实用材料力学实践教学方法分析

摘要：本文在新工科背景下，结合材料力学教学，探讨传统教学方式，实行学用结合方式，从课堂授课，课后训练等方面加入实践元素，提高学生学习的积极性，给出了组合变形和通过改变支撑条件来改变应力分布等案例，教学结果表明，加入实践环节的教学方法是一种有益的探索，本文的教学方式，可供其它课程教学参考。

关键词：材料力学；新工科；实践教学

材料力学是一门重要的技术基础课。它是各门力学课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。通过材料力学的学习，使学生掌握构件的强度、刚度及稳定性的计算方法，掌握材料力学的基本概念及理论，为学生学习相关后继课程打好必要的基础。目前正在全面启动的新工科建设[1-2]，是为了应对新经济的挑战，从服务国家战略，满足产业需求和面向未来发展的高度的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。新工科建设具有反映时代特征、内涵新且丰富、多学科交融、多主体参与、涉及面广等特点。材料力学是新工科建设的重要基础课。但是，材料力学教学和学习还存在诸多问题[3-4]，其一，多年来形成的教学习惯，还是以理论教学为主，课堂讲授方法、公式、定理，然后通过例题、作业、考试巩固授课知识点。其二，学生的学习兴趣不高，今年来学风下降是不争的事实[5]，传统的授课方法，教学效果大打折扣。其三，相对理论力学，材料力学的先修基础较差，对理论力学来说，中学阶段已经有牛顿三大定律等知识，已经有响应的力学熏陶。而材料力学的应力、应变对学生来说是全新的知识点。因此有必要改变传统的教学方式。

一、材料力学实践教学方式

新的教学方法，以新工科为背景，强调学用结合，作为在校学生，“用”的机会少，但是可以通过观察探讨等方式，寻找材料力学中的重要知识点在工程实践应用，或者，用材料力学的原理解释工程实际中的现象。第一，授课时，老师尽量使用工程实例，这些工程实例尽量是同学日常生活能经常见到的。第二，除了常规的作业训练之外，老师还可以布置一定的观察类题目，让同学寻找周围的工程力学问题或者工程结构，鼓励同学把观察的现象拍照下来，带到课堂，在讨论课时间里，与同学分享，从材料力学的角度分析结构的优缺点，提高同学学习兴趣。第三，测验和期末考试时，采用开放性题目，让平时投入经历多，善于观察、善于思考的同学，有个更好的成绩，提高同学观察和时间的积极性。

二、材料力学实践教学案例案

1，讲授组合变形时，有一个重要的知识点是压弯组合，如果偏心压缩，就一定是压弯组合参见下图1，图1-a是典型的偏心压缩，它相当图1-b和图1-c的组合。通过简单计算就发现弯曲产生的应力远大于压缩产生的应力。同学们经常的疑问是，为什么会出现偏心压缩，能不能在制造和安装时避免偏心压缩。课后训练时，让同学观察哪些是偏心压缩，怎么避免偏心压缩。有同学在讨论课中，展示了拍摄的照片，图2是停车场充电桩防雨棚，因为场地限制，无法设计成左右对称，雨棚的压力显示是偏心，计算结构是左右对称，风荷载作用下，还是存在弯曲应力。图2中立柱受力工况是典型的压弯组合，这说明，实践中，某些条件下，压弯组合不可避免，为了节省材料和经费，不能把立柱的尺寸加大，为了降低弯曲应力，在立柱左侧加上拉杆，减少立柱的弯曲，这是很科学的设计。通过这个案例，同学进一步理解压弯组合，也学到了一种降低弯矩和弯曲应力的办法。案例2，工程实际中，简支梁很常见，施工也方便，但是由从简支梁弯矩方程很容易知道，均布荷载作用下简支梁重点的弯矩是1/8ql2。弯矩大，应力相应的就大，为了安全，要么降低外荷载，要么减少跨度。有同学观察到，某八层教学楼的上面七层教室较宽，最下面一层，承重立柱布置向里收缩，参见结构示意图如图4所示,似乎浪费一部分使用面积（左侧玻璃隔断部分），A柱为什么这样设计？课堂上，结合同学提供照片组织讨论，理论学习知道简支梁的受拉弯矩（图5）1/8ql2，当上部压力较大时，跨度较大时，弯矩大，引起的应力大，不能保证安全，楼层确定，上部自重基本就确定。要减少q，只能减少楼层数，这几乎是不可能的，只好将柱子向里收缩，收缩跨度的五分之一，将简支梁变成伸臂梁，参见图6，则最大拉伸弯矩变成了1/40ql2，弯矩是简支梁最大弯矩的1/5，这样，最大应力也是简支梁的1/5，既能保证安全，又节省材料。缺点是浪费了低楼层部分空间，但是总体上是利大于弊。这个案例帮助同学较好地学习了简支梁、伸臂梁、最大应力及其在实践中的应用，同学们体会深刻。在此基础上，同学们研究发现，改变集中力作用方式，也能大大减少内力和应力，参积极调动起来了，知识点也掌握的较好。

三、结语

本文在新工科背景下，在结合材料力学教学中，改变传统教学方式，在课堂授课，课后训练等方面加入实践元素。教学实践说明给出了组合变形和通过改变支撑条件来改变应力分布等案例，提高学生学习的积极性，授课效果良好，因此加入实践环节的教学方法是一种有益的探索，本文的教学方式，可供其它课程教学参考。

参考文献：

[1]张望,白英,梁丽芳.面向新工科的高校创新型人才培养路径探究[J].高教学刊,2019（07）.

[2]柴若冰,张楠楠,任艳青.高校实践教学模式在创新型人才培养中应用研究[J].河北大学成人教育学院学报,2019（02）.

[3]赵桐,潘颖.材料力学研究性教学探讨[J].高等建筑教育,2012（06）.

[4]刘晓洲.结构案例法在材料力学教学环节中的应用[J].教育教学论坛,2017（06）.

[5]叶喜民,张慧峰,金玲.高校学风建设存在的问题及对策[J].新乡学院学报,2019（11）.

作者：兰四清 刘福江 单位：武夷学院