浅谈材料力学课程绪论部分的讲授方法

摘要：本文综合介绍了材料力学课程绪论部分的讲授方法。在合理安排绪论基本内容、生动讲解的基础上，突出绪论课对整个材料力学课程的关键作用，其主要目的是把学生轻松引入材料力学的殿堂，激发学生对该课程浓厚的学习兴趣。

关键词：材料力学；绪论；方法

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）02-0167-02

材料力学研究杆件在荷载作用下拉、压、弯、剪、扭及其组合的变形特点，并分析计算构件的强度、刚度和稳定性，是传统的“三大力学”之一。在教学中，绪论部分并没有引起多数教师的重视，大多只是照本宜读。实际上，绪论是一篇很重要的开场白，要讲好绪论必须有多年的知识储备。一般认为，绪论部分的主要内容有三个问题：一是材料力学研究的对象及其基本任务；二是研究材料力学的方法及其基本假设；三是讲杆件变形的基本形式。捷克著名教育学家夸美纽斯说：“教育是一种教起来使人感到愉快的艺术，它不会使教员感到烦恼，或使学生感到厌恶，它能使教员和学生得到最大的快乐。”我认为绪论课更主要的任务是激发学生对材料力学的学习兴趣，掌握解决材料力学难点的基本方法，树立通过努力一定能学好的信心。在教学中，可以列举一些史实，说明材料力学的产生、发展与生产实践是分不开的，并综合工程实例介绍材料力学的基本变形形式和基本任务，通过分析材料力学发展的过程掌握基本的研究方法，从而提高学生学习的兴趣。

一、重点讲授绪论部分的重要性

良好的开端意味着成功的一半。一个引人入胜的开端，将会起到“一锤定音”的作用。作为教学，我们更应精心准备绪论课，敲响动人心弦的第一锤。一门课，如果有一个好的开端，就能抓住学生求知心理，激发学生学习兴趣，使他们怀着新的期待投入到新的学习中去。假如我们能激起学生对整门课程的学习兴趣，并帮助学生掌握解决材料力学难点的方法，即使学生在学习过程中遇到一些挫折，也能靠兴趣的驱使和基本的研究方法顺利完成本门课程的学习。材料力学绪论部分一般是安排在新学期一开始讲授，这时学生刚收假返校，还没进入紧张学习的状态，第一节绪论课应该在很轻松的状态下进行，逐渐把学生引入到核心的知识点上来。这就要求教师能够结合生活中实例，引导学生思考，引出知识点。结合自己的教学经验，我认为材料力学绪论部分的讲授顺序为：（由材料和工程应用的飞速发展引出材料力学课程）学习的必要性，研究对象和基本变形形式，基本任务，（材料力学与社会生产实践紧密相关，衍生新的研究任务和催生新的研究方法）最后讲研究方法和基本假设。

二、介绍学习的必要性，激发学习兴趣

培养学生学习这门课程的兴趣，必须让学生了解材料力学在工程和生产实例中的应用，使学生充分认识这门课程与生产实际紧密相连，这种生动而形象地把大纲内容与工程问题的解决相结合的教学方法，使学生认识到材料力学是一门非常有用的课程，激发起学习的兴趣。材料力学发展简史部分是为了激发学生对材料力学知识的热爱，在没有学习课程之前，许多专业名词很难介绍清楚，让学生产生畏难情绪，不应作为正式的教学内容。建议从材料的发展切入说明材料力学知识的重要性。材料力学是随着人类认识自然现象和解决工程技术问题的需要而发展起来的。材料的多样性迫使我们了解材料的力学行为。如今还有众多的关系到人类生存和生活质量的宏观现象，远没有被认识清，这些新的复杂的工程技术问题，如先进材料在大飞机上的应用、大跨度桥梁的设计与施工、大型土木工程的灾害预报等都有赖于材料力学的新发展去解决。让学生明白知识不是用来考高分的，而是要在将来直接或间接运用而指导生产实践和进行理论创新的。下课前可以提出一些日常生活中常见的问题让学生讨论回答，如，为什么自行车的主要承重构件要用空心钢管？为什么铁轨的截面形状为工字形——对这些日常生活中的问题答不出原因，势必使学生跃跃欲试并激起强烈的求知欲。这样，整个绪论课就有一种很强的感情冲击力，激发了他们的探究欲望，促使学生集中注意力，带着好奇与紧迫的心情去学习新课程。

三、研究对象和基本变形形式

材料力学的研究对象要讲清两点：一是杆件（几何特征），二是可变形固体（力学特性）。一般讲解都以等截面直杆为例。要强调杆的概念，也就是应用范围：可变形固体在某一方向上的尺寸远远大于与该方向垂直的方向上的尺寸。直杆也可外延至变截面杆或曲杆，这时需要引入微积分的思想，假设变截面杆或曲杆的一个微段上满足等截面直杆条件，然后进行分析，最后沿杆轴积分得解。

讲到材料力学与理论力学的区别和联系时，可以提问学生，作用在悬臂杆件（如图，不计自重）轴线上C点的力能否平移至B点？如果学生觉得无从下手，可以引导他们分别从刚体和变形固体两方面考虑，就可以得到正确答案：当把杆件视为刚体时，力可以沿其作用线任意移动；当把杆件视为变形固体时，截面C处作用拉力，整个杆件都将受力并变形，而在B截面处作用拉力，仅AB段受力发生变形，这两种情况是不同的，因而不能移动。如果发现学生还不太懂，可以引导学生把梁看成是长面包，让他们按照图示加力后看变形效果。通过这个问题不仅复习了理论力学中刚体上力的可移性，也使学生记住了理论力学和材料力学的在研究对象上的区别，即理论力学研究刚体，材料力学研究变形体。同时提醒学生材料力学将不断用到理论力学中的静力学部分的知识，比如求图中左端的约束反力。基本变形形式。这部分让学生自己考虑一个杆件可以怎么加力，有什么不同的加力方式，提问并鼓励学生大胆想象，充分发挥学生们的想象力，并把学生的想法列在黑板上。学生的想法可能很多，且受力可能很复杂，这时就把学生的想法加以梳理，利用理论力学中力的简化方法，引出杆件的基本受载形式。然后再一起分析考虑不同加力方式产生的变形效果，可以让学生对手上的橡皮或笔芯加力，然后看变形效果，使学生有一定的感性认识，最后老师用准确全面的语言加以概括。变形效果这里不必深究，因为后面还要详细介绍，有兴趣深入了解的同学可以参看教材后面相应的课程内容。

四、研究任务

材料力学的研究任务是强度、刚度和稳定性，可通过修建桥梁的工程实例进行讲解。桥梁不可施工过程中就倒塌或仅受较小荷载就发生破坏，而是必须满足在设计载荷下不被破坏，这就是强度问题；桥梁建好后，桥面不能左右摆，上下晃，甚至不能出现肉眼可测的变形，满足应变或位移条件，这就是刚度问题；桥梁修建好服役后处于平衡状态，加竖向移动荷载（如汽车过桥）或横向荷载（如风荷载）后桥梁是否能够依然保持原来的平衡状态下的几何形态，这就是稳定性问题。通过这一工程实例，可使学生对利用材料力学方法分析解决工程问题建立一种初步的感性认识。

五、研究方法和基本假设

力学的研究方法有理论、试验和计算三种，其中材料力学主要用到理论和试验方法，计算方法一般用于求解复杂的超静定问题。通过实验和观察提出关于客观世界的力学模型，并且把这个模型化归为一个精确的数学问题，求解所得到的数学问题。特别提醒学生，材料力学的学习方法不是死记硬背公式，或者死套典型例题，而是抓住根本，活学活用。将来在学习材料力学中遇到困难时的分析方法，我总结为：试验先行，概念清晰，分散难点，各个击破。因为有的概念、公式推导不清楚，往往是对概念没有真实实验现象感知，对某些公式持怀疑态度，所以要介绍试验和总结概括出实验结果，并形成公式。此外，只有概念清楚，才能把一个复杂问题拆解为几个简单问题，然后组合起来解决问题。材料力学研究杆件应力、变形时，舍弃次要因素，抓住了问题的本质和核心，因而对问题的分析大大简化，而得到的结果对工程一般应用已足够精确，所以为工程设计人员所欢迎。在试验的基础上，如何抓住问题的本质和核心而舍去次要的因素，使研究的问题得到大大的简化，而这种简化的理论又能反映问题的主要方面，并为实践所证实，得到工程上足够精确的近似解答，这是材料力学的重要课题，也是材料力学更新的主要内容。连续性、均匀性、各向同性、小变形假设便是采用这种方法给出的，是保证精度前提下的一种舍弃，这四个假设本身就体现了抓住问题主要矛盾的研究方法。突破任何一个假设，其分析方法都会比材料力学的方法复杂很多。四个假设主要是对材料特性加以简化，可采用粉笔盒、竹子、木头等作为例子讲解。

六、教学方法

上课绝不是照本宣科，即使教案准备得再好，学生也讨厌单纯把教案内容抄到黑板或者读一遍。备课其实是一种演习，因此真正上课便不能再是演习，而应该合上教案，胸有成竹地娓娓道来每一个知识点。重点突出，抑扬顿挫，表情丰富，身体配合运动，注重情感交流。教案跟教师的关系好比台词跟演员的关系，剧本和台词再好也需要演员的真情实感的表演。与学生交流，向学生提问。提问问题可分为三类：一类是已经过的知识，一类是刚刚讲的知识，一类是将要讲的知识。提问时要尽量设想自己跟学生是同一个知识水平，从他们的角度来理解和考虑问题。提问要给学生一点考虑的时间，而不是自问自答式，必要时给予学生一定的引导，目的是让学生真正地跟上自己的进度并能灵活掌握和运用所学知识。

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