材料力学双语教学研究
[摘 要]材料力学是工科专业的一门重要的专业基础课。为了卓越工程师的培养和教学相长意义上教师本身的发展，材料力学应采用国际化的教育手段，即通过中外文结合进行教学活动。对于这一新的教育方式，课题组从材料力学实行双语授课的内在需要、与之适应的教学方法、如何选取外文教材、对教师的要求以及和电算结合等几个方面，探讨了材料力学在双语教学实践和发展中面临的问题及解决方法。
[关键词]材料力学;双语教学;计算机应用
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）10-0060-03
材料力学是以固体材料的强度、变形和稳定为主要对象的基础学科，是结构和机械设计的学科基础。为了在国际化社会科学的发展潮流中加强学科双语教学质量水平，也为了塑造大量既有专业知识又有较好外文水平的现代人才，高校近年正在逐步加强对于材料力学双语教学的探索。随着国际化的逐渐发展，国家间的交流日益增多，学科教学已不局限于单一语言的指导教育。双语教学是未来教学的发展趋势，通过这种新的教学方式，不但能提高学生专业英语水平，也使学生可以更多地参与国际专业交流。进行中外文学习和查阅外文文献过程中，学生可以吸取国外材料力学或相关学科的最新发展成果[1]。材料力学课程的双语教学可以训练学生借鉴他人的思考角度，提升学生针对身边的具体工程问题的思考、分析和解决的能力[2]。这种新型的教学方式可以促使传统思维和现代思维融合，是学生培养才干的重要途径[3]。开展双语教学能够使学生熟悉外国的技术规范和法律，更好地借鉴国外经验技术，为今后自学国外的科学技术打下坚实的基础[4]。下面我们将从必要性、教学方法、教材和教师条件、材料力学电算等几个方面来探讨材料力学双语教学实践面临的问题和解决方法。
一、双语教学的内在需要
与其他课程一样，材料力学需要改革，其中包括教学方法与教学内容的革新，以适应时代要求和启发学生学习的积极性与创造精神。
（一）教材改革
高等学校的材料力学课程教材和其他课程教材一样，经历了几个阶段：直接使用或照抄西方国家教材;翻译和使用苏联教材;在学习苏联的基础上结合我国的特点和需要编写、使用自己的教材;发扬实事求是的精神，吸取国内外教材的特点，对自编教材进行修订提高。这样，材料力学课程教材从无到有，由质量低到质量较高，在满足党和国家培养高质量人才的要求上，编撰老师是做出不少贡献的。但是也应当指出，在取得成绩的同时，我们在进行材料力学课程教材选择与编撰的道路上，还存在一些问题。目前，我国材料力学版本不少，但多大同小异，特色较少，有些只是内容多少有差异，而教材的结构、叙述、插图例题等都类似，这种品种单调的情况满足不了我国蓬勃发展的各类型的工科院校的要求。因此，我们要编出一些质量较好的教材，一方面就要学习苏联教材叙述严谨、系统性强的优点，另一方面又要结合英美教材比较重视应用、理论联系实际工程的长处，同时还能注入我国多年来所积累的教学经验。在教材内容的选择上，必须从实际出发，实事求是，要考虑到课程的性质和任务去精选内容，不能盲目追求高精尖而引起教材内容的大起大落。要保持教材的相对稳定性，对已取得的成果，决不能轻率地推倒重来。实践证明，许多优秀的教材都要经过多次的应用、长期的锤炼、反复的修订，才可能逐步臻于完善，达到较高水平。迄今为止，在我们已经出版的材料力学教材中，达到较高质量的还不多，教学参考书、习题集和实验指导等工具书还比较少，具有不同风格、不同学术观点和不同改革实验的教材和参考书就更罕见了，因此，材料力学教材建設的许多方面，还有大量的工作需要我们努力去做。我们在总结自己编写教材经验的基础上，要认真地分析学习国外的教材，在教师和学生共同的参与下，吸收其中对我们有用的成分，形成具有我国自己风格和特色的材料力学教学，双语教学是其中的一个重要的实现途径。
（二）学生的外语水平
学生是教学活动的参与者。双语课堂上会出现大量的文字和语音形式的外文词汇，如何顺利地接收和消化这些信息，学生的外语水平是重要保证。显然，学生对外文的掌握程度越好，语言障碍越少，那么其学习成效就越大，这样可以达到较好的授课效果。对于外文程度不高的学生，一般建议应该在修完相关课程之后，再逐步开展双语学习，当然，也可以随班学习相关外文知识和专业知识。英语水平首先表现为必要的词汇量，只有具备了一定的词汇量才能进行外语的听、说、读、写、译训练。根据《大学英语教学大纲》的要求：大学生英语四级词汇是4200个，材料力学的开课一般在二年级的下半学期，这个时间已经有很多的学生通过了四级考试， 具备了一定的单词量基础和良好的英语阅读能力，因此学生可以从容组织语言并应用专业知识学习这门课程。
二、双语课程的教学方法
文献[5]建议用对比教学法、调研教学法、激励思考法、写作训练法等几种方法来提高双语教学效果。
同时，我们强调双语教学的关键目的在于学习国外同行对材料力学基本原理的不同和新颖的表现方式，并不是让学生去生吞活剥地学习一些外文专业词句。因此，在选定好外文材料力学教材后，需要给学生提供一些类似的中文教材。这样就设立了外文材料力学和中文材料力学的对立面，好处在于：使学生们先使用母语较快地学习掌握材料力学的内容和相关的中文专业表述;在此基础上，在教师的带领下学习外文材料力学对类似问题的不同解决方案，在学习具体问题的过程中，掌握外文对材料力学问题的描述和具体的解决手段。面对这种设置对立面的双语教学方式，学生不仅不会丢掉根本的学习目的，还可以学习对同一材料力学原理的中外两种解决方案，促使学生找出适合自己理解的那条路[5- 6]。在这个基础上，教师就可以循序渐进地应用双方都易于接受的途径达到双语教学的目标。根据相关的教学实践和对一些教学问题的认识，下面列举一些教学方法。
材材料力学课程有自身的明显特点，它应用性与趣味性较强。将本课程讲活的关键是充分而适当地“联系实际”。联系实际还是潜移默化地增强学习目的性、提高学习兴趣和主动性、培养工程观点和处理工程问题的有效手段。为了在教学中能丰富地、生动地、恰如其分地联系实际，教师多从事工程设计、科学研究，收集生产及科研中的有关实例，并从教学的角度加以提炼，是很有意义的。
加强自学能力训练的必要性，已不待言。这里，对当今大学生的“实际自学能力”与“自学能力的潜力”应加以区分。在材料力学的教学中，由于青年可塑性大、智力潜力大，大胆而又逐步地放手增加学生自学的比重是可行的，实践证明，他们的潜力往往比我们预料的要大。
开展课外“学习与研究”的科技活动，让学生（首先是学有余力的学生）进行研究性实验，对自学参考书及有关资料进行综述与评论，对一些问题进行初步的研究和探讨，写学习报告、研究报告，这对于启发创造精神，培养自学、实验研究、理论研究和表达等能力，以及运用所学知识分析实际问题的能力，好处甚大。
在绪论及一些章节的“合理设计”部分，可以进行（包括隐含）爱国主义教育;在问题的引出，公式的推导、应用及合理设计部分，可以灌输唯物主义及其辩证法;在问题的引出及理论的应用部分，可以隐含学习目的及意义的教育，进行工程观点及方法的培养。其中，材料的线性假设：[σ=Ee] 不宜作为基本规律（特别是在绪论中）提出，而且最好不要称作“虎克定律”，宜改为“单向虎克定律”或别的什么名称。要突出广义虎克定律，它才是基本规律，而[σ=Ee] 仅是它的特例，不强调这一点往往造成很大的误导作用。
多学时大纲的基本部分，没有“温度及变形速变对材料性质的影响、蠕变及松弛概念”，从科技发展及工程要求看，加上为妥。与强度（广义）有关的材料知识（除金属外还应包括塑料等高聚物材料），除材料科学系学生外，其他的学生知道得过少。疲劳破坏与持久极限的概念，宜在“拉伸与压缩”一章的材料机械性质中先简单地介绍，特别是对机械、航空等类专业的学生。这是从该内容应有的地位及教学效果两方面考虑而言。
三、双语教材的选取
我國的材料力学教材内容主要沿袭苏联教材，其特点是偏重于理论、数学的严格性和系统性，内容深、广、宽，这种类型的教材为我国的工业化培养了众多基础扎实、思路缜密的科技人才，这个好处不能丢掉，但在这个基础上，也可以了解一下欧美和日本的教程特点，为双语教学的教材选择提供一点借鉴。
英美教材总的基本特点是，强调应力和应变分析、变形和变形能计算;注意加强基本理论，扩大知识面;也重视计算技能的训练和工程设计能力的培养。由于英美国家没有统一的教学大纲，所以教材在选材和讲法上有较大灵活性。英美教材有些内容偏多偏深，这便于对程度较好学生进行因材施教。由于教材风格不同和讲法多样，对教师的教学很有参考价值。英美教材所存在的问题是，多数教材不如我国和苏联教材那样细致严密，而往往只侧重公式的应用，这对于学生学好基本理论是不利的。有些内容偏少或甚至没有，如“强度理论”“交变应力”等内容，在各教材中差别很大。此外，英美教材中不提出构件强度条件和强度计算，未引用不等式，这对学生掌握构件强度计算的方法是不利的。
日本材料力学教材类型多样，各具特色。有的教材内容深而全，要求高，篇幅大;有的教材短小精悍，重点突出，以不同的方式启迪学生的思路;有的教材将科技史料引入其中，这样不仅使学生学到书本知识，而且学会获取知识的方法;有的教材经济观念较强，始终贯彻如何以最少的资源来发挥最大的经济效益这样一条主线。另外，日本教材还有一些特点：如言简意赅、颇有新意、理论密切联系实际、习题和题解方法极为丰富、图文并茂，简明直观、通俗易懂方面有独到之处。
总之，选择外文教材需要在中文教材的基础上，根据不同专业的教学要求、学生的特点，由教师来指定做到行之有效。
四、对教师的要求
双语教学中，教师是最直接、具体的实施者和组织者，高素质的双语教师是推进双语教学的决定因素[6-7]。目前学校可实施英语教学的教师比例还很低，这与当前教育国际化的要求不相适应[8]。双语教学要求授课教师必须更新教学理念，改革教学方法，从教学目的与教学方法之间的关系、知识教学和语言教学之间的关系等方面，探讨双语教学的特点[9]。教师讲课时要合理充分地使用各种教学手段，如用图片、多媒体等介绍材料力学与著名大型工程的关系[10]，将深奥的原理用易理解的动画形式展示出来。可通过对比、问题、案例、调研、写作训练、激励思考等多种手段来提高学生的思维创新能力。教学可使用逐渐递进的方式来推进[11]，也可以教师为主导，以学生为中心，采用案例式、讨论式、启发式教学，加强师生间的互动交流[12]。在学习基本理论的过程中，可适当布置一些中外文结合的侧重于灵活运用基本概念和基本分析方法的习题让学生钻研和对比[13-14]。
五、电算和双语教学结合
目前，计算机语言基本是英语或其缩略词，双语授课可以促进学生提高解决材料力学问题的编程计算能力。随着高等院校教学改革和人才培养计划的调整和优化，科学技术飞速发展，新材料、新技术、新结构的不断涌现以及社会对工程创新型人才的需求，教育部门对材料力学教学提出了新的要求，探索在有限学时内更有效地组织教学内容、改进教学方法和教学手段，提高教学质量的新模式势在必行。因此，引入计算机进行材料力学教学是十分必要的，是培养大学本科生具备创新与实践能力、建设一流学科、加强建设创新型国家的时代要求。
计算机分析的引入将使材料力学所能解决的问题加深、加宽，依据材料力学基本原理和基本方法，对一般杆件内力计算、截面几何性质、应力状态和强度、稳定性问题，可以开发计算流程图、源程序和算例。实践发现：材料力学中引入计算机分析，会使计算过程大为简化和快捷，无论对于改变学生的知识结构和能力的培养都是有益的。首先，有利于本科学生尽早地接受计算机的训练，并掌握计算机分析的基本方法。其次，有利于拓宽学生的知识面，扩大他们解决工程力学问题的能力。一般材料力学中所研究的对象大都是等截面直杆，载荷类型也比较简单，计算分析使学生视野变得宽阔。最后，有利于材料力学课程改革与内容更新。在材料力学计算机应用中，本文作者运用Excel和VBA的函数数值计算、自动处理数据，对材料力学进行了教学实验[15]，在保持传统力法的基本原理和计算过程的基础上，解决了材料力学计算烦琐的问题，提高了计算速度和学习效率，增强了结构力学课程与实际的联系程度。
六、结论
材料力学的双语教学不仅可以创建工科基础教育国际化氛围，还为教师和学生的发展建立了重要的训练和学习阵地。本文对材料力学实行双语授课的内在需要、与之适应的教学方法、如何选取外文教材、对教师的要求以及和电算结合等几个方面，来探讨这种授课模式中会遇到的问题和解决方式，希望能通过学习外国的优秀做法达到促进我们国内材料力学教学水平上到一个新台阶。
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[责任编辑：钟 岚]