单位文秘网 2021-07-28 08:12:28 点击: 次
[摘 要]在现有的课程体系模式下,材料力学课程必须以教学改革为中心,改革传统的教学内客、教学方法,加强实验内容的创新和考核方式的改革。本人结合多年的教学研究实践经验,通过对这几个方面的改革和探索,在教学中取得了良好的效果。
[关健词]材料力学;教学内容;教学改革; 实验教学
一、问题的提出
目前力学已成为众多工程和技术科学的重要基础,其中材料力学尤为重要,它是横跨理工的桥梁,是对工科学生进行素质教育必不可少的一门技术基础课。其在课程体系中的基础课和专业课之间起着承接的作用,为学习结构力学、工程力学、钢结构、混凝土等后续课程提供必要的基础。
传统的材料力学教学由于内容陈旧,不能反映科学技术的最新发展要求,而在教学上统得太死,缺乏灵活性,学生学习积极性不高,部分教师教学方法老化,使得材料力学的教学内容和方式、考核方法等都与当今素质教育的要求相抵触。针对这些情况,有必要对材料力学课程进行改革,以适应新时期教学的需要。而如何进行材料力学课程的改革,是我们广大教育工作者面临的一个十分紧迫的任务。通过长期的实践,我们发现应该从课程教学的内容和教学方法,实验内容和方法,等几个方面来进行材料力学的教学改革,以达到提高教学质量的目的。
二、改革课程教学内容和教学方法,适应新形势的要求
传统材料力学的基本理论体系是以铁摩辛柯和别辽耶夫的“材料力学”为代表,主要解决在线弹性情况下的应力和变形问题。教学上按基本变形进行三重循环的内容体系,内容重复,缺乏新意,花费学时较多,同时所教授的内容也仅限于线弹性阶段的金属杆件材料。而随着科学技术的发展。传统的材料力学课程内容已经不能适应工程实践发展的需要。
1、更新材料力学教学内容
材料力学是研究材料力学行为的学科,越来越多的新材料、新方法、新理论应用于工程实践。这就要求我们材料力学这门学科紧跟时代步伐。
在教学过程中,我们应该重视对学生的知识归纳能力和创新能力的培养,对一些传统内容加入当前的科技成果,以激发学生的学习兴趣。例如,在教学过程中,我们可以增加复合材料力学的知识,引人各向异性、非均匀的力学模型,使学生对复合材料有初步了解,同时让学生对比归纳各向同性与各向异性不同处理方法,将经典力学概念扩展到了复合材料力学概念。先进复合材料作为新材料的研究重点。在国民经济发展的各个领域有着十分重要的应用价值。在讲授复合材料的内容时,我们尝试首先介绍复合材料的定义、分类方法,使学生了解复合材料和常规材料在性能和基本假设上的差别,在此基础上讲授广义胡克定律时,由各向同性材料的广义胡克定律推出正交各向异性材料的本构关系,再推导出单层复合材l料的正轴和偏轴应力应变关系。而传统的失效破坏准则不能满足新型复合材料的安全工作,在讲授各向同性材料的四个强度准则时,推广到适应于复合材料的最大应力准则、最大应变准则、蔡-希尔准则及蔡-吴张量准则,以满足对复合材料的教学。通过引入复合材料内容,拓宽了学生的眼界,引发学生的思维向纵深发展,使学生对材料的力学性能有更深入的理解。
2、改革教学方法
传统的材料力学教学是一言堂教学,只注重知识的传授,基本上是以灌输知识为主,而忽视学生学习的主动性、创造性和综合运用能力的培养。当前的大学教育是素质教育,不再是让学生被动地接受知识,而是要发挥学生的积极性和主观能动性,培养学生的综合素质。材料力学的教学方法和教学手段要适应这种发展要求,也必须进行改革,转变为最大可能地激发学生学习的主动性和积极性,真正使学生由掌握知识向知识应用和知识创新过渡,培养学生的科学素养。应该改变在教学中以教师教学为主的传授知识方法,让学生充分发挥积极性和能动性,使学生在课堂上有更多的时间去思考和领会问题的实质。
在教学过程中,重视启发式教学。在教学中可以其交待问题的背景、起因和解题思路,让学生积极开动脑筋,正确引导学生探求问题。淡化繁琐的数学推导与数值计算,重视概念的理解和掌握,教会学生分析问题的思路和方法。部分章节讲完后,要提出后续问题和推广问题,让学生讨论、思考,拓宽学生的思路。课堂讨论是开发学生智力和培养学生创造力的有效手段,通过老师与学生的互动交流,开阔学生的思路,加深对问题的理解,从而使学生能力得到提高。
三、改革实验教学内容和方法,激发学生学习兴趣
1 加强实验教学内容的创新
传统的材料力学实验内容多为简单的验证性实验。失去了实验教学在培养学生动手能力、创新能力、分析问题和解决问题能力的优势。为培养学生的理论与工程实践相结合的能力,应将实验分为基础性实验、综合性实验和提高性实验三个层面。其中,基础性实验主要是了解材料的力学性能,培养学生操作实验仪器和独立完成实验的能力,主要包括拉伸、扭转、压缩、冲击等实验;综合性实验主要是培养学生综合性理论分析和实验分析的能力,培养学生完全独立的实验分析能力,主要包括综合电测、组合实验等:提高性实验是以工程实际或模拟工程实际为背景,培养学生进行工程分析的综合能力,主要包括组合电测及数值模拟试验、弹塑性应力及电测法综合实验等。
2、加强实验教学的方法和考核方式的改革
材料力学实验对于学生理解、掌握理论知识,培养实验技能及创新意识和创新能力均具有重要意义。但目前材料力学实验中综合、研究性实验比较少,个别实验内容简单,缺乏一定的启发性和思考性,演示实验与操作实验的比例也不尽合理。因此,教学目标很难实现。在教学实践中我们体会到。应结合专业特点,调整、完善实验教学体系,重组、整合、改造实验项目、实验内容,建立适应素质教育、创新教育需要及自身系统性、科学性的实验教学新体系。
(1)提高演示实验比例,加大教学信息量
为加大教学信息量,节省实验课时数,在满足教学大纲要求的前提下,可把通过演示就能理解和掌握基本概念、基本技术要领的操作实验均改为演示实验,提高演示实验在整体实验中的此例。如力学性能实验,材料的力学性能是构件强度计算的基本依据,因此,对于工科专业的学生来说必须了解实验的基本原理和基本方法,熟悉实验过程,但不一定亲手操作每个实验。基于这种想法。可把这类实验中的多数改为演示实验,并合并在一个实验单元内完成,而结合专业特点只保留个别实验为操作实验。例如,对于机制专业的学生,我们原来安排四课时做拉、压和扭转两个操作实验。现在用两课时演示拉、压、扭转、冲击、和疲劳四个实验,再用两课时开设操作实验op0.2的测定。这样做,在没有额外增加实验课时地前提下,增加了教学内容,并使学生对金属材料的力学性能及其测试方法有了一个比较全面、系统的认识和理解。
(2)减少验证性实验,精简实验内容
验证实验是学生在所学理论的基础上,通过实验的方法验证该理论的正确性,更加深对这些理论的理解。但对于高等学校的学生来说
已没有必要再把实验教学的直观、验证和巩固作用放在第一位,而应通过学生自己的直接实践和理性思维着重培养他们的科学实验能力和创新能力。因此,减少验证性实验,精简实验内容,是实验教学改革的重要内容之一。例如,弯曲正应力实验,其目的就是通过梁截面上的应变测量,验证纯弯条件下的平面假设,巩固、加深对弯曲正应力计算公式的理解。平面弯曲现象和结论比较容易理解,教材里和课堂上又详细进行了分析、论述,学生对此毫不怀疑。因此,按己知结论重复进行验证,学生兴趣不大。其效果只能是在电测静态应变的学习和操作训练上有所受益,仅此而已。因此可以淘汰这个实验或将其改为演示实验,而把电测静态应变的学习和操作训练安排在其它实验中。
(3)精选操作实验。培养学生的实验技能和动手能力
在选择操作实验时,首先要对原有的操作实验进行筛选、更新,淘汰一些内容陈旧、过于简单、缺乏启发性的实验,以适应新的实验教学要求。其次,选择操作实验要遵循循序渐进的原则。由浅入深、由易到难,使实验内容前后联系、相互衔接、密切配合。例如,对于工民建专业的学生,通过观摩力学性能实验对材料的力学性能及主要仪器、设备的工作原理、使用方法等已经有了初步的感性认识。然后安排E、μ测定操作实验。通过该实验使学生进一步熟悉仪器、设备的工作原理和操作方法,掌握材料力学性能的测定与应力、应变测量的基本方法。由于演示实验与操作实验的相互配合和实验内容、实验手段的合理安排,学生在实验过程中思路比较清晰,减少了动手操作的盲目性,较好地培养了他们的实践能力和动手能力。
3、开设综合、设计性实验,培养学生的创新意识和创新能力
综合、设计性实验是材料力学实验教学链中极其重要的一环。要使学生初步掌握科学研究的思维方式和解决问题的方法。要激发学生的创新意识,培养学生的创新能力必须通过开设综合、设计性实验来实现。如超静定梁实验,我们在实验说明中。只提供测试梁截面位移的条件,而无测力的方法和手段,需要学生自己运用功互等定理,把力和位移联系起来,明确测试目标,拟订实验方案。
综合、设计性实验一般都是从一定工程背景中提炼出来的。开设这样的实验对于培养学生的建模能力和工程实践能力具有不可替代的作用。例如,叠梁应力分析实验。事实上,工程实际中的梁往往就是由两根以上的梁组合而成的。譬如,工厂中的吊车轨道就是由钢筋混凝土梁与钢轨组合而成。它们来共同支撑设备自重与重物的负载。可见,开设该实验为学生建立理论计算模型提供了实验依据。
四、结束语
材料力学课程作为土建工程类专业的一门专业基础课,在课程体系中有着十分重要的地位。目前对于材料力学教学的改革已经势在必行,改革的方向应着眼于培养学生的创新能力和实践能力,在课程教学内容、教学方法和实验教学等方面进行探讨和实践,以培养高素质的复合型人才。通过这几个方面的探索和改革,在教学过程中取得了良好的效果。
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