《材料力学》教学中对学生创新能力培养的探讨.doc

材料力学教学中对学生创新能力培养的探讨摘要：如何在材料力学的教学中培养学生的创新能力，本文认为通过讲述材料力学发展史、教学紧密联系实际和运用多种教学方法，既可以引导学生学习材料力学的基本理论和基本内容，又可以培养他们的创新能力。关键词：材料力学；创新能力；教学方法一、引言材料力学是高等学校理工科专业的一门技术基础课，在工程教育中占有相当重要的地位。材料力学课程里面的基本概念和基本定理可直接用来解决工程实际问题，在科技发展日新月异的今天，仍在很多领域得到广泛应用，是联系学生基础课和专业课的桥梁，起着承上启下的作用。因此在其教学中，不仅要教育学生学习、掌握其基本概念基本理论，而且还要培养学生灵活运用知识的能力和创新的能力。二、讲述材料力学发展史以史为镜，可以知兴替。在材料力学的教学中，通过简要讲述力学发展史，帮助学生了解力学的发展历程，并通过历史中生动有趣的创新故事，激发学生的学习热情，培养他们的创新精神。弹性定律是材料力学一个非常重要的基础，一般认为它是由英国科学家胡克(16351703)首先提出来的，所以通常叫做胡克定律。其实，在胡克之前1500年，我国早就有了关于力和变形成正比关系的记载。东汉经学家郑玄(127200)对考工记?弓人中“量其力，有三均”作了这样的注释：“假令弓力胜三石，引之中三尺，弛其弦，以绳缓擐之，每加物一石，则张一尺”，“每加物一石，则张一尺”，和胡克定律所讲的完全是同一个意思，但他比胡克早1500年就记录下这种正比关系。第二次世界大战期间，全世界有40k桥梁，在事先未见任何异常现象的情况下突然断裂坍塌；美国有1000多艘全焊接轮船发生低应力脆断事故。传统的材料力学的理论已不能妥善地解释和解决这些矛盾。于是，一门新的力学分支断裂力学便形成和发展起来了。通过介绍材料力学发展史，使学生理解到力学发展的历程就是不断创新的历程。正如北京大学陈耀松教授说的那样，“力学的本质就在于创新”。所以，在材料力学的教学中，通过力学发展史，将前人创新过程再现在学生面前，能激发学生的创新热情，培养其创新精神和创新兴趣。三、教学紧密联系实际材料力学在工科专业的教学体系中处于承上启下的地位，概念多，理论性强，抽象而难于理解，并且应用性极强，因此，教学必须紧密联系实际，在联系实际的过程中，培养学生用创新思维去思考问题，从而达到解决实际问题的目的。在日常生活和工程实践中，学生必然会对一些问题产生疑问，并对这些疑问有自己的看法。此时，教师带着问题引导学生思考，提供或者是讨论一个思考的框架，“创新”地将材料力学知识运用过来，建立材料力学基本理论，通过进一步建立力学数学模型来解决问题。如果讨论结果符合实际要求则问题得到解决，否则将继续引导学生思考，对思考框架的界定、创新思维的合理等进行再分析，通过试错法来达到解决问题的目的，解答学生的疑惑。整个创新思维流程如图1所示。例如，在学习到梁的强度时，提出生活实例：“为什么扁担中间粗两头细”，根据学生的思考框架，他们可能认为这是天经地义的，中间粗就不容易断。此时，引导学生讨论，引人梁的强度设计内容来解决这个问题，引导学生建立起等强度梁的概念，再进一步思索到工程中的“鱼肚梁”等构件，说明它们的设计就是遵循这个原理。通过一个实例，使学生从简单的生活常识中认识到工程中的创新能力。通过对实际问题的思索、解答和引导，增强学生的求知欲，拓宽学生的思维领域，使其实际运用能力得以提高，从而培养他们的创新能力。四、多种教学方法的运用“创造力人皆有之”是20世纪心理学的重大成果之一。创新能力是一种潜在能力，是每个人都具有的一种自然属性，必须通过开发才能得到发展。因此，在材料力学的教学过程中，需要运用多种教学方法来培养学生的创新能力，提高他们创造性思维能力。1.启发式教学学生普遍反映，材料力学课程学习起来比较枯燥，不像有些课程那样生动有趣。的确，材料力学重在逻辑思维和工程实际，难以吸引学生的注意力。但是如果在材料力学的教学中采用启发式教学方法，承认学生是学习的主体，调动他们的学习主动性，进行生动活泼的教学，引导他们独立思考、积极探索，就能培养他们分析解决问题的能力和创新能力。例如在讲到压杆稳定问题时，通过笑傲江湖中的“冲灵剑法”最后一招“同生共死”引入压杆稳定，由于学生一般都比较熟悉这个典故，因此就容易吸引他们的注意力，课堂上将出现令人兴奋、活跃有趣的生动局面。然后，因势利导地引人压杆稳定的概念，使学生的认识逐步深入，并启发其思考，为什么令狐冲和岳灵珊的剑会断，怎样才能不断呢?当场就有学生说把剑变粗、减小用剑的力气，可以达到这一效果，其实他们已经意识到提高压杆稳定性的方法了。通过这种启发式教学，既调动了学生的学习主动性，启发了他们的思维，激励了他们的创新欲望，也有利于他们创新能力的发展。2.系统式教学学生反映材料力学中知识较多，学习起来头绪有些不清，尤其是材料力学部分。如果用系统的思想来分析材料力学中的知识点，就容易解决学生的困惑。系统式教学法的核心是系统论，将研究的事物作为一个具有特定功能的相互有机联系的系统，通过系统分析把握整体结构的性质特点，其主要表现形式是通过综合思维，对系统知识进行检索、归纳、分析并加以综合。例如在讲到材料力学部分的基本变形时，将四种基本变形系统地按照一个主线进行分析，即外力内力应力应变应用，这样学生在学习过程很自然地按这条主线进行学习，能够系统地掌握知识要点，而不会觉得知识繁杂，头绪不清了。系统式教学按系统分析的方法将知识进行组合，综合分析，既加深了学生对现有知识的认识和理解，又从知识的重新排列组合中获得解决问题的方法，增强了他们的系统思维能力。由于系统分析方法是创造过程中很重要的和常用的创造方法，因此系统式教学也培养了他们的创新能力。3.离散式教学离散式教学是系统式教学的逆过程，其核心是离散论，分析是思维的主要表现方式，即将一个复杂的事物分解为简单的部分，然后加以研究。例如组合变形，由于载荷的多样性和复杂性，会产生两种或两种以上的基本变形，因此求解组合变形应力较为复杂性，学生往往难以理解。但如果用离散式教学则容易将此问题解决，并能培养学生的创新能力。按分析的思维方法，离散外载荷，离散复杂的组合变形为基本变形，离散总的应力为几种基本变形对应的应力，然后将对应基本变形的应力叠加，这样问题就简单了。通过离散式教学，不论是斜弯曲、拉弯组合、弯扭组合，还是几种变形的组合，都可从本质上将其解决，给学生提供了一个更为宽阔的思考平台，有助于他们创新能力的培养。一般说来，离散式教学往往与系统式教学相辅相成，常常在一个创新能力培养过程中综合运用。4.联想式教学在材料力学的教学过程中采用连珠炮式的联想思维，扩展学生头脑里固有的思维，由此可以给他们提供更多的创造性设想，培养创新能力。如果平时教学中多采用联想式教学，学生的知识积累得就越多，阅历越丰富，联想能力越强，联想范围越广阔，创新能力就越强。例如在应力圆的讲授中，引导学生对应力转换方程进行一定的变化，联想数学中圆的表达式，从而通过数学上的联想类比得到创新成果应力圆，进而通过圆的几何关系帮助学生理解单元体的应力状态，将其应用于工程实际解决实际问题。联想式教学有助于学生冲破学科和专业的界限，培养他们的创新能力。5.逆向式教学逆向式教学是采用逆向思维进行教学的一种方法，相对于正向思维而言，它从相反的方向、相反的角度和思路进行思考，从中得到启发。当采用正向思维教学暴露出某些局限或不足时，如果仍沿用原来的思路去讲授，往往难以取得良好的教学效果，此时学生理解起来十分困难。但是，如果采用逆向式教学方法，提出新的假设，进行新的推理和实验，往往会取得较好的教学效果。逆向思维的教学过程可以锻炼学生的推理能力，培养他们的创新能力。例如在材料力学中，学生往往可以利用载荷集度、剪力与弯矩的微分关系画剪力图和弯矩图，反过来，如果采用逆向式教学，教导他们根据剪力图与弯矩图来确定梁上的载荷和支座形式，则不仅可以提高他们画图的速度和正确性，而且可以加深对微分关系的理解。充分