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试论应用型本科院校《材料力学》课程教学问题探讨论文
材料力学是固体力学的一个分支，是机械类等工科专业由基础课过渡到专业课的一门技术基础课。材料力学以构件能正常工作所需的强度、刚度和稳定性问题为核心，研究了构件的拉压、剪切、扭转和弯曲等四种基本变形以及组合变形形式。该课程在教学中起到承上启下的作用，一些基本概念和定理与高等数学、理论力学等前序课程密切相关，又是机械设计基础、机械设计、机械优化设计和模具设计等课程的理论基础。因此学习这门课程既可以解决一些简单工程实际问题，同时又为后续有关课程和其他相关的科学技术提供必要的理论基础。
应用型本科重在“应用”二字，但并不意味着学生只是会机械地掌握知识的应用和一些操作技能，而是通过全面提高教学水平来培养学生探索问题、解决问题和创新地应用知识的能力，使其成为具有较强社会适应能力和竞争能力的高素质应用型人才，这对我们这些应用型本科院校的教师提出了更高的要求。笔者所在的佛山科学技术学院是一所具有硕士点授权的应用型本科大学，根据机械类专业的特点和应用型本科院校的办学要求，以及笔者多年从事该课程的教学经验，对材料力学课程的教学提出一些教学改革尝试，并取得了较好的教学效果。具体的做法如下：
一、选择合适的教材，结合后续课程合理安排教学内容
材料力学课程内容丰富，公式多，理论概念性强，有些还比较抽象，学生的工程实际概念和经验较少，在分析问题和求解时方法技巧性要求高，学生难于理解，而且与先修的高等数学和理论力学课联系紧密，学生普遍感觉难学，学习的积极性和兴趣普遍不高。
应用型本科院校指以应用型为办学定位，现阶段应用型大学一般包括所有的本科第二批、本科第三批院校。与研究型大学的学生相比，应用型本科院校的学生理论知识比较薄弱，特别是在数学、物理和力学等基础学科方面，而且其就业方向主要从事工程应用而不是科学研究。
针对本课程理论概念性强、方法技巧性要求高，以及应用型本科院校的办学要求，结合机械专业和学生的具体特点，以及多年来学生在学习时出现的一些常见问题，对教材进行了重新选取，并对课程内容进行了调整和重新安排。
1.选择合适的教材，指定适量的课外辅导书
我们原来一直选用刘鸿文主编的《材料力学(Ⅰ)》作为本专业的教材，该教材是材料力学课程的经典教材，很多研究型大学都选用该教材，对于应用型本科院校的学生来说，普遍反映该教材理论内容太多，理解、自学比较困难。针对这种情况，从2012年开始选用了华中科技大学出版社出版的少学时《材料力学》教材，该教材主要面向应用型本科大学的教学，针对现行的一些经典教材中较强调理论推导的特点，对一些相关的理论的推导及延伸进行了简化，重点突出理论本身理解以及工程实际应用。自从采用该教材教学后，学生反映教学效果良好，学生对教材的评价从原来的平均88分到现在的平均92分左右。同时指定适量的课外辅导书，以供进一步提高和学有余力的学生参考。
2.结合后续课程，合理安排教学内容
在授课学时大量削减，课堂信息量要求不断增加的新形式下，加强材料力学与理论力学、机械设计以及模具设计等课程的接轨，精练理论部分，对重点例题详细解答，使学生对课程的系统性和课程内容之间的关系有更明确的认识。坚持“理论教学、实验教学、计算机分析”相结合，特别是利用计算机软件的分析功能，让学生对构件进行分析，提高学生分析和解决问题的综合能力。
在教学内容安排上面，重理论知识的讲解及应用，轻理论的推导及延伸。例如：在扭转部分推导圆轴扭转时横截面的切应力计算公式时，1)着重强调已知内力求应力，由于不知道应力在横截面的分布情况，因此属于静不定问题，要结合静力平衡方程和补充方程来求解;2)补充方程是通过实验、观察变形、提出假设，最后利用变形和应力之间的关系而建立的，是在实验和假设的基础上得到，进一步强调材料力学是一门实验科学;3)通过例题的讲解来说明其工程应用和使用的限制。这种解决问题的方法和过程不仅是材料力学解决问题的方式，也是解决类似工程问题的一种方法，不强调涉及到的许多数学公式推导，避开了学生数学等基础知识比较薄弱、理解困难甚至放弃学习的难题。
对于机械类本科专业来说，理论力学是材料力学的基础。由于笔者所在的机电工程系，理论力学和材料力学课程教学的老师都是机械类专业的教师，因此我们可以根据学生在材料力学学习中遇到的问题和理论力学的老师一起协调教学内容，例如与理论力学老师协商加强平面任意力系和空间力系的教学和训练，并且可以将2门课程中有些说法不一致的地方统一起来，这样就减少了学生在学习时的一些困惑和难度。
同时，材料力学是机械设计、机械设计课程设计和模具设计等课程的理论基础，而且机械设计和机械设计课程设计是机械类专业的必修的专业基础课和实践环节。笔者也担任模具设计课程的教学工作和机械设计课程设计的指导工作，对机械专业后续课程的教学要求和涉及到的本课程的理论知识比较熟悉，因此在根据本专业的特点来选取教学内容和重点，以及提出一些利用本课程能解决的工程实际问题上面具有一定的优势。
例如针对机械设计中三大类基本零件之一轴的设计，在教学内容顺序扭转弯曲弯扭组合变形分别说明轴的设计如何应用到了本课程相关的知识点：1)只受扭矩作用的传动轴的设计，利用扭矩知识解决;2)只受弯矩作用的心轴，利用弯曲知识进行设计;3)受弯扭组合变形的转轴设计，说明在机械课程设计中按扭矩初算轴径，完成结构设计，再按照弯扭组合变形知识进行校核。采用这种方式，不仅将一些相对枯燥的理论知识应用到解决实际工程问题，提高了学生利用理论知识分析问题解决问题的能力，激发了学生的学习热情和兴趣，而且和后续课程的学习紧密地联系起来。
二、抓住两条主线，合理应用多媒体教学
1.抓住两条主线，组织课堂教学
在课堂教学的组织安排时，注重抓住材料力学的两条主线：1)外力截面法求内力应力(应力分析和强度条件)，2)外力变形应变(应变分析和刚度条件)，而在材料力学里面要建立内力和变形，应力和应变之间联系的惟一途径胡克定律，对内力和变形、应力和应变分别从宏观和微观层面上的说明，并从第1章绪论开始到第7章弯曲变形为止，反复将图1展示给学生，让学生对材料力学的组织构成以及相互之间的关系有一个比较清晰的概念，通过这种形式将各个分散的变形形式如轴向拉压、扭转、弯曲等通过内力、应力、变形和应变建立起联系，解决了材料力学概念多、分散而杂乱的问题，有助于学生对教学内容有一个比较清晰的、提纲性的认识，便于更好地理解和学习本课程的教学内容。
2.多媒体与板书相结合，合理利用多媒体教学
随着计算机技术的发展，利用多媒体技术可以将一些抽象概念、复杂的空间关系、语言难以描述的内容生动而深刻地演示出来，有利于知识的理解，这些利用传统的板书是不可能实现的，因此多媒体教学越来越多地应用到教学实践中。
在材料力学的多媒体教学中，以动画、图片、文字和录像等丰富的教学资源，例如利用动画来模拟杆件的变形和进行实验，利用图片、动画或录像来展示一些工程实际问题;在梁的弯曲内力支座简化，通过许多工程实例(变速箱里的轴、火车的车轮轴、工厂车间中的行车等等)的支座简化来进行讲解和说明，将学生从被动接受型的模式中解放出来，增加了学生的感性认识，通过播放PPT解决了本课程概念多、理论性强、数学推导、计算烦琐等板书费时的问题，提高了教学的进度和效率，为学时缩减的情况下增加信息量提供了保证。
通过对学生的调查和学习效果的评估，我们发现在材料力学的教学中不能过分的依赖多媒体教学，应强调板书和多媒体相结合，应根据课程特点分析哪些内容适合用多媒体，哪些内容适合进行板书，具体知识的讲解时，如何进行配合使用。例如在讲解画内力图的相关知识时，可以通过在PPT上给出题目以及外力的分析、外力的求解，在黑板上通过板书的方式画出内力图，这样不但利用了多媒体传递信息量大的优势，同时也便于学生能适当记笔记，避免了学生容易产生视觉疲劳和抵触情绪。
三、以解决问题为导向，引导学生探索学习
在当代高校教育改革中，以传授知识为主要特征的传统型教学正向以培养能力为主要特征的研究性教学转变，探索性教学强调学习者主动探索的行为和创新实践的精神，“教师为主导，学生为主题”是教学的规律，是“内因与外因”的关系问题。教学的过程应该紧紧围绕充分调动学生主动思维的积极性来进行，有效的提高教学效率。
在课堂教学时，适当安排提问、讨论以及解答环节，按课程中的重点和难点内容设置不同层次的问题，并以解决这些问题为导向，让学生有足够的时间参与课堂讨论，引导学生去发现问题、思考问题，并寻求解决问题的方法。在设置问题时，应针对学生的特点来设置，尽量调动每个学生的积极性，以求学生与教师思维同步。课后提出一些问题，指定一定的参考资料，让学有余力的学生通过查询、阅读和自学的方式自己去寻找答案，进行探究性学习，从而提高在综合分析能力方面的素质。
例如在圆轴扭转的相关学习时，根据课程的进度逐步提出问题：在金工实习时利用丝锥攻丝时，为什么老师要求用两只手同时用力来完成攻丝?这个时候丝锥受外力情况如何?除了丝锥外还有哪些工程上的轴受到这种外力作用?(可以适当提示学生：开车的时候、实习开车床时等等，这种轴在机械中称为传动轴)丝锥的内力情况呢?丝锥会发生什么样的破坏?破坏的原因是什么?那我们如何设计才能保证丝锥不被折断?课后可以布置一些思考题：如果在攻丝的时候，只单手用力丝锥的受力情况如何?内力情况如何?在设计时该如何设计呢?(提示学生：丝锥的内力不止1个，另一个垂直于轴线的外力，大家可以先预习弯曲部分，所有布置给学生的问题都可以采用课堂提问、给出参考答案或讨论课的形式来解决)为什么丝锥、方向盘轴的截面是圆形而不是矩形等其他形状等等问题(对有余力的学生布置的)。
通过围绕丝锥这种学生有感性认识的工程实际上的构件，在课堂上逐步提出问题，随着课程的开展让学生一步一步解决问题，既学习了扭转相关的知识，也解决了一个工程构件的设计问题。这种以解决问题为导向的方式，让学生带着问题去学习去研究，围绕这些问题积极思考和探究，活跃了课堂气氛，在较好掌握知识的同时培养了学生去探索、去发现问题、解决问题的能力。通过课后布置的分级问题，让学生进行研究性学习，对一些问题进行更深入地探讨，同时也为下一章的学习提出了问题留下了悬念，以便学生进一步地学习探索。
四、结束语
通过教学实践发现，以学生为主体、抓住两条主线、以解决问题为导向的教学方式，不仅让学生从“听懂了”变为“掌握了”，而且调动了学生的学习主动性和积极性，提高学生学习、分析和解决工程实际问题的能力，对学生创新思维与创新能力的培养也有一定的帮助。从近几年的教学实践情况以及学生对本课程的课堂教学质量评分评定情况来看，该种教学改革尝试获得了大多数学生的认可，大部分同学的学习兴趣更浓，学习的畏难情绪降低，成绩得到普遍提高，教学效果良好。
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