启发式教学在材料力学课程改革中的应用探索
储柳¹，施佳佳^1,2,* 
(1.南通大学 交通与土木工程学院 江苏 南通226019；2. 南通大学杏林学院 江苏 南通 226236)

[摘  要] 针对材料力学科学教学过程中存在教学课时数少，实践教学不足的问题，依据人才培养的目标与课程建设的要求，合理调整与优化教学内容，结合多种教学手段，探索启发式教学在材料力学课程中的应用，为高校材料力学课程的教学改革与创新提供参考。
[关键词] 材料力学; 课程改革;启发式教学
[基金项目] 南通大学课程资源建设项目(WK17047)，南通大学杏林学院教育教学研究基金项目(2017J01)，南通大学高等教育研究课题(2017GJ019)
[作者简介] 储柳，博士，讲师，从事力学研究；施佳佳(通讯作者)，博士，讲师，从事电子信息研究
[中图分类号]    

1.前言
材料力学课程是土木工程、机械工程等专业基础必修课，理论与概念性较强，方法技巧多，实践要求高。随着目前人才培养模式的改革与调整，课程存在教学知识点多，教学课时量少，理论教学课时多，实践教学课时少等问题。由于目前教学偏重于理论讲解，面向实际工程应用介绍不足，学生对抽象知识的掌握困难，普遍学习热情不高，导致学习效率偏低，从而经常出现 "理论易懂，题目难懂 "的现象，对于实际结构进行抽象建模与数值分析计算常存在困难。材料力学教学应逐步从单一的课堂教学向多种形式的专业能力培养过渡，理论教学须紧密结合实践案例，帮助学生深入思考，学以致用。
2.教学内容的调整与更新
随着学科的发展，材料力学课程的课时量在不断减少，但是理论教学的知识点并没有较少，且社会对培养人才的素质有着更高的要求，对学生能力的维度也提出了更高的要求。合理安排教学知识点，优化教学内容，高效的完成材料力学的理论与实践教学是目前的主要挑战。启发式教学可以引导学生自主学习，针对不同专业人才培养方案的实际需求对教学内容取舍与优化，是提高教学质量与效率的重要探索方法之一。
(1) 分清主次，详略得当
材料力学课程内容大致可分为基本部分和专题讨论部分^[1]。基础部分主要内容有: 应力的概念、应力与应变、强度与刚度计算、应力分析的方法、压杆稳定、以及动荷载部分。基础部分是结构力学课程体系的基础，重点培养学生建立应力和应变的概念，计算强度和刚度的能力，应力分析能力。课堂教学中须对基础部分的知识点加以强化，对重点内容深入讨论和具体讲解。
对于专题部分，应根据具体情况有所偏重。例如，复合材料力学，断裂力学以及曲杆大挠度杆等复杂非线性问题，应启发学生深入思考，引导学生自学并通过课后实践拓宽知识；而对于应变测试技术部分的教学，应与实验、实践课程相结合，理论联系实际，理论指导实验，实验加深理论知识的理解。根据不同专业的特点，对教学内容取舍与优化，依据人才培养方案重点突出对材料力学不同知识点的要求，在有限学时里透彻地讲解材料力学课程针对性关键内容，便于学生领会和掌握。
(2) 结合基础，注重实践
材料力学课程以理论力学、高等数学为前期课程，后续课程包括结构力学等，在力学理论体系中起到了承上启下的作用。通过理论力学的学习，学生对力学基础知识以及力学基本分析方法有了基本的了解与认识。材料力学将分别讲解轴向拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲等四种受力情况，由易而难，层层递进。理论力学的基础降低了材料力学等高阶课程学习的困难，材料力学等高阶课程对理论力学中已经介绍过的内容和思想仍需温故知新，使得理论基础与新知识形成理论体系，从而系统性高效教学。
(3) 增加实验、注重实践
材料力学课程的实验与实践环节是理论教学的有效补充，不仅可以激发学生的学习兴趣，培养学生理论结合实际能力，还可以锻炼学生的分析能力与实际项目操作能力。实验环节可以有效加深学生对理论知识的理解，理论知识又可以帮助学生面对实验中的问题思考，对材料力学课程的知识点有了深刻的理解。因此，适当增加实验与实践环节的比重十分必要^[2]。例如在梁弯曲正应力试验中，分别灵活添加对矩形和工字形、不规则截面的讨论，同时增加组合梁的对比实验，不仅可以激发学生对材料力学知识进行深入思考，还可以引导学生探索材料力学知识在相关实践环节中的应用。在材料力学教学过程中将理论教学与实验探索有机结合，加深学生对理论知识的理解，可以提高学生解决专业难题的能力。
3.启发式教学方法
(1) 培养学生自主学习能力
教师在课堂上应起到引导作用，对课程的部分知识点进行选择性的精讲，其余知识点通过自学和难题讲解来完成，以培养学生独立思考和探索的能力。此外，材料力学课程概念性强，知识面更广，学生在学习时往往不能抓住要点，使得面对具体问题时不知道如何下手。课堂讲解要以基本原理为基础，通过基础理论讲授与问题解决方法思考的结合，以及相似原理或方法的比较和联系，学生可以更快地针对不同类型的结构构建相应的问题解决思路，提高问题解决的速度和效率，达到应有的教学效果。
(2) 实践研讨式教学
研讨式教学在材料力学课程改革中值得探索。一方面，研讨式教学可以开拓学生思维，以培养自主学习能力为主要目标，鼓励学生表达对实际问题的独立见解；另一方面，研讨式教学与启发式教学相辅相成，启发式教学中教师引导学生进行深入学习和思考，研讨式教学中通过学生间相互讨论，学生与教师的交流与反馈，帮助教师与学生共同研究，教学相长，提高学生学习主动性的同时加深对教学内容的理解。
(3) 理论学习与工程实践结合
启发式教学还需注重理论学习与工程实践的结合。材料力学课程体系包含众多知识点的教学，教师可以根据专业特点将教学内容模块化分解。在基础教学内容外扩展新模块，拓宽知识的深度和广度。理论教学与工程实践可以通过模块化教学的方式有机结合。如新模块可以集中在有弯曲的几个补充问题、扭转问题的进一步研究，能量方法的扩展应用，考虑材料塑性时杆件的强度计算，复合材料力学简介、结构优化设计与可靠性分析等^[3]。
4.丰富教学手段
(1) 板书与多媒体相结合
随着计算机多媒体技术的发展，互联网内容的丰富，教师与学生可用的多媒体资源逐步增多，如影像、图片、音乐、动画等资源。多媒体教学资源信息丰富，内容生动活泼，是材料力学抽象理论知识的有效补充。在理论教学中能穿插部分实践、实验教学涉及的知识，帮助学生对抽象知识形象化的理解，同时能有效解决教学内容多，课时少的矛盾。
虽然多媒体教学在传递图像信息方面有其独特的优势，其使用效果并非越多越好。多媒体教学信息量较大，会造成学生难以短时间内消化吸收，也不具备充足的思考时间。
(2) 网络丰富教学资源
随着个人移动终端的普及，慕课等在线课程资源的丰富，学生逐步倾向于通过网络教学资源学习材料力学课程。由于课堂教学课时数的减少，教学知识点更加紧凑，学生可以通过网络资源在课前预习与课后复习方面加深对知识点的理解。除了传统的课堂教学和课外辅导,老师可以把材料力学课件、教案、教学大纲、教学计划和相关教学视频在互联网上下载和学生学习。     

5.结语

材料力学课程改革是一项长期的、必须坚持和持续的任务。目前材料力学存在教学知识点多，教学课时少，理论教学多，实践教学不足的问题。启发式教学有助于学生理论结合实际，合理选择与优化教学内容，从而对材料力学课程有更深入的理解。
 
[参考文献]
[1] 刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2] 王锦燕，孙玉周. 材料力学课程教学方法改革与实践[J]. 中国电力教育, 2009(17):77-78.
[3] 韦成龙, 李学罡, 徐飞鸿,等. 材料力学教学体系改革的研究与实践[J]. 中国高教研究, 2001(4):59-60.