郑 丽
天水师范学院机电与汽车工程学院 甘肃天水 741000
材料力学是机械工程类工科专业的一门主要技术基础课程,主要研究构件在轴向拉压、扭转、弯曲等基本变形以及组合变形时的承载能力,即杆件的强度、刚度以及稳定性问题,在应用型人才培养中有着承前启后的作用。材料力学以高等数学、理论力学等先修课程的基本概念与理论为平台,解决工程实践中的一些力学问题,为后续专业技术类课程奠定必要的理论基础。
应用型人才要能应用所学理论知识和技能解决实际生产中的工程问题,且为地方经济服务。这其中的关键是注重学生实践能力的培养,从教学体系建设中凸显“应用”两字,将课程的实践教学作为核心环节[1]。这就对应用型本科教学提出了更高的要求,教授理论知识的同时,更要培养学生实践应用的能力。以天水师范学院机械工程类专业为例,结合应用型人才培养要求与专业特点,讨论材料力学课程教学中的矛盾与问题,探索更适应于实践能力培养的教学方法。
材料力学是机械类专业的重要支柱课程之一,理论性较强,又兼具工程实践性。应用型本科人才培养目标定位于“注重实践能力”培养,致使传统材料力学课程的教学与应用型本科教学要求出现了矛盾及一些根本问题。
应用型人才培养下的课程体系建设强调学生实践能力的培养,在有限的学时下,提升实践教学比例,压缩理论教学时数。以天水师范学院机械专业为例,材料力学课程的教学时数缩为72学时,既要完成理论知识的传授,又要培养学生解决问题的应用能力。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明显比较薄弱,特别是在数学、物理和力学等基础学科方面[2],而材料力学课程抽象概念理论多,分析解决问题技巧性高,致使教师在理论教学中常常感到学时不够,学生普遍感觉学习困难。
高校教师大都是硕士或博士毕业后直接进入到教师队伍中,基本素质好,具有很好的科研能力,但是这些青年教师都是出“校门”又进“校门”,几乎没有什么工程实践经历[3],在教学中往往注重理论知识的完整性和系统性,偏于理论推导,忽略了课程的应用性,理论教学与工程实践应用结合困难,严重制约学生的学习积极性和实践能力的提升。
传统教学大多为“填鸭式”,在学时有限、教学知识广的背景下,教学以教师主动讲、学生被动听为主,以板书或PPT为手段,基本实现上课“满堂灌”与下课“满负荷”作业的模式,致使学生学习被动消极,课堂气氛死板,作业抄袭严重,出现了“课内一听就懂,课外一练就懵”的现象,极不利于课程教学。
在授课课时消减、课堂信息量增多的背景下,为了达到材料力学课程教学理论与实践并重的教学要求,从应用型人才培养规格出发,综合考虑材料力学与理论力学,机械设计等课程承前启后的关系,以“实用、够用”为原则,对材料力学的教学内容进行精简整合,简化理论推导,突出理论理解及其工程应用。将材料力学研究的轴向拉压、扭转、弯曲等基本变形及组合变形问题分别设为单独的学习模块,抓住知识的共性逻辑关系,帮助学生构建学习主线。每个学习模块(即一种变形)都是以“外力分析—内力分析—应力分析(强度问题)—变形分析(刚度问题)—应变能”为主线贯穿于全篇的学习,帮助学生厘清学习任务,做到有目的性的学习。不同的变形教学模块间注重知识点间的对比,找出异同点,加深对理论知识的理解。以强度应力公式为例,拉压正应力 ;扭转切应力 ;弯曲正应力 ,虽然意义和形式有所不同,但却都表示了应力与内力、截面之间的关系,不同的变形,内力和截面属性表示不同,只要区别变形形式,记忆应用公式就变得简单多了,大大降低学习的盲目性和难度,提高了学习效率。
应用型本科院校学生的就业以主要从事工程应用为主,应重视实践能力的培养。材料力学作为一门实践应用性较强的技术基础课,理论与实践并重,要培养学生发现问题、解决问题及创新应用的能力。教学中,一方面,注重理论教学与实验教学的配合,课内上完一章后,及时展开对应实验教学,在演示验证理论的同时,培养学生的实践动手能力,加深理论知识的融会贯通,例如扭转变形学习后,以低碳钢和灰铸铁为典型代表材料,开展验证性扭转实验,从扭断截面、变形、测定应力参数等说明强度及刚度问题,理论实践相统一;另一方面,在课堂教学中,可以引入一些简单的工程实例,激发学生的学习兴趣,促进主动学习,化抽象概念为具体,发挥理论指导实践的作用。例如,在讨论梁弯曲的静不定问题时,可以以金工实习中被车床车削加工的锤柄为例,回顾学生亲身经历过车削过程,逐步提问:锤柄要收到哪些力?哪些是主动力,哪些是约束力?为什么要将锤柄牢牢固定在三爪卡盘上?怎样计算锤柄的内力,判断其是否安全?这种以学生有感性认识的杆件为例,问题引导的教学方式,随课程的学习,逐步解决了问题,既学习了理论知识,又锻炼了解决应用问题的能力,改变了以往沉闷的教学气氛,有助于课程教学。课后还可以分层布置问题,深入探讨,让学生进行研究性学习,有助于因材施教及创新能力的培养。
材料力学课堂大多是“教师为主体”的授课,这种授课方式下,学生只是被动听课,严重制约学生学习主动性和创造性,因此,转换教学主体地位,以教与学互为主体,创造学习课堂很有必要。“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,有效地提高教学效率[4]。利用网络信息化技术,将微视频,构件变形动态动画,图片及录像等丰富的教学资源引入课堂,抽象问题具体化,提升了教学进度和学习效率,增强了课堂吸引力。
作为一门实践应用较强的课程,传统的以期末考试分数为核心的考核方式是无法评定出学生实践应用能力的高低的,因此建立与人才培养规格相适应的多样化课程考核机制是非常有必要的。对材料力学课程的考核尝试综合能力的考评,由平时成绩、期末考试成绩以及工程应用能力三部分组成:其中平时成绩考核查上课出勤、作业完成情况、课堂回答及实验等环节,占15%;期末考试成绩考核基本知识点的掌握,占60%;工程应用能力考核学生实践应用能力,以典型工程构件为例,解决具体力学问题,提出设计方案或论文,组织2~3名教师答辩给出成绩,占25%。这样多样化的考核机制有助于学生理论与实践知识的融合,培养学生发现问题、解决问题的实践应用能力。
天水师范学院作为一所应用型本科地方院校,将培养规格定位于面向生产一线的高级应用型人才培养,其中工程应用实践能力的培养至关重要。在机械专业材料力学课程教学中采用了新的教学改革模式,将材料力学的教与学简单化、实用化,取得了不错的教学效果,尤其是在学生学习主动性方面,大大激发了其学习积极性,深受好评。
[1]靳亚维,郑雄文.应用型本科机械设计一体化课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备,2016(241):65-67.
[2]安军,周应龙,刘杰.应用型本科院校《材料力学》课程教学问题探讨[J].高教论坛,2015(8):71-72.
[3]赵静野.关于教师工程实践能力问题的思考[J].中华文化论坛,2009(7):151-152.
[4]陈茹仪,孙洪军.“材料力学”课程教学方法、教学手段的研究与改革[J].辽宁工学院学报,2007,93(3):133-134.