材料力學(xué)教學(xué)中多種教學(xué)方法并用,提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力-2019年教育文檔

1、材料力學(xué)教學(xué)中多種教學(xué)方法并用，提高學(xué)生創(chuàng)新思 維能力一、引言材料力學(xué)作為機(jī)械類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的“橋梁”，也是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)與工作的重要知識支撐。 在教學(xué)過程中如何幫助學(xué)生深入理解和掌握材料力學(xué)課程的知 識體系，明確每一環(huán)節(jié)的知識結(jié)構(gòu)，夯實(shí)學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng) 學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識解決工程問題的意識與 能力，一直是我們多年努力的方向。在多年教學(xué)實(shí)踐的過程中，我們努力探索對比教學(xué)法、問題 教學(xué)法、案例教學(xué)法等幾種教學(xué)方法的合理搭配使用，不斷積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教學(xué)成果，努力營造創(chuàng)新思維的氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生 主動思維，大膽提問，并運(yùn)用正確的思維解決問題，調(diào)動了學(xué)生

2、 學(xué)習(xí)的主動性，既活躍了課堂教學(xué)氣氛， 又提高了學(xué)生的創(chuàng)新思 維能力，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)起到了積極的作用。二、對比教學(xué)法，夯實(shí)課程基礎(chǔ)（一）四種基本變形下外載荷特點(diǎn)的對比材料力學(xué)課程的知識點(diǎn)既多又散， 學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中找不 到重點(diǎn)和方向。在教學(xué)過程中我們注重采用對比教學(xué)法，通過對新舊知識的對比、分析，幫助學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)理解和掌握新 知識。在學(xué)習(xí)桿件基本變形的各章中， 引導(dǎo)學(xué)生采用對比法，反復(fù)對比分析構(gòu)件承受的外載荷的特點(diǎn)。如果桿件承受的外載荷是 力，強(qiáng)調(diào)力的作用線與桿件軸線之間的空間方位關(guān)系；如果桿件承受的外載荷是力偶，強(qiáng)調(diào)力偶的作用面與桿件軸線之間的空間 方位的關(guān)系。通過采用對比教學(xué)法

3、，學(xué)生在面對復(fù)雜受力的構(gòu)件 時(shí)，能夠準(zhǔn)確判斷出構(gòu)件所承受的組合變形的形式。（二）四種基本變形下應(yīng)力分布規(guī)律的對比強(qiáng)度計(jì)算是材料力學(xué)課程知識體系中非常重要的內(nèi)容，其目的在于將構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力水平控制在一個(gè)范圍內(nèi)。能夠代表構(gòu)件應(yīng)力水平的點(diǎn)只能是危險(xiǎn)面上的危險(xiǎn)點(diǎn)，如何確定桿件在各種基本變形下危險(xiǎn)點(diǎn)的位置就成了強(qiáng)度計(jì)算中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在教學(xué)實(shí)踐中，通過反復(fù)對比四種基本變形下桿件橫截面上的應(yīng)力 分布規(guī)律，幫助學(xué)生快速準(zhǔn)確找到危險(xiǎn)點(diǎn)的位置， 使學(xué)生在面對 一個(gè)桿類構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)能夠充分把握自己關(guān)注的焦點(diǎn)。（三）基本變形與組合變形的對比四種基本變形與組合變形均有強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算，基本變形的強(qiáng)度計(jì)算考查

4、的是危險(xiǎn)面上危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力水平，組合變形考查的也同樣是危險(xiǎn)面上危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力水平， 所不同的是基本變形 下軸向拉伸與壓縮，橫力彎曲的正應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)處于簡單應(yīng)力狀 態(tài)，其強(qiáng)度計(jì)算直接用危險(xiǎn)面上危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力不超過許用值即 可；圓軸扭轉(zhuǎn)和橫力彎曲的切應(yīng)力點(diǎn)盡管不是簡單應(yīng)力狀態(tài)，其強(qiáng)度計(jì)算也可以套用危險(xiǎn)面上危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力不超過許用值理論。而組合變形下的危險(xiǎn)點(diǎn)一般處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)必須根據(jù)桿件的 材料以及危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)選擇合適的強(qiáng)度理論計(jì)算其相當(dāng)應(yīng) 力，保證其相當(dāng)應(yīng)力不超過許用值。在變形計(jì)算方面，由于軸向拉壓和扭轉(zhuǎn)變形可以根據(jù)胡克定 律計(jì)算變形量，在彎曲變形和組合變形中沒有相應(yīng)的計(jì)算變形的 定律，故對于彎曲變形

5、和組合變形的變形計(jì)算方面，材料力學(xué)提供了莫爾積分計(jì)算桿件的變形量。（四）歷史與現(xiàn)代對比在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對伽利略用木梁做彎曲實(shí)驗(yàn)得出的 梁彎曲時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律和現(xiàn)代梁理論關(guān)于梁變形后的應(yīng)力分 布規(guī)律進(jìn)行對比，并從歷史沿革的角度闡述從伽利略木梁到現(xiàn)代 梁理論的發(fā)展歷程，并探討伽利略針對木梁彎曲所得到的結(jié)論的 時(shí)代局限性。三、問題教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生主動思維材料力學(xué)課程的知識與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)，為了激發(fā)學(xué)生的主動思維，幫助學(xué)生及早建立“學(xué)以致用”的觀念，更為了強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，我們在教學(xué)過程中采用問題教學(xué)法。利用學(xué)生日常生活和身邊的具體實(shí)例作為討論 對象，通過提出問題的形式

6、向?qū)W生展現(xiàn)力學(xué)與生產(chǎn)和生活實(shí)際問 題息息相關(guān)，使學(xué)生在接觸問題的瞬間就開始積極思考，主動思維，而不是單純被動的等待老師的授課。通過問題教學(xué)法，調(diào)動 了學(xué)生的主動思維，活躍了課堂氣氛，增加了師生交流的時(shí)間與話題，取得了良好的教學(xué)效果。在討論如何提高梁的彎曲強(qiáng)度以及如何提高壓桿的穩(wěn)定性問題時(shí)，涉及橫截面的形狀對桿件強(qiáng)度和壓桿穩(wěn)定性的影響， 為 此我們收集了與生活和工程有關(guān)的一些實(shí)例啟迪學(xué)生的思維， 利 用學(xué)生們再熟悉不過的身邊問題進(jìn)行設(shè)問。 如：“小麥秸稈的橫 截面什么形狀？ ” “蘆葦?shù)臋M截面什么形狀？ ” “竹子的橫截面是什么形狀？ ”“植物的莖的橫截面是什么形狀？ ”“人類和動物的骨骼的橫截

7、面是什么形狀？ ”“雙杠橫梁的橫截面是什么形狀？ ”“自行車大梁的橫截面是什么形狀？ ”“腳手架各構(gòu)件的橫截面是什么形狀？ ”“什么體型特征的舉重運(yùn)動員有可能獲得舉重冠軍？ ”此一系列問題的提出，調(diào)動了學(xué)生的主動思維，使學(xué)生在思考和討論中得出結(jié)論， 這些截面形狀的共同 特征是空心圓截面。在學(xué)生得出此結(jié)論之后繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考：“自然界為什么選擇了空心圓截面？ ”理由是空心圓截面形式具有較強(qiáng)的抗彎曲能力。按照達(dá)爾文“適者生存”的原理， 其他 截面形狀在自然進(jìn)化的過程中被淘汰掉了，進(jìn)而再進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生討論不同的截面形狀對梁彎曲強(qiáng)度和壓桿穩(wěn)定性的影響，取得了事半功倍的效果。四、案例教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生工程

8、意識材料力學(xué)課程是學(xué)生在大學(xué)教育階段最先接觸到的與工程實(shí)際有關(guān)的課程，單純靠傳統(tǒng)的教學(xué)方法不足以培養(yǎng)學(xué)生的工程 意識。在教學(xué)過程中引入案例教學(xué)， 通過對相關(guān)案例的分析與研討， 不僅鞏固了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握，更將學(xué)到的理論知識與工程實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，將學(xué)生的眼光由理論知識引向工程實(shí)際問題，使學(xué)生由單純的學(xué)習(xí)知識轉(zhuǎn)化為運(yùn)用知識，幫助學(xué)生快速地將知識轉(zhuǎn)化為能力。在討論如何提高梁的彎曲強(qiáng)度時(shí)，采用了三峽電站四號機(jī)的轉(zhuǎn)輪從四川德陽運(yùn)抵宜昌的運(yùn)輸過程的案例分析。此轉(zhuǎn)輪自身重473 噸，直徑10 米，高 5.23 米，需要經(jīng)過的公路運(yùn)輸全長246公里，沿線共有124 座橋梁和1000 個(gè)涵洞。受汶川地

9、震影響，橋梁與涵洞處于“大病態(tài)”的共有 7 處。 如何將如此龐大的轉(zhuǎn)輪經(jīng)過狀態(tài)不算太好的公路安全運(yùn)達(dá)目的地？經(jīng)過進(jìn)一步的分析討論，學(xué)生提出的解決方案是：盡可能多地增加運(yùn)輸車輛的輪胎數(shù)，其目的是將集中力分散，降低橋梁承受的最大彎矩；其次是運(yùn)輸過程中要緩慢前進(jìn)，盡量避免對橋梁產(chǎn)生動載荷；最后還要對橋梁本身進(jìn)行加固，以保證轉(zhuǎn)輪順利過橋。在討論復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下構(gòu)件的破壞方式時(shí)，為了清楚闡述構(gòu)件的破壞方式不僅與構(gòu)件的材料有關(guān)，更與危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)， 我們采用了韓國歲月號渡輪沉沒事件作為典型案例分析。歲月號受到嚴(yán)重撞擊在幾秒內(nèi)發(fā)生傾斜，船上集裝箱等物體倒向一邊，使船體傾斜更嚴(yán)重，船體快速下沉，突然向一側(cè)翻倒，艙內(nèi)的大部分乘客無法及時(shí)逃出，造成重大海難。引導(dǎo)學(xué)生思考：船體翻倒后，不能靠砸開舷窗逃脫嗎？為什么舷窗玻璃很難被砸碎？是否因?yàn)殇摶Ａ貏e結(jié)實(shí)？類似此種危險(xiǎn)的境況下該如 何逃生？學(xué)生們經(jīng)過分析討論，不僅從舷窗的約束、材料、應(yīng)力狀態(tài)的角度解釋了舷窗玻璃難打破的原因，還給出了危險(xiǎn)境況下的緊急救生預(yù)案。在對相關(guān)案例的分析研討過程中，學(xué)生不僅扎實(shí)地掌握了理論知識，更開闊了視野，提升了解決問題的能力。教