以工程案例为核心的材料力学教学研究与实践

1 / 8 以工程案例为核心的材料力学教学研究与实践 以工程案例为核心的材料力学教学研究与实践 引言 材料力学是大学工科中许多专业最重要的基础课程之一。现阶段，材料力学课程基本沿袭了前苏联铁摩辛柯的材料力学体系，即先研究基本变形后，再研究组合变形。这样做，使得所研究的问题由简单到复杂，符合认识论的基本规律。按着这样的课程体系教学，其优点是非常明显的，在我国几十年的人才培养中发挥了重要作用。 但是，为了适应这种课程体系，材料力学的教学一般都是采用演绎模式授课。即先进行理论推导，然后再 应用到具体问题。这样，在进行理论推导之前，必须把应力、应变等一些推导所必须的基本概念先行提出。而这些具有深刻内含的重要概念，由于学生缺乏实际经验作支撑，以原有的知识结构，接受、理解起来是非常困难的。这就导致了许多学生认为材料力学理论抽象，枯燥无味，从而产生畏难、抵触情绪，进而失去学习的兴趣；同时，随着材料力学教学学时大幅度缩减，为了保证教学进度，教师很難留有足够的时间去启发学生独立地思考问题、解决问题。这是现阶段教师一言堂、满堂灌，学生被动接受的填鸭式教学形成的根源之一。2 / 8 另外，材料力学是一门与工程实际密切相 连本文由论文联盟，它所涉及的每一个问题都有着相应的工程背景知识。而学生们恰恰缺少相关的工程经历。为此，在现阶段的材料力学的教学中，每一章节的引言，通常会介绍一些工程实例来弥补学生工程背景知识的欠缺，来激发学生的学习热情。虽然介绍工程实例时，学生会产生好奇心，但按照原有的教学模式，不可能对这些这些工程实例做深刻地剖析。于是随后的理论推导就会使得学生的好奇心逐渐消失。学生们感受不到学习内容与生产、生活的密切关联，感受不到学以致用的重要。因此，很难真正激发出学生独立思考、独立解决问题的 勇气和欲望，学习动力也逐渐消失殆尽。 由此可见，随着教学改革的逐步深入，原有教学模式的相关问题，严重影响材料力学的教学效果。而近几年来的探索实践证明，通过在教学中引入真实的工程实际案例，并以它们为核心组织教学，既保留了原有材料力学教学模式的优点，又克服了上述弊端，在教学中取得了非常好的教学效果。 一、以工程实际案例为核心的教学优点 以工程实际案例为核心的材料力学教学的本质就是案例教学。案例教学是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗 朗代尔于 1870 年首创，后经哈佛企管研究所所长郑3 / 8 汉姆推广，并从美国迅速传播到世界许多地方，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。 20 世纪 80 年代，案例教学引入我国。多年以来，国内外的学者对案例教学进行了大量的研究，并把研究结果应用到实际的教学中，取得了非常好的教学效果。但案例教学多局限于商学、法学以及医学等少数几个领域。把案例教学引入理工科的教学中却鲜有报道。如果把恰当的工程实际案例引入到材料力学的教学中，并围绕着它展开教学，将是一件非常有意义的事情。 提高学生的研究热情，充分调动学生学习的主观能动性 在以工程实际案例为核心的材料力 学教学过程中，通过引用实际工程中真实发生过的案例，从而引导学生对它们进行深度分析。通过设计解决方案，使学生具有身临其境的感觉，从而激发出学生强烈的兴趣和求知欲望。 有利于培养学生科学的思维方法、提高分析和解决工程实际问题的能力 由于现阶段材料力学教学中，过于重视理论的演绎、推导，结果忽视了学生用科学的思维方法分析、解决问题能力的培养。在以工程实际案例为核心进行教学的过程中，由于案例是工程实际中真实发生的实际问题，学生只有用正确的方法才能有效地去解决问题。这样，学生解决实际问题的能力会逐步积累 ，逐步提高。 4 / 8 有利于教师采用启发式教学，让学生真正成为课堂的主人 采用以工程实际案例为核心的材料力学教学，需要学生在上课前对所要研究的问题做充分的准备工作并完成案例分析报告。学生在完成案例分析报告的过程中，对所要研究的问题有了一定的了解。因此，教师在教学过程中，已不必像以前一样，忙于教学任务的完成，而有充足的时间针对学生的案例分析报告进行启发式教学。 可以有效地克服因学时减少给教学带来的不利影响 课时减少是大势所趋势，不可逆转。但又不能通过大幅度地缩减授课内容来解决问题。于是 ，教师为了完成教学任务，很少有时间顾及学生的感受，一系列弊端由此产生。而采用以工程实际案例为核心进行材料力学教学时，因为学生在上课之前，已经对案例做了充分的调查研究。因此，教师可以根据实际情况，对学生掌握很较的内容，点到为止。而对于学生掌握不好的内容，教师可以集中精力，组织学生进行分析、讨论、研究。这样，大大节省了上课时间，有利于教学任务的完成。 二、工程实际案例选取的注意事项 如前所述，现阶段，案例教学多局限于商学、法学以及医学等少数几个领域。而在理工科各个专业，案例教学应用的并不多。这主要是由 于采用案例教学的主要任务是在学5 / 8 生分析案例时引导他们学习与课程有关的知识，并以此為基础，来分析问题、解决问题。 以材料力学为例，虽然工程实际案例非常多，但受制于学生的现阶段的知识结构，适合材料力学案例教学的案列却相对较少。因此，这就需要教师尽可能多的收集相关的工程实际案例，并在其中找出适合材料力学教学的案例。这项工作虽然困难，但是，一旦找到适合的工程实际案例，并以它为核心组织教学，就会取得非常好的教学效果。 在实践中，可以做为核心展开材料力学教学的工程实际案例要满足四个条件：案例必须是在工程实 际中真实存在的。案例背景知识易于学生理解。案例要有完整的在工程实际中的真实解决方案。解决方案中的全部或绝大部分过程适合运用材料力学知识和分析方法。这四个条件对所需的工程实际案例的要求是非常高的。因此，找到恰当的工程实际案例是解决问题的关键。 三、以工程实际案例为核心的教学实施 以工程实际案例为核心的材料力学教学过程主要分为五个阶段，即教师案例准备阶段、学生案例分析报告的形成阶段、教师对学生案例分析报告的研读阶段、课堂实施阶段和评价阶段： 教师案例准备阶段 为了保障以工程实际案 例为核心的材料力学教学的6 / 8 教学过程顺利进行，教师必须在上课之前，对上课所要用到的工程实际案例做精心的准备。 例如，在研究弯曲内力、弯曲应力和弯曲变形三章时，可以以这样一个真实的工程实际案例做为核心，围绕着它来展开教学：某厂机修车间，在紧急情况下，需要用最大起重量为 5 吨的桥式吊车吊装重达吨的容器。要求：不能蛮干，施工方案的每一步都要经过科学的计算，不能损坏吊车，不能出现安全事故。那么，如何去解决这个问题？ 事实上问题的解决，所用到的是材料力学知识和研究方法，几乎涵盖了材料力学教学大纲关于弯曲部分 的所有内容。选择这样的案例，才会使学生感到问题的真实而不再是虚无缥缈，从而使学生迸发出好奇心，激发出强烈的探索欲望。 学生案例分析报告形成阶段 案例准备好后，提前一到两周交待给学生。交待案例时着重介绍案例的实际工程背景，明确需要解决的问题。学生课后可以通过查阅参考书、上网、相互之间讨论、应用软件模拟或做试验等方式来解决问题，最终形成案例分析报告。 案例分析报告的格式没有定式，学生可以以自己喜欢的方式完成。案例分析报告并不期待学生能够真正解决问题。重点也不在于对理论问题的推导，而在于引 导学生认识7 / 8 工程实际问题，发现问题，尝试着去解决问题。在其中，慢慢地体会分析、解决工程实际问题的思路和方法。 教师对学生案例分析报告的研读阶段 在以工程实际案例为核心的教学实施之前，有一项工作必须由教师来完成。这就是对学生的案例分析报告进行研读。研读的重点放在：学生对案例的理解程度。学生解决问题思路中哪些是常规方法，哪些是非常规。对学生提出的一些非常规思路做进一步分析，看按这样的思路可不可以解决问题。如果可以解决，这可能就意味着学生创新的开始。最后，教师从中找到有代表性的研究报告来进行教学活动 。 课堂实施阶段 在课堂实施阶段，主角是学生，而教师应甘当配角。但这并不意味着配角不重要。教师最主要的作用是启发学生去思考。教师可以把学生提出的问题以及解决问题的方法整理出来，制作出思维导图，从而引导学生学会使用科学的分析问题的方法解决问题并逐步形成能力。这就如同球场上的裁判，其任务是使比赛流畅的进行，却不能成为场上的主角。教师在教学中追求的目标应该是如春雨般的润物细无声。 评价阶段 通过以往的实践可知，采用以工程实际案例为核心的材料力学教学，可以激发学生的学习热情，让更多的 学生参与问题的讨论中来。但对少部分学生则效果不明显。具体表8 / 8 现在，在课后并没有认真完成研究报告，而是部分或全部地抄袭别人的成果；在课上也不去积极发言，参与讨论。为了应对这样的问题，制定切实可行的评价机制就显得非常重要了。可以将研究报告和课内讨论及发言的情况作为平