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試論應(yīng)用型本科院�！恫牧狭W》課程教學問題探討論文
材料力學是固體力學的一個分支，是機械類等工科專業(yè)由基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。材料力學以構(gòu)件能正常工作所需的強度、剛度和穩(wěn)定性問題為核心，研究了構(gòu)件的拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等四種基本變形以及組合變形形式。該課程在教學中起到承上啟下的作用，一些基本概念和定理與高等數(shù)學、理論力學等前序課程密切相關(guān)，又是機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械設(shè)計、機械優(yōu)化設(shè)計和模具設(shè)計等課程的理論基礎(chǔ)。因此學習這門課程既可以解決一些簡單工程實際問題，同時又為后續(xù)有關(guān)課程和其他相關(guān)的科學技術(shù)提供必要的理論基礎(chǔ)。
應(yīng)用型本科重在“應(yīng)用”二字，但并不意味著學生只是會機械地掌握知識的應(yīng)用和一些操作技能，而是通過全面提高教學水平來培養(yǎng)學生探索問題、解決問題和創(chuàng)新地應(yīng)用知識的能力，使其成為具有較強社會適應(yīng)能力和競爭能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，這對我們這些應(yīng)用型本科院校的教師提出了更高的要求。筆者所在的佛山科學技術(shù)學院是一所具有碩士點授權(quán)的應(yīng)用型本科大學，根據(jù)機械類專業(yè)的特點和應(yīng)用型本科院校的辦學要求，以及筆者多年從事該課程的教學經(jīng)驗，對材料力學課程的教學提出一些教學改革嘗試，并取得了較好的教學效果。具體的做法如下：
一、選擇合適的教材，結(jié)合后續(xù)課程合理安排教學內(nèi)容
材料力學課程內(nèi)容豐富，公式多，理論概念性強，有些還比較抽象，學生的工程實際概念和經(jīng)驗較少，在分析問題和求解時方法技巧性要求高，學生難于理解，而且與先修的高等數(shù)學和理論力學課聯(lián)系緊密，學生普遍感覺難學，學習的積極性和興趣普遍不高。
應(yīng)用型本科院校指以應(yīng)用型為辦學定位，現(xiàn)階段應(yīng)用型大學一般包括所有的本科第二批、本科第三批院校。與研究型大學的學生相比，應(yīng)用型本科院校的學生理論知識比較薄弱，特別是在數(shù)學、物理和力學等基礎(chǔ)學科方面，而且其就業(yè)方向主要從事工程應(yīng)用而不是科學研究。
針對本課程理論概念性強、方法技巧性要求高，以及應(yīng)用型本科院校的辦學要求，結(jié)合機械專業(yè)和學生的具體特點，以及多年來學生在學習時出現(xiàn)的一些常見問題，對教材進行了重新選取，并對課程內(nèi)容進行了調(diào)整和重新安排。
1.選擇合適的教材，指定適量的課外輔導書
我們原來一直選用劉鴻文主編的《材料力學(Ⅰ)》作為本專業(yè)的教材，該教材是材料力學課程的經(jīng)典教材，很多研究型大學都選用該教材，對于應(yīng)用型本科院校的學生來說，普遍反映該教材理論內(nèi)容太多，理解、自學比較困難。針對這種情況，從2012年開始選用了華中科技大學出版社出版的少學時《材料力學》教材，該教材主要面向應(yīng)用型本科大學的教學，針對現(xiàn)行的一些經(jīng)典教材中較強調(diào)理論推導的特點，對一些相關(guān)的理論的推導及延伸進行了簡化，重點突出理論本身理解以及工程實際應(yīng)用。自從采用該教材教學后，學生反映教學效果良好，學生對教材的評價從原來的平均88分到現(xiàn)在的平均92分左右。同時指定適量的課外輔導書，以供進一步提高和學有余力的學生參考。
2.結(jié)合后續(xù)課程，合理安排教學內(nèi)容
在授課學時大量削減，課堂信息量要求不斷增加的新形式下，加強材料力學與理論力學、機械設(shè)計以及模具設(shè)計等課程的接軌，精練理論部分，對重點例題詳細解答，使學生對課程的系統(tǒng)性和課程內(nèi)容之間的關(guān)系有更明確的認識。堅持“理論教學、實驗教學、計算機分析”相結(jié)合，特別是利用計算機軟件的分析功能，讓學生對構(gòu)件進行分析，提高學生分析和解決問題的綜合能力。
在教學內(nèi)容安排上面，重理論知識的講解及應(yīng)用，輕理論的推導及延伸。例如：在扭轉(zhuǎn)部分推導圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面的切應(yīng)力計算公式時，1)著重強調(diào)已知內(nèi)力求應(yīng)力，由于不知道應(yīng)力在橫截面的分布情況，因此屬于靜不定問題，要結(jié)合靜力平衡方程和補充方程來求解;2)補充方程是通過實驗、觀察變形、提出假設(shè)，最后利用變形和應(yīng)力之間的關(guān)系而建立的，是在實驗和假設(shè)的基礎(chǔ)上得到，進一步強調(diào)材料力學是一門實驗科學;3)通過例題的講解來說明其工程應(yīng)用和使用的限制。這種解決問題的方法和過程不僅是材料力學解決問題的方式，也是解決類似工程問題的一種方法，不強調(diào)涉及到的許多數(shù)學公式推導，避開了學生數(shù)學等基礎(chǔ)知識比較薄弱、理解困難甚至放棄學習的難題。
對于機械類本科專業(yè)來說，理論力學是材料力學的基礎(chǔ)。由于筆者所在的機電工程系，理論力學和材料力學課程教學的老師都是機械類專業(yè)的教師，因此我們可以根據(jù)學生在材料力學學習中遇到的問題和理論力學的老師一起協(xié)調(diào)教學內(nèi)容，例如與理論力學老師協(xié)商加強平面任意力系和空間力系的教學和訓練，并且可以將2門課程中有些說法不一致的地方統(tǒng)一起來，這樣就減少了學生在學習時的一些困惑和難度。
同時，材料力學是機械設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計和模具設(shè)計等課程的理論基礎(chǔ)，而且機械設(shè)計和機械設(shè)計課程設(shè)計是機械類專業(yè)的必修的專業(yè)基礎(chǔ)課和實踐環(huán)節(jié)。筆者也擔任模具設(shè)計課程的教學工作和機械設(shè)計課程設(shè)計的指導工作，對機械專業(yè)后續(xù)課程的教學要求和涉及到的本課程的理論知識比較熟悉，因此在根據(jù)本專業(yè)的特點來選取教學內(nèi)容和重點，以及提出一些利用本課程能解決的工程實際問題上面具有一定的優(yōu)勢。
例如針對機械設(shè)計中三大類基本零件之一軸的設(shè)計，在教學內(nèi)容順序扭轉(zhuǎn)彎曲彎扭組合變形分別說明軸的設(shè)計如何應(yīng)用到了本課程相關(guān)的知識點：1)只受扭矩作用的傳動軸的設(shè)計，利用扭矩知識解決;2)只受彎矩作用的心軸，利用彎曲知識進行設(shè)計;3)受彎扭組合變形的轉(zhuǎn)軸設(shè)計，說明在機械課程設(shè)計中按扭矩初算軸徑，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，再按照彎扭組合變形知識進行校核。采用這種方式，不僅將一些相對枯燥的理論知識應(yīng)用到解決實際工程問題，提高了學生利用理論知識分析問題解決問題的能力，激發(fā)了學生的學習熱情和興趣，而且和后續(xù)課程的學習緊密地聯(lián)系起來。
二、抓住兩條主線，合理應(yīng)用多媒體教學
1.抓住兩條主線，組織課堂教學
在課堂教學的組織安排時，注重抓住材料力學的兩條主線：1)外力截面法求內(nèi)力應(yīng)力(應(yīng)力分析和強度條件)，2)外力變形應(yīng)變(應(yīng)變分析和剛度條件)，而在材料力學里面要建立內(nèi)力和變形，應(yīng)力和應(yīng)變之間聯(lián)系的惟一途徑胡克定律，對內(nèi)力和變形、應(yīng)力和應(yīng)變分別從宏觀和微觀層面上的說明，并從第1章緒論開始到第7章彎曲變形為止，反復將圖1展示給學生，讓學生對材料力學的組織構(gòu)成以及相互之間的關(guān)系有一個比較清晰的概念，通過這種形式將各個分散的變形形式如軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲等通過內(nèi)力、應(yīng)力、變形和應(yīng)變建立起聯(lián)系，解決了材料力學概念多、分散而雜亂的問題，有助于學生對教學內(nèi)容有一個比較清晰的、提綱性的認識，便于更好地理解和學習本課程的教學內(nèi)容。
2.多媒體與板書相結(jié)合，合理利用多媒體教學
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用多媒體技術(shù)可以將一些抽象概念、復雜的空間關(guān)系、語言難以描述的內(nèi)容生動而深刻地演示出來，有利于知識的理解，這些利用傳統(tǒng)的板書是不可能實現(xiàn)的，因此多媒體教學越來越多地應(yīng)用到教學實踐中。
在材料力學的多媒體教學中，以動畫、圖片、文字和錄像等豐富的教學資源，例如利用動畫來模擬桿件的變形和進行實驗，利用圖片、動畫或錄像來展示一些工程實際問題;在梁的彎曲內(nèi)力支座簡化，通過許多工程實例(變速箱里的軸、火車的車輪軸、工廠車間中的行車等等)的支座簡化來進行講解和說明，將學生從被動接受型的模式中解放出來，增加了學生的感性認識，通過播放PPT解決了本課程概念多、理論性強、數(shù)學推導、計算煩瑣等板書費時的問題，提高了教學的進度和效率，為學時縮減的情況下增加信息量提供了保證。
通過對學生的調(diào)查和學習效果的評估，我們發(fā)現(xiàn)在材料力學的教學中不能過分的依賴多媒體教學，應(yīng)強調(diào)板書和多媒體相結(jié)合，應(yīng)根據(jù)課程特點分析哪些內(nèi)容適合用多媒體，哪些內(nèi)容適合進行板書，具體知識的講解時，如何進行配合使用。例如在講解畫內(nèi)力圖的相關(guān)知識時，可以通過在PPT上給出題目以及外力的分析、外力的求解，在黑板上通過板書的方式畫出內(nèi)力圖，這樣不但利用了多媒體傳遞信息量大的優(yōu)勢，同時也便于學生能適當記筆記，避免了學生容易產(chǎn)生視覺疲勞和抵觸情緒。
三、以解決問題為導向，引導學生探索學習
在當代高校教育改革中，以傳授知識為主要特征的傳統(tǒng)型教學正向以培養(yǎng)能力為主要特征的研究性教學轉(zhuǎn)變，探索性教學強調(diào)學習者主動探索的行為和創(chuàng)新實踐的精神，“教師為主導，學生為主題”是教學的規(guī)律，是“內(nèi)因與外因”的關(guān)系問題。教學的過程應(yīng)該緊緊圍繞充分調(diào)動學生主動思維的積極性來進行，有效的提高教學效率。
在課堂教學時，適當安排提問、討論以及解答環(huán)節(jié)，按課程中的重點和難點內(nèi)容設(shè)置不同層次的問題，并以解決這些問題為導向，讓學生有足夠的時間參與課堂討論，引導學生去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，并尋求解決問題的方法。在設(shè)置問題時，應(yīng)針對學生的特點來設(shè)置，盡量調(diào)動每個學生的積極性，以求學生與教師思維同步。課后提出一些問題，指定一定的參考資料，讓學有余力的學生通過查詢、閱讀和自學的方式自己去尋找答案，進行探究性學習，從而提高在綜合分析能力方面的素質(zhì)。
例如在圓軸扭轉(zhuǎn)的相關(guān)學習時，根據(jù)課程的進度逐步提出問題：在金工實習時利用絲錐攻絲時，為什么老師要求用兩只手同時用力來完成攻絲?這個時候絲錐受外力情況如何?除了絲錐外還有哪些工程上的軸受到這種外力作用?(可以適當提示學生：開車的時候、實習開車床時等等，這種軸在機械中稱為傳動軸)絲錐的內(nèi)力情況呢?絲錐會發(fā)生什么樣的破壞?破壞的原因是什么?那我們?nèi)绾卧O(shè)計才能保證絲錐不被折斷?課后可以布置一些思考題：如果在攻絲的時候，只單手用力絲錐的受力情況如何?內(nèi)力情況如何?在設(shè)計時該如何設(shè)計呢?(提示學生：絲錐的內(nèi)力不止1個，另一個垂直于軸線的外力，大家可以先預習彎曲部分，所有布置給學生的問題都可以采用課堂提問、給出參考答案或討論課的形式來解決)為什么絲錐、方向盤軸的截面是圓形而不是矩形等其他形狀等等問題(對有余力的學生布置的)。
通過圍繞絲錐這種學生有感性認識的工程實際上的構(gòu)件，在課堂上逐步提出問題，隨著課程的開展讓學生一步一步解決問題，既學習了扭轉(zhuǎn)相關(guān)的知識，也解決了一個工程構(gòu)件的設(shè)計問題。這種以解決問題為導向的方式，讓學生帶著問題去學習去研究，圍繞這些問題積極思考和探究，活躍了課堂氣氛，在較好掌握知識的同時培養(yǎng)了學生去探索、去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。通過課后布置的分級問題，讓學生進行研究性學習，對一些問題進行更深入地探討，同時也為下一章的學習提出了問題留下了懸念，以便學生進一步地學習探索。
四、結(jié)束語
通過教學實踐發(fā)現(xiàn)，以學生為主體、抓住兩條主線、以解決問題為導向的教學方式，不僅讓學生從“聽懂了”變?yōu)椤罢莆樟恕�，而且調(diào)動了學生的學習主動性和積極性，提高學生學習、分析和解決工程實際問題的能力，對學生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也有一定的幫助。從近幾年的教學實踐情況以及學生對本課程的課堂教學質(zhì)量評分評定情況來看，該種教學改革嘗試獲得了大多數(shù)學生的認可，大部分同學的學習興趣更濃，學習的畏難情緒降低，成績得到普遍提高，教學效果良好。
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