材料力学课程案例教学的研究

张淑琴　马英忱　闫石　程兆刚　王凌英

[摘 要]案例教学是将材料力学理论与实际问题紧密结合的有效教学模式之一。在材料力学的教学中，案例教学是一种行之有效的方法，可以服务专业，弥补教材，激发兴趣。然而案例的收集和分析是一个经常性的工作，作为教员要思维敏捷，多关注生活、工程中的焦点问题，要多学习专业知识，找准武器装备课程中的相关问题，提炼适合材料力学课程的案例或实例，让材料力学课程的教学充满活力，这样才能让学员喜欢力学课程。实施好材料力学的案例教学还任重而道远。

[关键词]材料力学 案例教学

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）12-0159-02

材料力学课程是研究工程结构或机械的各组成部分正常工作条件下，所应满足强度、刚度和稳定性条件的一门专业技术基础课程，既是后续课程的重要理论基础，又可以直接解决一些基本的工程实际问题。在教学中如何提高教学效果，培养学员的工程意识和解决问题的综合能力，是教员一直努力的方向。本文首先分析材料力学教学的现状和案例教学的优势，然后结合课程内容，从生活、运动、工程、装备中选择案例或实例的做法。

一、材料力学教学的现状

（一）专业需求

作为专业基础课的材料力学课程教员，要树立基础服务专业的理念，有必要列举专业课中的实例进行分析，布置作业时也可以结合武器装备课程中的零部件，进行适当的强度、刚度和稳定性分析。这可以让学员直观感受到力学理论的实际应用，从而激发学员的学习兴趣，调动其学习的主动性。

（二）教材不足

我们的教学对象是从学校到学校的二年级大学生，没有任何工程背景和裝备知识，更谈不上经验，所以学习的理论和实际是脱节的，学员感到理论枯燥乏味，作为教员有责任将抽象的理论知识与工程实际问题有机地结合起来，还原教材中简图的实际原貌，使学员对力学知识的用途有更深层的认识，也有助于提高学员的力学建模能力。

（三）学习效果

学员目前完成作业的状态，主要停留在简单的套用公式上，因此学员觉得没有必要做，完成时也不认真，稍难一点就去找习题答案看，而不去动脑思考，有的学员甚至拿来抄，显然这很难达到巩固所学知识和方法的效果。作为教员有责任通过多种途径收集整理具体实际问题，供学员进行分析，真正达到举一反三的效果。

二、案例教学在材料力学教学中的重要性

案例教学近年来对我国的高校教学改革具有重要的推动作用，在很多课程的教学中都开展了案例教学。[1] [2] [3]材料力学的发展遵循着人类认识自然界的规律，从实践到理论，再回到实践，因此案例教学是将材料力学理论与实际紧密结合的有效教学形式之一。[4]

因具体案例本身有着实际的工程、生活背景，首先能够吸引学员的注意力，想要搞清楚事故的原因，学习也就由被动变主动了;然后建立力学模型，分析所需理论知识，听起来也就不再那么枯燥了;最后用理论定性或定量来分析事故的原因，学员也就会有一种出乎想象、原来如此的感受。学员从案例分析的过程中，不仅感受到材料力学理论不再抽象，真正做到系统掌握理论知识，达到灵活运用的教学目的，还可以从案例中吸取经验教训，逐步树立问题意识，养成思考习惯。

案例教学不仅激发学习兴趣，其分析也不再是停留在公式的简单套用上，而是要将实际问题抽象为力学模型，强调在实践中抓主要矛盾而略次要矛盾的思想，很好地弥补了教材例题和习题的不足。另外，案例的合理选择也可以服务于专业，所以说案例教学可以达到一举多得的效果。

三、材料力学案例的选择

（一）生活型案例

基本变形内容是材料力学课程中后续组合变形等内容的基础，讲完这部分内容后，可将空调外机支架的安全性问题分析布置给学员完成，让学员自己查找空调外机和支架坠落伤人的事件，提出问题，分析归纳原因，并给出分析报告。讲到压杆稳定时，请学员看银枪刺喉的视频，认真观察、思考其与所学内容的关系，建立力学模型并定性分析，理解杂技是一种精心设计的演出，其中包含一定的力学原理。

现在新闻中经常会报道司机由于酒驾造成的交通事故，为了让学员能有理性的认识，可列举2014年某市一司机酒后开车撞到人行道上碗口粗树上的案例，对保险杠的强度进行分析。

通过分析生活中的案例，学员体会到力学就在我们身边，从而逐步养成善于观察的习惯。例如有的学员就提出学术报告厅、教室里投影仪的悬挂构件的受力、变形、应力等问题。

（二）运动型案例

学员都是十八九岁的年轻人，喜欢运动和刺激，讲到动载荷时，播放2011年12月31日，津巴布韦一位蹦极者由于安全绳索断裂，坠入波涛汹涌的“鳄鱼河”中的视频，还有安全绳索未断但由于太长，蹦极者被鳄鱼咬掉头的视频，通过建立力学模型，分析事故的可能原因，课后请学员自己上网查找蹦极设施中绳索的要求和规格，理解蹦极时的注意事项。最后让学员选一项自己喜欢的项目，建立抽象力学模型，应用材料力学知识来做定性分析。

军校学员每天都要有一定的体能和军事训练，一些受伤时有发生。在400米障碍训练中，学员很容易腿受伤，列举医学上小腿骨折的三种类型：单纯性骨折、粉碎性骨折、开放性骨折，从强度不足的角度定性分析骨折原因，然后结合训练中的体会，从力学的角度总结科学训练的要点，为学员减少训练中的受伤提供一点帮助。

通过分析运动型案例，学员会感受到力学的魅力所在，也就更加喜欢力学。有的学员还可以还原教材上外伸梁受集中载荷的实例，正是每天都要训练的双杠，然后查阅资料进行分析，真正达到学以致用的效果。

（三）工程型案例

随着社会的发展，科学技术的进步，环境的保护，过去给人们带来方便的高大烟囱，由于烟尘的直排造成一定的环境污染，需要对废旧烟囱进行拆除。讲到动载荷内容时，播放国内外拆除烟囱的视频，请学员观察倒下过程，注意二次折断的现象，建立抽象力学模型，指出涉及的相关知识点，并定性分析其原因。

讲到提高梁弯曲强度措施时，列举某展览馆工程曾因梁内漏放附加的钢筋，承载能力不够，当附加荷载，比如隔墙的空心砖砌上后，梁上出现裂缝，引起砖墙裂损坍塌的案例，分析在钢筋混凝土梁中钢筋的关键作用和钢筋的合理配置，理解设计和施工中按照严格的规范要求去做的重要性，否则就会酿成严重事故。

近两年学院内先后进行了训练中心、综合教学楼和学员宿舍楼的建设，一些施工设备就在工地，如打桩机、脚手架、塔吊等，是学员很好的学习机会。我们和工地负责人联系，在保证安全的情况下，带领学员到现场参观，请工程技术人员介绍一些和力学相关的结构和设备的特点及施工时的注意事项，学员感受到了力学的广泛应用，也对施工人员充满了敬意，结束后要求学员在学习的过程中自行选择一个相关题目进行建模分析。

（四）装备型案例

材料力学课程开设在大学二年级，学员没有专业背景，但二年级学员在新生军训时都打过枪，因此列举部队射击训练或试验中，弹壳、击针出现的实际现象分析。比如讲拉压变形时，分析弹壳出现横断的原因;讲应力状态时，分析弹壳纵裂、炸壳的原因;讲动载荷和稳定性时，分析击针出现折断或弯曲变形的原因。

结合装备热点问题，收集相关例子分析。比如，2012年11月23日，舰载机飞行员驾驶国产歼-15舰载机首次成功降落航空母舰“辽宁舰”，标志着我军突破了滑跃起飞、阻拦着舰等飞行的关键技术。着舰时舰载机的拦阻钩连杆作为其中的主要承力构件，需要有足够的强度，因此讲到组合变形时，请学员观察图片，分析连杆的受力，推测连杆横截面的形状，课后请学员查阅资料，和实际的拦阻钩连杆进行对比分析，理解设计的理论依据。

根据教学进度和学员的专业，和专业教研室联系，带领学员参观相关专修室，有针对性地观察零部件，比如观察履带板的构造和连接，并特别提醒学员注意有的履带板中有橡胶衬套，有的则没有。这样讲到剪切与挤压变形，分析连接履带板的履带销的剪切和挤压问题时，学员就有直观认识，更容易理解。讲到扭转变形时，在学员理解圆轴扭转的强度、刚度分析后，请学员分析履带板中橡胶衬套的变形，从结构和受力分析中看到与所学的圆轴扭转问题不同，因此不能运用所学结论，这时引导学员重新从方法的源头上分析，通过观察变形，提出假设，然后建立几何关系、物理关系、静力关系，请学员自行推导应力和扭转角的计算公式。从这些例子的分析中，学员切实体会到学会知识很重要，掌握分析方法更重要。

四、结语

在材料力学的教学中，案例教学是一种行之有效的方法，可以服务专业，补充教材，激发兴趣。然而案例的收集和分析是一个经常性的工作，作为教员要思维敏捷，多关注生活、工程中的焦点问题，要多学习专业知识，找准武器装备课程中的相关问题，提炼适合材料力学课程的案例或实例，让材料力学课程的教学充满活力，这样才能让学员喜欢力学课程。

[ 注 释 ]

[1] 窦庆峰.结合案例式教学培养学生工程实践能力[J].科教文汇，2009（12）：7.

[2] 郝俊才，赵春香，盖芳芳.土木工程专业材料力学案例教材的编写方法探讨[J].价值工程，2013（23）：234-235.

[3] 金晓怡.机械设计课程案例教學的研究与实践[J].机械制造与自动化，2011（3）：73-76.

[4] 李锋.反思案例，激励创新[J].中国校外教育（理论），2009（1）：65，46.

[责任编辑：钟 岚]