基于成果导向的材料力学教学方法思考

周月娥 严 鹏 桂润金

（广西民族大学建筑工程学院，广西 南宁 530006）

材料力学是土木工程专业的一门专业基础课，是学生学习后续专业课程所必备的理论基础。 学生在学习材料力学前已经学习了高等数学、 大学物理和理论力学等基础课程。 传统的材料力学课程教学是以课程为导向，从学科出发，强调知识的系统性，重点是任课教师在课程的授课时期教给学生了什么， 教学目标要明确， 教学行为要符合规定， 具有科学合理的教学方法，要能达到一定的教学效果。学完材料力学后要求学生掌握杆件的强度、 刚度和稳定性问题的基本概念和基础知识，具有一定的计算能力和实验能力。以成果导向为目标的工程教育认证理念是美国工程与技术委员会提出的，我国从2006 年开始全面构建工程教育认证体系，2013 年正式成为《华盛顿协议》会员国[1]。 这对我国高校各工科专业的教学提出了相应的改革要求，要从国家发展和社会行业需求出发，把学生的学习成果放在重要的位置， 强调相应的课程教学活动要恰当，要对教学过程进行评价， 注重学生在课堂的表现程度，要使学生达成一定的学习成果。 培养的学生基础理论知识要扎实，专业知识宽广，实践能力和创新能力强。 国内针对材料力学课程教学改革已有不少高校的教师从课堂理论教学、实验教学和人才培养方法等方面给出了相应的建议[2-5]。 对于广西民族大学土木工程专业的学生，目前材料力学的教学还没有按照工程认证毕业要求来做，开展工程教育认证背景下的课程教学改革是非常有必要和顺应时代的，基于对材料力学课程教学过程的一些经验积累，结合学生毕业后应该具有的知识、能力和素养方面给出了一些目前教学中存在问题和需要改进方面的思考看法。

1 当前材料力学课堂教学分析

在学习材料力学这门课程前，学生学习了理论力学，能够求解约束反力。 在此基础上，可以用截面法利用平衡方程求解所求截面上相应的内力，继而求解相应的应力。 对于内力和应力基本概念的理解和求解是学习材料力学重要的内容，一些学生对于内力的理解一直搞不清楚，只是机械地去按公式计算。 对于应力的求解要具体到点上也没有理解透。 因为不同的内力求解应力有不同的假设条件和推导过程，这些过程比较烦锁，理论性太强，理解起来是有难度的。 任课教师对这一部分的讲解往往只是利用PPT 理论推导和板书，内容抽象，讲解起来有难度，学生理解起来也很困难。 土木工程专业材料力学重点研究了杆件在拉压、受扭、受弯不同受力情况下内力和应力的求解。 以杆件受拉或受压为例来讲，变形为拉伸或压缩，提出了内力的概念为外力作用下物体内相邻部分间分布内力系的合成。 用截面法截开杆件，弃去部分对分析部分的作用用内力代替，分析部分要满足平衡，可以求出内力。 对于这部分，虽然是最简单的受力情况，但却是学生第一次接触内力和截面法，需要详细地给同学们讲解清楚。 内力学习完的基础上，提出了应力的概念，是杆件截面上分布内力的集度，是对应于截面上的一点。应力是矢量，有正应力和切应力两种分量。对于受拉压情况，只有正应力一种。 在求正应力时提出了平截面假设，这个假设是材料力学中的一个重要的假设，原为平面的截面变形后仍为平面。 根据这个假定得出了横截面上各点处正应力相等，相应地得出了正应力的计算公式。

2 基于成果导向的材料力学教学方法分析

成果导向理念下的教学要求要制定相应的教学过程， 任课教师应该从教学手段上破解教学难点，帮助学生取得一定的学习成果。 学生通过学习是否取得了知识方面的增强、能力方面的提高和人文素养方面的进步，需要对教学过程进行评价，根据评价的结果对教师的教学方法进行改进。 现从教师教学，对学生学习成果评价和材料力学课程对学生毕业要求的支撑方面给出相应的分析。

2.1 教师教学方法

现有教学中， 教师是依据自己的经验来教学，一些土木工程专业的材料力学课程是由力学专业的教师来授课的， 一些是土木工程专业的专业课教师授课。 土木工程专业背景的教师不是专业力学出身，但是讲授每一个知识点可以结合专业背景来介绍，学生能够知道自己所学知识在后面一些课程中的应用。 在轴向拉伸和压缩中， 土木工程中有许多受拉压杆件，比如，桁架桥梁中的一些受力杆和钢筋混凝土结构中的受压柱等结构构件。 只有知道了构件真正的受力情况，才能对其进行设计，构件才能正常工作。 学生可以分组调查实际土木工程结构中受拉压的构件，从以前以教师为中心， 单一传授知识的模式改变为学生自学，相互分享，成为课堂教学的参与者。 在弯曲应力一章，梁受力作用下的内力有弯矩和剪力，两种内力作用下梁会有不同的破坏模式。 虽然还没有学习钢筋混凝土结构基本原理，但是可以用一个简支桥梁为例来说明桥梁为何需要配钢筋。 学生分组调研桥梁的材料组成及截面形式，讨论内力分析与桥梁结构形式的关联。 另外，可以根据学生高等数学的学习情况，程度比较好的学生可以对梁截面弯矩和剪力的推导、截面正应力公式的推导在老师讲解前提下自己推导，对一些理论推导分享讨论。 另外，一部学生分配他们进行工程实践应用调研，分组讨论报告。 另外，在新时代背景下，学生的学习资源是比较丰富的，教师要利用信息现代化技术和虚拟技术来传递知识，比如，超星学习通，云平台，“互联网+”等培养学生的学习智慧，增加师生之间，学生之间的一些互动性。

2.2 评价学生学习成果

目前，对于学生学习成果的评价是以分数为标准的，平时成绩加期末成绩。 成果导向理念下的教学要求必须关注学生的学习过程，对整个过程要进行动态评价。 不能只依靠分数来评价学生学习成果的优良，要把学生合作学习的能力充分调动起来。 利用学习平台将学习重点和难点提出来，分组学习，在课堂上进行检测， 让学生也知道自己的学习不足在哪些方面，自己可以解决的问题有哪些，不能解决的课堂上重点讲解。 课后作业布置后，根据学生答题情况，可以分类结合下一个学习模块对不同学生留不同的作业。 这样可以避免全班同一个作业题目， 有的学生参与度不高， 不能全面地反映大多数学生在学习过程中的情况，学习过程评价不够全面。 分类布置，针对性评讲，给不同类学生合理的学习评价。

2.3 材料力学支撑点分析

以成果导向为目标的工程教育认证理念对学生的毕业要求有12 条， 从知识层面上要求学生要掌握一定的工程知识，有分析问题的能力，可以针对不同的实际问题设计解决方案，具有一定的研究能力。 从能力方面上要求学生可以使用现代化的工具，了解工程与社会发展的关系，工程的设计要符合环境可持续发展的要求，工程人员要遵守职业规范。 人文素养方面要求学生要注重个人和团队的沟通能力，具备一定的项目管理能力和终身学习的能力。 整个土木工程专业的课程体系的培养要使学生毕业后具备以上所述能力。 每一门课对这些目标都要有相应的支撑点。 材料力学课程相应的支撑点也有四到五点，在材料力学课程讲解过程中会涉及一些土木工程实践工程知识的讲解， 帮助学生建立一种工程安全设计方面的思维，从学到的力学知识解决现实中土木工程结构构件的受力分析问题。 材料力学作为土木工程专业的一门核心基础课，后续的结构力学、弹性力学、混凝土结构基础原理， 钢结构等课程都会用到材料力学的知识，所以这门课程的学习可以为学生在以后具备一定的研究能力打下基础。 在材料力学课程学习基础上，学生会学习更多的土木工程专业知识，毕业后会参加工作，将所学知识服务于社会。 土木工程课程体系的知识都是有一定难度的， 材料力学的一些理论知识、公式推导、理解几何、物理和力学条件，需要同学们合作学习，还要运用理论力学、高等数学和一定的计算机知识，培养了学生团队协作能力和综合运用知识的能力。 在整个学习的过程中培养的学习思维能力使得学生逐渐形成了一种终身学习的能力。