材料力学课程教学方式改革探索

摘 要：材料力学是本科院校机械设计制造及自动化专业一门非常重要的必修课，针对目前课程学时减少，课程内容枯燥、学生学习难度较大等问题，从课程教学方式入手，探索该门课程的教学改革，激励学生学习的热情，从而提高学生对于材料力学的学习效率。

关键词：材料力学；教学方式；改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.190

1 引言

材料力学是高等本科院校机械类专业开设的技术基础课程。随着全国高等学校新一轮培养计划的制订，材料力学课程的学时数大幅度减少。而材料力学课程内容抽象、比较枯燥，很多内容与高等数学、大学物理相关，计算公式多且推导过程复杂，促使学生对课程产生恐惧心理[1，2]。这在一定程度上降低了学生的学习兴趣，从而引发学生学习的主动性不足，导致学生学习效果较差，不能将所学知识灵活地用于解决实际的工程问题。因此，如何在有限的学时内，使学生既能够系统的掌握材料力学的基本知识，又能了解一些材料力学的进展；既能培养学生的材料力学基本素质，又能加强学生对于工程概念的理解，成为众多力学教学工作者致力于研究的问题[3-5]。为此，本文针对材料力学教学方式的改革开展了相关的解析和探索实践。

2 材料力学教学方式具体措施

2.1 教学过程中采用类比思维

材料力学授课顺序为轴向拉伸压缩变形、扭转变形和弯曲变形，由简到难、逐层递进，使学生在学习过程中有一个循序渐进的过程。每种变形的学习内容主要包括构件的外力计算、内力计算、应力计算和强度校核四个方面的内容，每种基本变形所涉及的知识架构极为相似，因此在材料力学所涉及的三种基本变形的教学方式上，可以采用同一套思维方式，使学生掌握了第一种最简单的变形计算以后就能触类旁通，在对下一种变形进行学习时，在整体上有一个完整的思路，增加学生学习的信心。

以扭转变形的学习为例，在进行扭转变形学习时，学生已经掌握了轴向拉伸压缩变形的基本知识及其求解步骤。那么教师在进行下一章内容即扭转变形的教学时，应结合轴向拉伸压缩变形的相关知识与学生一起理清扭转变形的知识脉络。如图1所示，轴向拉伸压缩变形中首先所要研究的构件所受的外力（拉/压力），在所受外力都已经明确的情况下，采用截面法求解构件所受的内力（轴力），在此基础上，利用正应力求解公式计算出构件所受的最大正应力，最后利用强度条件判断构件是否符合强度条件，既最大正应力是否小于许用应力。有了上述轴向拉伸压缩变形的学系基础，再来进行下一章节扭转变形的学习时，就可以延续轴向拉伸压缩变形的学习思路，首先所要研究的构件所受的外力（外力偶），在所受外力都已经明确的情况下，采用截面法求解构件所受的内力（扭矩），在此基础上，利用剪切应力求解公式计算出构件所受的最大剪切应力，最后利用强度条件判断构件是否符合强度条件，既最大剪切应力是否小于许用应力。

2.2 教学过程中采用任务导入

将课程重点难点的结合案例教学，采用任务导入的方法，增强学生对学习内容的认识和理解，综合运用图片视屏等现代化教学手段，提高学生学习兴趣；知识传授过程中结合工程实例，将理论知识融入到实际操作中，使理论与实践相结合，从而加深学生对理论的理解，培养学生的实践意识。此外，将课堂教学与实际的工程问题相结合，还可以培养学生理论联系实际的工程分析能力。

以汽车传动轴的设计为例，导出学习圆轴扭转强度校核方法的必要性，知识联系生产实践，提高学生的认知，激发学生的学习热情。

如图3所示，构建汽车传动轴的力学模型，根据以下思路，设计出传动轴的合理尺寸。结合图1所示的材料力学基本变形知识体系框图，列出汽车传动轴的设计过程，具体步骤如下：

（1）在外力偶M已知的情况下，利用内力求解方法（截面法），建立力平衡方程，求出力矩大小T。（邀请学生互动，巩固之前所学知识点）

（2）根据扭转剪切应力表达式，判断最大切应力所在位置，得出圆轴扭转强度条件数学表达式。

（3）利用扭转强度条件，构建汽车传动轴尺寸设计依据。

根据圆轴截面的应力分布情况，引导学生思考，传动轴是否可设计为空心？设计效果会产生什么变化？引出空心圆轴的校核方法，让学生比较实心圆轴与空心圆轴设计的优缺点。

3 结语

本文针对目前课程学时减少，课程内容枯燥、学生学习难度较大等问题，对材料材料力学课程的教学改革进行探索，从教学过程中采用类比思维和教学过程中采用任务导入给出了教学方式改革策略，并将该方法应用到材料力学教学实践中。有效地加深学生对于材料力学整个知识地体系地理解，增加学生学习材料力学地信心，提高学生热情和学习效率。

参考文献：

[1]曹惠，尹晓丽，张潇华.启发式教学在材料力学课程中的探索与实践[J].高教论坛，2018，19（03）：70-72.

[2]马玉香.材料力学课程教学效率提升路径探究[J].科技展望， 2016，26（36）：190.

[3]郭空明，章云，徐亚兰.对高校工程力學课程的多方位思考[J].教育教学论坛，2016（37）：195-196.

[4]马宏伟，张伟伟.新工科力学课程体系的几点思考[J].高等工程教育研究，2018（03）：6-12.

[5]郑佩.材料力学教改思考[J].科教导刊，2017（02）：110-111.

作者简介：周红明（1980-），男，浙江永康人，博士，讲师，主要研究方向：机电一体化技术。