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【摘要】材料力学课程内容多，理论性强，部分内容抽象、难理解。针对这一特点，本文就材料力学课程在新形势下的教学内容、教学方法、教学手段和考核模式等方面进行探讨，以期激发学生的学习兴趣和创新能力。
【关键词】材料力学；教学内容；教学方法；教学手段；考核模式
《材料力学》是工科学生重要的专业基础课之一，是学习后续课程的重要基础，是解决工程实际问题的重要方法和手段。我校有公路、汽车、机械、建工、环工、建筑和材料等7个学院近28个专业开设了材料力学课程，涉及学生3 000多人。但无论是从教学内容上，还是从教学手段和教学方法上，都有许多地方不能适应当前高等教育教学改革的要求。就教学内容而言，多年来一直没有重大变化，由此造成教学内容陈旧而缺乏创新。并且，在教学方法上，也保留了过去那种讲得过多、过细、过全的倾向，使得学生缺乏学习的主动性和积极性。在教学手段上，仍以传统的板书教学模式为主，而与教材内容相配套的多媒体课件使用不够。为提高材料力学课程的教学质量，培养出适应21世纪社会经济发展的合格人才，笔者结合多年的教学实践经验，从教学内容、教学方法、教学手段和考核模式等方面，作了若干的探索和尝试。
一教学内容的改革
1．优化教学内容。我校材料力学课程基本上还是沿袭以“拉伸→剪切→扭转→弯曲”为主线的内容体系，且每种基本变形都按“外力→内力→应力→变形→……”的次序进行研究，各种基本变形又都采用“平面假设→变形几何关系→物理关系→静力平衡条件→应力公式”这一相同的推导过程。显然，这种按基本变形进行多重循环的内容体系，内容重复多、学时量大，从第二种基本变形开始教学过程就缺乏新意，难以激发学生的兴趣。针对这一现状，我们应从重视学生能力与素质培养的要求出发，采用模块式教学结构，将课程内容分为“杆件内力、应力与强度计算、变形与刚度计算、能量方法与超静定问题、压杆稳定”等模块，把各种基本变形的共性问题（如内力、应力、变形等）集中起来讨论；同时对教材进行合理地取舍，比如删除与《大学物理》和《理论力学》内容重合的部分以及一些过时的内容。这样既减少了不必要的重复，节省教学学时，又便于教师组织课堂教学，提高教学效率，保证教学质量。
另外，教师应在传统教学内容的基础上适当地进行拓展，把前沿和热点方面的知识引入课堂教学，使教学内容贴近时代，体现出科技进步对学科发展和工程应用所带来的影响。比如在教学材料力学性能时，随着新材料在工程领域的大量涌现，仅限于研究金属材料的力学性能是不够的。适时补充工程中广泛使用的新材料及正在发展的智能材料是时代的要求，比如加一些单晶、人工超晶格、复合材料和纳米材料的开发和应用，使学生不仅掌握了经典材料的性能，也同时了解了当今材料领域研究的新成果。当然教师进行知识拓展时应简短，不可拖沓冗长；同时教师应在原有经典教学内容的基础上，提高该课程的起点，引入复合材料力学、弹塑性力学等近现代知识，介绍处理工程实际问题的方法，如有限元法、边界元法和无网格法等，这不仅会提高学生对所学课程内容的兴趣，也有利于学生理论联系实际解决问题。
2.加强实验教学环节的教学。材料力学实验是“材料力学”课程的重要组成部分，通过实验教学可以帮助学生理解掌握“材料力学”的基本概念和理论，在培养学生的工程素质、实践能力和创新精神方面有着其他教学方法不可替代的作用。因此，本着培养高素质创新型人才的目标，针对目前材料力学实验课的一些弊端，改革传统材料力学实验，建立新的实验教学方法、内容是必要的。
（1）更新实验教学观念。传统实验多是验证性实验，内容单一，形式固定，主要是教师演示，学生观看，学生处于被动地位，导致学生没有学习兴趣和创造欲望，限制了学生能力和素质的提高。因此，实验教学必须将过去的以教师为中心、学生被动参与的方式转变为以教师为主导、学生为主体、师生共同探索的方式，充分调动学生在实验中的积极性和主观能动性。
（2）改革实验教学内容。传统实验的主要内容为拉压、扭转和直梁弯曲正应力实验，这些实验虽然对学生加深理论知识的理解和掌握是必要的，但实验内容与工程实际、高新技术结合较少，实用性较差，要培养学生创新思维和解决实际问题的能力，应该在精选基础实验的基础上开设工程模拟实验。工程模拟实验是指以工程实际为背景，根据实验室条件进行了适当简化的实验。通过工程模拟实验，学生不仅能亲身经历用所学知识解决工程实际问题的全过程，而且有助于培养学生综合的工程分析能力，形成良好的工程素质和动手能力。
二教学方法的改革
在当前高等学校的教学改革中，如何使学生能够当堂掌握基本概念和理论，学会科学分析和研究的方法，课堂教学改革显得尤为重要。因为课堂教学集中体现了教育的基本要求，体现了人才培养的过程，直接关系到人才培养的质量。这就要求教师要特别注意课堂讲授方法的学习、研究。要充分认识到教学过程的信息传递中学生是主体，而不是消极、被动获取知识的客体。教师则起主导作用，根据具体的教学内容，变“灌输式”教学方法为“感知式”“总结式”“讨论式”“对比式”和“自学辅导式”的教学方法，调动学生学习的主动性和积极性，让学生通过自己的积极思考，在参与中顺利地完成学习任务。
1．感知式教学法。在讲授某些抽象概念时，教师可通过使用教具使学生对所学内容有直观认识。比如在讲述压杆稳定时，可以取相同截面尺寸的两根长短不一的小木条，当木杆很短时，即使施加很大的轴向压力，也不能使其破坏，而且始终保持直线状态；但当木杆较长时，在较小的压力作用下，杆就会突然弯曲而丧失承载力。从而说明，细长压杆之所以丧失承载力是由于其不能维持原有的直线平衡态所致。实例的引入让学生亲近了学习内容，进而提升了学习兴趣。
2.总结式教学法。教师在一些章节结束后应及时进行小结归纳，帮助学生系统掌握知识，培养学生的分析和归纳能力。例如，在讲授完四种基本变形后可总结思维图，这是每一种基本变形的思维主线，条理化后不仅使学生了解各基本变形间的内在联系，而且为应力应变状态分析以及组合变形的学习打下基础。
3．讨论式教学法。为了能使学生在原有基础上学会、学懂新知识，教师可根据教学内容设计难易不同的讨论题，旨在培养学生联想力和发散思维能力，使学生懂得“问题是什么”“问题的性质是什么”“解决问题的方法是什么”，让学生带着兴趣围绕重点难点比较、分析，让学生主动思考，多向交流，从而达到对知识的理解和消化。这种方法有助于引导学生积极思维，激发学生的学习兴趣，创造性地学习知识和应用知识，提高学生的实践能力。这种方法应用在例题求解过程的讨论和学生比较易犯的概念性错误等方面非常有效。
4．对比式教学法。对比法就是把两部分内容进行分类、比较，同中求异。如在分析各种基本变形的特点时，努力找其差别；或是异中求同，虽然各种基本变形的应力、变形公式及其内容各不相同，物理意义也不相同，但在表达式上却有类似之处，推导过程基本相同。因此，系统地讲解拉压变形后，可用类比的方法顺利地过渡到其他基本变形的讲解。
采用对比式教学法，不仅容易过渡到新的知识点，也有助于将各知识点进行归纳和总结，加强知识的系统化，更有利于学生深刻地理解概念、活跃思想、扩展知识。
5．自学辅导法。该方法是以学生为主体，教师为主导，自学辅导教材为客体，培养学生从“学会”走向“会学”的教学方法。在教学过程中，教师不必什么都讲，对于一些简单的、非重点的内容或学生容易看懂的内容可以给学生留下思考时间，向学生提出自学要求，布置课外作业，让学生自行完成本章的学习。
三教学手段的改革
教学目标的实现，教学内容的完成，除了需要优化教学方法，还需采用合适的教学手段。随着计算机在教学中的普遍运用，多媒体教学成为一种重要的辅助教学手段。多媒体教学的优势之一在于通过使用图片、动画视频、声音和文字，使枯燥抽象、难以用语言描述清楚的力学原理、概念变得生动具体。这不仅使学生接受起来容易，而且大大节省了教师的板书时间，使得教师有大量的时间将教学环节中比较重要的概念、习题在课堂上进行讨论和讲解，从而帮助学生更好地理解和掌握课程内容。比如在讲解材料的力学性能时，可通过动画模拟，演示低碳钢和灰铸铁两种不同材料静力拉伸时的力学实验，学生可直观形象地观察试件从加载开始到断裂的整个过程，通过观察、思考和对比分析，总结塑性材料和脆性材料的力学性能的不同点。同时，借助多媒体课件课程内容的重点和难点能方便地重放和交叉回放，这便于教师组织讲稿，使学生的学习能融会贯通。
多媒体教学的优势之二是有限的学时内容纳了大量信息，可以传输更多、更新的知识给学生。比如《绪论》这一章涵盖的信息较多，而且信息之间又缺乏必要的力学联系，如果穿插进行多媒体视频教学，给学生提供大量的工程案例，使学生通过画面和声音接触客观的具体事物和现象，使抽象的理论具体化，可以帮助学生从感性认识上升到理性认识，激发学生学习该课程后续内容的兴趣。
但要特别注意的是，在材料力学的教学中，多媒体教学只能是辅助教学手段，并非采用得越多越好。首先，由于多媒体教学中师生交流互动较少，学生反馈的信息当堂难以调整，加之屏幕较小，学生容易产生视觉和注意力疲劳。其次，根据材料力学的课程特点，部分章节的基本公式推导繁多，如果采用多媒体课件，势必模拟板书的方式，一步一步地显示公式的推导过程。然而，由于公式推导过程长，步骤多，在一页幻灯片上显示的内容有限，那么就需要多张幻灯片来显示，造成在相关知识的连接对应上不直观，授课的连续性和流畅性会受到影响，从而影响学生的听课效果。因此，对一些重点、难点的问题，要将多媒体教学与板书教学手段有机结合起来，各取所长，优势互补，以期达到最佳的教学效果。
参考文献：
[1] 王晓峰, 郭长青, 胡和平. 材料力学课题式教学模式探讨[J]. 山西建筑, 2010, 16(36): 193~194.
[2] 李玉兰, 张永祥, 樊小龙. 材料力学课程教学改革与实践[J]. 高等建筑教育, 2010, 19(5): 78~80.
[3] 孙训芳. 材料力学[M].北京：高等教育出版社, 2002.
[4] 张新占. 材料力学[M]. 西安：西北工业大学出版社, 2005.
[5] 张浩. 学分制下的考试制度分析[J]. 大学教育科学, 2006(2): 42~43.
（作者单位：长安大学理学院工程力学系）
责任编辑：李 林
【关键词】材料力学；教学内容；教学方法；教学手段；考核模式
《材料力学》是工科学生重要的专业基础课之一，是学习后续课程的重要基础，是解决工程实际问题的重要方法和手段。我校有公路、汽车、机械、建工、环工、建筑和材料等7个学院近28个专业开设了材料力学课程，涉及学生3 000多人。但无论是从教学内容上，还是从教学手段和教学方法上，都有许多地方不能适应当前高等教育教学改革的要求。就教学内容而言，多年来一直没有重大变化，由此造成教学内容陈旧而缺乏创新。并且，在教学方法上，也保留了过去那种讲得过多、过细、过全的倾向，使得学生缺乏学习的主动性和积极性。在教学手段上，仍以传统的板书教学模式为主，而与教材内容相配套的多媒体课件使用不够。为提高材料力学课程的教学质量，培养出适应21世纪社会经济发展的合格人才，笔者结合多年的教学实践经验，从教学内容、教学方法、教学手段和考核模式等方面，作了若干的探索和尝试。
一教学内容的改革
1．优化教学内容。我校材料力学课程基本上还是沿袭以“拉伸→剪切→扭转→弯曲”为主线的内容体系，且每种基本变形都按“外力→内力→应力→变形→……”的次序进行研究，各种基本变形又都采用“平面假设→变形几何关系→物理关系→静力平衡条件→应力公式”这一相同的推导过程。显然，这种按基本变形进行多重循环的内容体系，内容重复多、学时量大，从第二种基本变形开始教学过程就缺乏新意，难以激发学生的兴趣。针对这一现状，我们应从重视学生能力与素质培养的要求出发，采用模块式教学结构，将课程内容分为“杆件内力、应力与强度计算、变形与刚度计算、能量方法与超静定问题、压杆稳定”等模块，把各种基本变形的共性问题（如内力、应力、变形等）集中起来讨论；同时对教材进行合理地取舍，比如删除与《大学物理》和《理论力学》内容重合的部分以及一些过时的内容。这样既减少了不必要的重复，节省教学学时，又便于教师组织课堂教学，提高教学效率，保证教学质量。
另外，教师应在传统教学内容的基础上适当地进行拓展，把前沿和热点方面的知识引入课堂教学，使教学内容贴近时代，体现出科技进步对学科发展和工程应用所带来的影响。比如在教学材料力学性能时，随着新材料在工程领域的大量涌现，仅限于研究金属材料的力学性能是不够的。适时补充工程中广泛使用的新材料及正在发展的智能材料是时代的要求，比如加一些单晶、人工超晶格、复合材料和纳米材料的开发和应用，使学生不仅掌握了经典材料的性能，也同时了解了当今材料领域研究的新成果。当然教师进行知识拓展时应简短，不可拖沓冗长；同时教师应在原有经典教学内容的基础上，提高该课程的起点，引入复合材料力学、弹塑性力学等近现代知识，介绍处理工程实际问题的方法，如有限元法、边界元法和无网格法等，这不仅会提高学生对所学课程内容的兴趣，也有利于学生理论联系实际解决问题。
2.加强实验教学环节的教学。材料力学实验是“材料力学”课程的重要组成部分，通过实验教学可以帮助学生理解掌握“材料力学”的基本概念和理论，在培养学生的工程素质、实践能力和创新精神方面有着其他教学方法不可替代的作用。因此，本着培养高素质创新型人才的目标，针对目前材料力学实验课的一些弊端，改革传统材料力学实验，建立新的实验教学方法、内容是必要的。
（1）更新实验教学观念。传统实验多是验证性实验，内容单一，形式固定，主要是教师演示，学生观看，学生处于被动地位，导致学生没有学习兴趣和创造欲望，限制了学生能力和素质的提高。因此，实验教学必须将过去的以教师为中心、学生被动参与的方式转变为以教师为主导、学生为主体、师生共同探索的方式，充分调动学生在实验中的积极性和主观能动性。
（2）改革实验教学内容。传统实验的主要内容为拉压、扭转和直梁弯曲正应力实验，这些实验虽然对学生加深理论知识的理解和掌握是必要的，但实验内容与工程实际、高新技术结合较少，实用性较差，要培养学生创新思维和解决实际问题的能力，应该在精选基础实验的基础上开设工程模拟实验。工程模拟实验是指以工程实际为背景，根据实验室条件进行了适当简化的实验。通过工程模拟实验，学生不仅能亲身经历用所学知识解决工程实际问题的全过程，而且有助于培养学生综合的工程分析能力，形成良好的工程素质和动手能力。
二教学方法的改革
在当前高等学校的教学改革中，如何使学生能够当堂掌握基本概念和理论，学会科学分析和研究的方法，课堂教学改革显得尤为重要。因为课堂教学集中体现了教育的基本要求，体现了人才培养的过程，直接关系到人才培养的质量。这就要求教师要特别注意课堂讲授方法的学习、研究。要充分认识到教学过程的信息传递中学生是主体，而不是消极、被动获取知识的客体。教师则起主导作用，根据具体的教学内容，变“灌输式”教学方法为“感知式”“总结式”“讨论式”“对比式”和“自学辅导式”的教学方法，调动学生学习的主动性和积极性，让学生通过自己的积极思考，在参与中顺利地完成学习任务。
1．感知式教学法。在讲授某些抽象概念时，教师可通过使用教具使学生对所学内容有直观认识。比如在讲述压杆稳定时，可以取相同截面尺寸的两根长短不一的小木条，当木杆很短时，即使施加很大的轴向压力，也不能使其破坏，而且始终保持直线状态；但当木杆较长时，在较小的压力作用下，杆就会突然弯曲而丧失承载力。从而说明，细长压杆之所以丧失承载力是由于其不能维持原有的直线平衡态所致。实例的引入让学生亲近了学习内容，进而提升了学习兴趣。
2.总结式教学法。教师在一些章节结束后应及时进行小结归纳，帮助学生系统掌握知识，培养学生的分析和归纳能力。例如，在讲授完四种基本变形后可总结思维图，这是每一种基本变形的思维主线，条理化后不仅使学生了解各基本变形间的内在联系，而且为应力应变状态分析以及组合变形的学习打下基础。
3．讨论式教学法。为了能使学生在原有基础上学会、学懂新知识，教师可根据教学内容设计难易不同的讨论题，旨在培养学生联想力和发散思维能力，使学生懂得“问题是什么”“问题的性质是什么”“解决问题的方法是什么”，让学生带着兴趣围绕重点难点比较、分析，让学生主动思考，多向交流，从而达到对知识的理解和消化。这种方法有助于引导学生积极思维，激发学生的学习兴趣，创造性地学习知识和应用知识，提高学生的实践能力。这种方法应用在例题求解过程的讨论和学生比较易犯的概念性错误等方面非常有效。
4．对比式教学法。对比法就是把两部分内容进行分类、比较，同中求异。如在分析各种基本变形的特点时，努力找其差别；或是异中求同，虽然各种基本变形的应力、变形公式及其内容各不相同，物理意义也不相同，但在表达式上却有类似之处，推导过程基本相同。因此，系统地讲解拉压变形后，可用类比的方法顺利地过渡到其他基本变形的讲解。
采用对比式教学法，不仅容易过渡到新的知识点，也有助于将各知识点进行归纳和总结，加强知识的系统化，更有利于学生深刻地理解概念、活跃思想、扩展知识。
5．自学辅导法。该方法是以学生为主体，教师为主导，自学辅导教材为客体，培养学生从“学会”走向“会学”的教学方法。在教学过程中，教师不必什么都讲，对于一些简单的、非重点的内容或学生容易看懂的内容可以给学生留下思考时间，向学生提出自学要求，布置课外作业，让学生自行完成本章的学习。
三教学手段的改革
教学目标的实现，教学内容的完成，除了需要优化教学方法，还需采用合适的教学手段。随着计算机在教学中的普遍运用，多媒体教学成为一种重要的辅助教学手段。多媒体教学的优势之一在于通过使用图片、动画视频、声音和文字，使枯燥抽象、难以用语言描述清楚的力学原理、概念变得生动具体。这不仅使学生接受起来容易，而且大大节省了教师的板书时间，使得教师有大量的时间将教学环节中比较重要的概念、习题在课堂上进行讨论和讲解，从而帮助学生更好地理解和掌握课程内容。比如在讲解材料的力学性能时，可通过动画模拟，演示低碳钢和灰铸铁两种不同材料静力拉伸时的力学实验，学生可直观形象地观察试件从加载开始到断裂的整个过程，通过观察、思考和对比分析，总结塑性材料和脆性材料的力学性能的不同点。同时，借助多媒体课件课程内容的重点和难点能方便地重放和交叉回放，这便于教师组织讲稿，使学生的学习能融会贯通。
多媒体教学的优势之二是有限的学时内容纳了大量信息，可以传输更多、更新的知识给学生。比如《绪论》这一章涵盖的信息较多，而且信息之间又缺乏必要的力学联系，如果穿插进行多媒体视频教学，给学生提供大量的工程案例，使学生通过画面和声音接触客观的具体事物和现象，使抽象的理论具体化，可以帮助学生从感性认识上升到理性认识，激发学生学习该课程后续内容的兴趣。
但要特别注意的是，在材料力学的教学中，多媒体教学只能是辅助教学手段，并非采用得越多越好。首先，由于多媒体教学中师生交流互动较少，学生反馈的信息当堂难以调整，加之屏幕较小，学生容易产生视觉和注意力疲劳。其次，根据材料力学的课程特点，部分章节的基本公式推导繁多，如果采用多媒体课件，势必模拟板书的方式，一步一步地显示公式的推导过程。然而，由于公式推导过程长，步骤多，在一页幻灯片上显示的内容有限，那么就需要多张幻灯片来显示，造成在相关知识的连接对应上不直观，授课的连续性和流畅性会受到影响，从而影响学生的听课效果。因此，对一些重点、难点的问题，要将多媒体教学与板书教学手段有机结合起来，各取所长，优势互补，以期达到最佳的教学效果。
参考文献：
[1] 王晓峰, 郭长青, 胡和平. 材料力学课题式教学模式探讨[J]. 山西建筑, 2010, 16(36): 193~194.
[2] 李玉兰, 张永祥, 樊小龙. 材料力学课程教学改革与实践[J]. 高等建筑教育, 2010, 19(5): 78~80.
[3] 孙训芳. 材料力学[M].北京：高等教育出版社, 2002.
[4] 张新占. 材料力学[M]. 西安：西北工业大学出版社, 2005.
[5] 张浩. 学分制下的考试制度分析[J]. 大学教育科学, 2006(2): 42~43.
（作者单位：长安大学理学院工程力学系）
责任编辑：李 林