷強化（二）優(yōu)化重組方法。具體做法是打破傳統(tǒng)內(nèi)容體系的編排方式，拆散為以“基礎(chǔ)理論模塊1（外力內(nèi)力與內(nèi)力圖分析，10學(xué)時左右）試驗分析模塊1（基本變形的演示性試驗，2學(xué)時）基礎(chǔ)理論模塊2（應(yīng)力變形公式的分析與推導(dǎo)，10學(xué)時）試驗分析模塊2（材料的力學(xué)性能測試及應(yīng)力計算的驗證性試驗、綜合性試驗等，810學(xué)時）數(shù)值計算模塊1（各種截面的幾何性質(zhì)的計算、基本變形及組合變形應(yīng)力、位移的數(shù)值計算及動態(tài)仿真等，20學(xué)時）基礎(chǔ)理論模塊3（強度、剛度穩(wěn)定性分析，1618學(xué)時）數(shù)值計算模塊2（綜合性計算的數(shù)值模擬及動畫顯示，4學(xué)時）”為主線，學(xué)時數(shù)在7074左右；以“用截面法計算內(nèi)力，用變形特點分析應(yīng)力分布規(guī)律、推導(dǎo)應(yīng)力公式；用胡克定律建立應(yīng)力與變形之間的關(guān)系；用許用應(yīng)力、許用位移的概念建立求解強度、剛度條件的模式；綜合基本變形的知識進行壓桿穩(wěn)定分析”為具體內(nèi)容，對各基本變形穿插講解，側(cè)重進行強度、剛度和穩(wěn)定性問題的綜合性計算，總結(jié)出材料力學(xué)研究問題的基本思路和解題方法。通過直觀的演示認(rèn)識性試驗和操作驗證性試驗，強化基本概念的掌握和理解，同時加強學(xué)生實驗意識，提高動手能力；通過編制一些簡單的有限元程序或直接利用有限元軟件訓(xùn)練一些實踐性（三）優(yōu)化重組特點?；A(chǔ)理論模塊依據(jù)“少而精”的教學(xué)指導(dǎo)思想，集中講述教學(xué)大綱所覆蓋的基本內(nèi)容，并注重經(jīng)典理論的更新，刪除一些已經(jīng)不再切合實際的理論，及時補充現(xiàn)代科技發(fā)展的新理論模型和新設(shè)計理念，強調(diào)從深度和廣度上掌握和理解基本概念。試驗分析模塊除了傳統(tǒng)的材料力學(xué)實驗內(nèi)容，集中12個學(xué)時在實驗室讓學(xué)生自己動手試做簡單的拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓桿失穩(wěn)、沖擊等基本變形試驗，再現(xiàn)基本變形的變形特征，比較各變形的差異，給學(xué)生正確利用變形特點分析應(yīng)力分布規(guī)律提供一個感性認(rèn)識，充分展示材料力學(xué)課程的實踐性；另外增加一個體外預(yù)應(yīng)力梁彎曲問題的綜合性實驗，加強材料力學(xué)與后續(xù)專業(yè)課程之間的聯(lián)系。數(shù)值計算模塊功能強大的有限元計算軟件不僅可以處理模型復(fù)雜、計算量大的例題演算，還能通過可視化界面模擬仿真一些難于理解的抽象概念和理論，如圣維南原理、孔洞附近的應(yīng)力集中、連接件的剪切和擠壓破壞等等。靈活多樣的教學(xué)內(nèi)容使學(xué)生既能抓住主線，在舉一反三的學(xué)習(xí)中深刻理解和消化基本概念，又能結(jié)合實際，突破經(jīng)驗和常規(guī)的束縛，培養(yǎng)思維（一）融合學(xué)科自身發(fā)展的時代性。材料力學(xué)自身有一套系統(tǒng)完整的內(nèi)容體系，因而容易使教師在長期的教學(xué)實踐過程中自覺不自覺地進入一種機械的教學(xué)活動中，拘泥于學(xué)科的系統(tǒng)性，不能給學(xué)生留出足夠的自由思維空間，抑制了學(xué)生的創(chuàng)造力。重組后的教學(xué)內(nèi)容體系通過直接利用試驗展現(xiàn)基本變形特征，利用計算機對抽象理論及復(fù)雜計算進行數(shù)值模擬和仿真，避免了枯燥無味的滿堂灌，可以理論聯(lián)系實際地對經(jīng)典基本內(nèi)容進行深入淺出的講解，即保持了原體系的完整性，又節(jié)約了課時，騰出時間及時滲透和引進現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成果，補充和完善經(jīng)典內(nèi)容，使之能夠與時俱進，富有新的時代氣息。例如在介紹材料的力學(xué)性質(zhì)一節(jié)時，課本上討論的最多的仍然是金屬材料，實際上自90年代以來，隨著人們認(rèn)識能力的提高和測試手段的現(xiàn)代化，材料科學(xué)迅猛發(fā)展，迅速成為21世紀(jì)與能源、信息并列的科學(xué)技術(shù)的三大支柱，金屬材料本身的發(fā)展也隨著使用要求的不斷提高以及加工工藝的不斷完善，性能得以大為改觀。現(xiàn)代工業(yè)一直青睞的鋼材因為自重大、抗腐能力差，逐步被新