土木工程专业材料力学教学改革的思考★

梁旭黎 司京欣

(1.石家庄经济学院勘查技术与工程学院，河北石家庄 050031; 2.中国人民解放军93484部队，北京 100006)

0 引言

材料力学作为土木工程专业的专业基础课，在整个课程体系里占据着十分重要的地位。我校土木工程专业是在原水文地质工程地质专业的基础上发展起来的，通过教学学习，学生应具有工程构件强度、刚度和稳定性的基本概念及计算能力，并运用材料力学的基本知识来分析和计算后续专业课程所涉及到的力学问题，从而体现专业特色，为毕业生更好地适应社会发展，从事相关专业的研究和工作奠定基础。

结合笔者这几年的教授材料力学课程的经验，为了达到更好的授课效果，从以下几个方面进行了教学改革。

1 做好与先前所学过的力学知识进行衔接

材料力学中的某些知识已在中学物理里的力学和大学里的先修课程理论力学涉及到，例如平衡、力、力偶等，这些概念在材料力学中已经有了新的内涵，这时在讲解新的内容点时必须注意与以往知识点进行衔接并引申。例如，在讲解扭矩、弯矩时，首先强调它们的单位与力偶的单位一致，但要与之前所讲授过的力偶的定义相区别，不论扭矩还是弯矩，它们都是用假象截面截开受力物体后暴露出的内力偶，这样学生就可以明白内力与外力的区别与联系，再遇到扭矩、弯矩问题时，就不会与理论力学中的力偶的定义——大小相等、方向相反、不作用在同一直线上的两个力所组成的特殊力系僵硬的联系起来，然后再强调，力偶的作用效应是使物体发生转动，弯矩和扭矩虽然都是内力，但它们会使物体绕着不同的坐标轴发生转动，此时通过建立空间坐标系，明确二者将会使物体绕着哪根坐标轴转动，由此强调它们的作用效应，使学生牢牢地掌握住了弯矩、扭矩的概念。再例如，为了强调材料力学是研究物体受力后发生微小变形的课程，它的研究对象与理论力学的研究对象——刚体有了本质的不同，这时可以举悬臂梁受集中力的例子，让学生们自己分析后明确不同课程里由于把相同的受力体看作是不同的研究对象，最终导致它们的受力分析结果是不同的，表现为受力后内效应不同。

通过与已有知识的衔接，引入了新的知识点，并强调了新老知识点之间的区别与联系，培养了学生通过已有知识学习新知识内容的能力。

2 加强与专业课程的联系，激发学生的学习热情

土木工程专业具有实践性强的特点，作为专业基础课的材料力学应当在教学过程中体现理论知识能为实际问题的解决提供指导的作用，这样才能吸引学生听讲，发挥其主观能动性。在教学中，如果不能有效的使教学内容与实践联系，学生学起来就会很迷茫，不能明确学习的目的，从而产生思想懈怠甚至厌学的情绪，不利于课程的进行，因此必须加强课程与实践问题的联系，通过初步引入后续专业课程里所涉及到的材料力学内容，引导学生试着解决工程实际问题，从而使他们对学习越来越有兴趣，自觉自愿地参与到材料力学的学习中，勤于思考并与教师良好互动。例如，土木工程专业课程水力学中，在求解闸门上所受到静止流体总压力的大小时要用到截面的惯性矩，材料力学在介绍惯性矩的概念时，给出了不同形状截面的惯性矩的计算式，根据笔者的经验，从惯性矩概念的引出到惯性矩的计算式的给出往往要用一节课的时间，等到真正用到惯性矩进行计算时，很多学生脑子里一片空白，甚至回想不起来它的概念，其原因有学生掌握基础知识不扎实，也是教师未能将基本概念与后续专业课程的应用相联系的结果。因此，在讲授这些基本概念时，非常有必要给学生交代这些知识会用于今后课程或实际工作中的哪些方面，加强他们的概念理解能力。

还有，在基础工程课程中，计算作用于基底面弯矩时用到截面的抗弯模量值，材料力学中给出矩形截面的抗弯模量的计算公式为和h分别为矩形截面两个方向的尺寸。在应用材料力学知识解决该问题时，不能生搬硬套公式，必须结合基础上所受的荷载形式来确定b和h的值，比如，对于仅受竖向荷载作用时，基础的短边为h，当有弯矩作用时，h为力矩作用方向的基础底面边长，如果不能明确谁是b谁是h就盲目代入公式，必然在实际应用中带来错误。这些问题看似是专业课程的知识，但细想，它们就是材料力学的实际应用问题。在材料力学课程的讲授过程中，如果结合建筑物的基础模型进行讲解，不仅能将材料力学与土木工程专业知识结合起来，还能为学生将来顺畅地接受专业课程知识打下基础，培养了学生处理工程实际问题的能力。

此外，值得一提的是，我国已经从2002年开始了注册土木工程师的执业资格考试，作为土木工程专业的学生今后若想从事土木工程方面的研究和工作，取得执业资格证是十分必要的。该考试的基础考试部分要考材料力学，专业考试部分，如基础工程、基坑工程等均涉及材料力学知识，因此更要向学生强调材料力学课程的重要性，激发学生的学习热情。

3 改进教学手段，突出教学重点

在以往的材料力学教学中，主要采用板书的教学手段，该种教学手段的优点是可以使学生的注意力集中，通过带领学生在黑板上推导公式，使学生更加明确公式的由来，便于理解。但是这种教学手段也有局限性，一些抽象的力学模型由于受到手画图形或时间限制，不能更好的展现出来，因此需要借助多媒体的教学手段。可以采用CAI课件，以图片或动画的形式展示力学模型，给学生以直观形象的认识，可以有效地帮助学生理解材料力学的知识。比如在介绍杆件的弯曲变形时，为了讲解中性层、中性轴、曲率半径等概念，连写带画，进行了由表及里的推导，浪费了很多课时，学生听起来也很费劲，通过多媒体课件的演示，既形象生动，又可以使学生一目了然地看到了变形情况，较轻松地理解了杆件在弯曲时的变形规律，为接下来教授弯曲应力公式做好了铺垫。值得注意的是，切不可一味的依赖多媒体教学手段，在实际教学中发现，如果在整堂课程的教学中始终运用多媒体课件，学生易产生观看疲劳，不能长时间的精神集中，特别是用多媒体课件进行公式推导效果较差，虽然教师可以节省在黑板上的书写时间，幻灯片上打出的公式也比较整洁美观，但与学生沟通后发现，整页打出来的公式对于大部分人来说，尽管在老师的讲解带领下，也不如板书逐一推导出来的理解效果好，因此总结出来，根据材料力学的课程特点，材料力学课程内容中公式众多，而且每一个公式都有它的推导条件，在公式应用时这些推导条件就变成了公式的应用条件，同时，材料力学课程上也更需要将某些抽象的力学模型形象地展示出来，因此，在教学中，必须将板书与多媒体这两种教学手段相结合，要以板书为主，多媒体为辅，当进行公式的导出时，尽量以板书形式进行推导，当演示力学模型及受力变形特点时，要借助多媒体的教学手段，从而达到突出教学重点，节省时间的目的。

4 加强实验教学，培养学生的动手能力

实验教学的目的，除配合理论教学外，主要是培养学生的动手能力。学生在得到了第一手感性材料后，再经教师启发和讲授，学习积极性和效果会明显提高。我校于2006年在原有材料力学实验室的基础上，引入了600 kN的液压万能试验机，300 kN的电子万能试验机和1 000 N·m的电子扭转试验机，丰富了教学试验内容。新引进的试验设备，使得材料力学的教学更加直观，通过试验可使学生的理解能力大大加强。试验开始之前，为了增强学生的动手能力，让他们亲自触摸试验机、理解试验机结构，在教师指导下，可以通过拆卸可以拆卸的部分，如夹具、试验机外壳等，更加深入地了解试验机的构造。在实验过程中，让学生不能仅满足于实验现象的观察，有的学生看见试验机绘制了应力应变曲线，将试件拉断、扭断即感到完成了实验课程，这时，要引导学生进行实验现象的分析，分析断裂面的发生位置、进行压缩试验时试验机停止的原因等等，此外，还要求学生进行实验误差分析，使得课程内容饱满，上完实验课后，学生也会觉得真实地参与到工程实践中了，达到了实验课程的教学目的。

5 结语

通过教学方法的改进，激发了学生的学习兴趣，使学生们明确了材料力学课程与先前力学知识及后续专业课程的关系与联系，设定了学习目标，而课堂上实际工程例子的讲解，让学生不仅牢固掌握了材料力学知识内容，还逐渐了解了今后将要学习的专业课程以及工作中将会遇到的力学问题。通过教学还培养了学生勤于观察、思考的思维模式，为今后走向工作岗位、适应社会需要打下坚实的专业基础。

［1］ 孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［2］ 高富强，侯爱军.《材料力学》教学改革的探索与实践［J］.企业技术开发，2010，29(17)：136-137.

［3］ 孙立红，吴云鹏，郝俊才.材料力学教学改革的方法和实践 ［J］.鸡西大学学报，2002，2(3)：17-18.