农业院校工科专业《材料力学》教学方法研究
【摘要】材料力学是农业院校工科专业的一门必修的专业基础课程。由于在教学中存在着一些问题和材料力学本身理论性较强，学生学习困难，使得教师教学难度加大。针对以上实际问题，根据近些年的教学经验，在教学过程中对教学方法和内容进行了的归纳与探索，采用了主线式教学、工程实例教学和互动式教学，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的学习主动性，取得了良好的教学效果。
【关键词】材料力学；教学方法；主线式教学；工程实例教学；互动式教学
【中图分类号】G424.1 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）10-0046-02
一、材料力学课程的基本概况
《材料力学》是力学课程中的重要组成部分，也是农业院校工科专业中一门必不可少的专业基础课，学好这门课程对工科类各专业的学生来说具有重要的意义[1-4]。目前，我国农业高等院校中的工科专业，都开设《材料力学》课程，并且作为一门必修课课程。近些年以来，随着国家对高等教育的改革与发展的深入，高等教育课程设置和学时分配都发生了很大的变化，《材料力学》课程也在其中。制度和学时的改变，这就要求教师在教学过程中要不断地探索新的教学方法，及时总结教学经验，既能适应教学改革的需要，又能保质保量地完成教学任务。
二、材料力学教学中存在的问题
目前，材料力学教学中存在一些问题，具体表现在以下三个方面：
（一）学时减少
近些年来，随着我国高校教学体制和教学模式的改革，教学学时发生了大幅度地压缩。据调查，我国农业院校工科专业的《材料力学》学时逐渐被压缩、减少：在上个世纪八十年代，材料力学教学学时一般均在90学时或100学时以上；到上个世纪九十年代，材料力学教学学时为70多学时或80多学时左右；到二十一世纪以后，材料力学学时基本在60学时左右，如果扣除实验课所占学时，实际教学学时只有50多学时，与此相对应的教学内容变化却不大，因此课堂教学的形势十分严峻。
（二）教学方法落后
传统的教学方法强调老师在教学中的决定作用，最本质的特点是以灌输为主，贯穿到整个教学环节，每次课程都是老师讲，学生听，完全是“填鸭式”的教育形式。在整个的教学过程中，学生没有多少选择和发挥的余地，学生总是处于被动的地位，限制了学生的主动性，难于发挥学生的积极作用，也不利于学生能力的发展。
（三）教材陈旧，内容繁杂
在教学过程中，經常有学生反映材料力学内容复杂，难点较多，理论内容抽象且难以理解，找不到学习的要领和重点，材料力学的公式推导过程比较繁琐，内容较难掌握，容易产生畏惧心理，从而失去信心。这些问题如果解决不好，必将会影响到教与学的效果。
三、教学方法的改进
如何在较少的学时中，把材料力学课程的精华传授给学生，使学生能够充分理解和掌握，并有一定的自学能力，就达到了教学的理想效果。经过近些年的教学实践，针对材料力学课程的内容和特点进行了总结与归纳，在教学方法上进行了研究，探索出了主线式教学、工程实例教学和互动式教学模式，经过对几届学生的实践，教学效果良好。
（一）主线式教学
1.基本变形的主线
《材料力学》中的四个基本变形：轴向拉伸与压缩、扭转、剪切和弯曲，在这四个基本变形中都存在这样一条主线：变形—外力—内力—应力—强度—变形—刚度。
2.基本变形的特点
对于基本变形，首先要掌握其受力特点，根据受力特点来判断构件发生何种变形，这对以后学习组合变形尤为重要。如：轴向拉压的受力特点是所有外力（或合力）都与构件的轴线相重合，而扭转的受力特点所有外力都与构件的轴线异面垂直，关键掌握是重合与垂直；轴向拉压的变形特点是任意两个平面沿轴线发生了相对平移，而扭转的变形特点任意两个平面垂直于轴线发生了相对转动，关键掌握是平移与转动。
3.基本变形的内力
内力是基本变形最为重要的内容，具有承上启下的作用：杆件所受到的外力可以利用理论力学的知识来求解，接下来的内力就是材料力学的主要内容了，内力会求解了，那么后面的应力和变形也就好解决了。内力所涉及的主要内容如表1所示。
4.应力和变形
将应力和变形的公式一一列出以后，如表2，就会发现有很多的相同或相似之处。应力公式和强度条件中，分子都是内力，分母都是与截面几何性质有关的物理量。强度条件和刚度条件都是所求的最大值小于等于许用值。
5.小结
以上归纳了主线中的主要内容，其实还有很多的内容可以进行归纳总结，如：最大应力=最大内力/截面几何性质的物理量，变形量=内力×杆件长度/刚度等等，只要认真总结，就会发现规律，便于学习和记忆。对于讲授每个基本变形时，都可以用生活中身边的实例来引导和启发学生，如轴向拉伸与压缩、扭转、剪切和弯曲分别为拔河、开车方向盘下的轴、剪刀和教学楼内的横梁，从生活中的实例再抽象到材料力学中的模型，便于学生理解和掌握。
（二）实例教学法
在《材料力学》教学中，有许多与之有关的趣话和事例。在讲完基本理论后，适时联系这些生动贴切的生活和工程实例，可以激发学生对所学基本理论的学习兴趣，提高学习效果。以下简要列举四个教材中没有提到的生活和工程实例。
实例1体检时抽血化验，虽然只有5ml血液，但能够代表全身血液的性状（均匀性假设）。
实例2劈柴时，顺纹劈易断，横纹劈不易断（各向异性）。
实例3现在许多食品都用塑料袋包装，在这些塑料袋的封口做成锯齿状，或在其边上会有一个很小的三角形缺口，在缺口和锯齿状处撕塑料袋时，由于应力集中产生很大的应力，因此稍一用力就可以把塑料袋撕开。否则要打开塑料袋，则多半要借助于剪刀了（应力集中）。
实例4世界上著名“泰坦尼克”海难，最近，美国的一个专家小组又有了新的发现：在船壳受到冰山挤压时，壳体钢板间的铆钉承受了极大的剪切应力，船上铆钉的材料力学性能试验数据是在室温下做的，而这些铆钉由于内在质量的原因，它在零度以下的破坏应力要远低于室温下的破坏应力.因此，铆钉承受的高剪切应力造成船体裂缝，最后沉入大西洋底（剪切和挤压）。
（三）互动式教学
在教学中，对于每一个基本变形都涉及了大量的内力计算和内力图绘制，可以采用互动式教学。在课上，可以在黑板上出一些典型的习题，让学生来黑板上做题，做完后再让其他同学考虑是否正确，如有错误指出错在哪里，加深学生的记忆和理解，最后由老师点评，指出同学容易出错的共性问题，这样会使学生受益匪浅。
课上授课的结束并不意味着互动教学的结束，课后的教学安排是对上一次课的总结和延续，也是对下一次课的提高与发展。通过作业进行互动是最常用的方式，利用网络可以设立公共信箱，是进行知识、经验和精神交流的重要阵地。因此留给学生自己的联系电话、电子信箱、QQ号，便于课后交流，进一步加深彼此的了解，既促进知识的理解，又加强师生感情的交流，让学习变成轻松愉快的事。
四、结束语
《材料力学》是一门逻辑性较强的课课程，需要学生理解的知识很多。采用主线式教学、工程实例教学和互动式教学能收到事半功倍的效果。这些方法的运用可以在启发学生联想，提高创造、创新能力等方面效果显著，可圆满完成教学大纲的要求。
参考文献
[1]卞步喜，刘一华.材料力学公式记忆法[J].力学与实践，2007，29（2）：64-65.
[2]张百新，夏祥春，贾文青等.工程力学[M].北京：冶金工业出版社，2008：1-2.
[3]刘静香，张春梅，李宏德等.工程力学[M].郑州：河南科学技术出版社，2006：1-3.
[4]白英.新形势下材料力学教学改革的探索[J].内蒙古农业大学学报，2004，4：104-105.
作者简介：张玉清（1974-），男，内蒙古，沈阳农业大学水利学院，讲师，工学博士，从事岩土工程和无损检测方向研究。通讯地址：沈阳市东陵路120号沈阳农业大学水利学院。