基于学生思考逻辑的《材料力学》绪论课教学设计

张志镇

摘要：绪论课教学在《材料力学》中具有重要的作用，本文提出了一种基于学生思考逻辑的问答式教学设计方法，依次深入回答“为什么会有《材料力学》这门课”、“为什么要学”、“学什么”、“怎么学”等问题，实践证明该方法对于提高学生学习兴趣和促进学生掌握课程内容架构等方面具有显著的效果。

关键词：材料力学;绪论课;思考逻辑;教学设计

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）08-0161-02

在机械、采矿、土木等工程专业培养过程中，《材料力学》课程处于由学习基础理论过渡到设计课程的地位，是一门与工程实际密切结合的专业基础课程[1]。绪论作为开门见山的第一课，具有十分重要的作用[2]，笔者基于近年来的教学实践，并结合多所高校的视频公开课讲授经验，提出了基于学生思考逻辑的问答式教学设计思路，并取得了良好的教学效果。

一、绪论课的作用

1.绪论课可激发学生的学习兴趣。相对于后续章节的公式推导、习题详解等教学内容的枯燥，绪论课是材料力学的第一课，利用图片、视频等形象化的媒介介绍新的力学概念和内容，拓展了学生的视野，教师从生活实践中提取新颖的案例，与材料力学知识相结合，可使学生产生浓厚的兴趣。

2.绪论课构建了整个课程的基本架构。材料力学绪论从研究对象、研究内容、研究任务、研究方法等方面详细阐述，使学生了解其与理论力学的区别和联系，以及与固体力学和材料科学的关系，在脑海中建立了材料力学的知识框架。

二、绪论课的教学现状及导致的问题

目前，《材料力学》绪论课教学中主要存在两方面的极端情况。

1.绪论课照本宣科，随意带过。有些教师认为绪论内容都是一些文字的描述，“散、大、空”，并且在考试中也不会出题，态度上不重视[3];有些教师限于自己的知识水平和范围，不知绪论讲授应该如何开展，因此只有按照教材上逐一复述，学生听着无聊烦琐;有些教师在网上随便找几张图片，简单介绍一些工程的背景，但是不能很好地与材料力学课程相结合，学生由于知识欠缺，也无法深入理解材料力学在工程实践中的具体体现。

2.绪论课过度深入，范围太广。一些教师认识到了绪论课的重要性，也体会到绪论既是教材的重点也是教材的难点，但在教学过程中出现过度性倾向，主要表现在：为了激发学生兴趣，列举大量工程实例，在每个实例上讲解太多，占用了过多的时间，使得材料力学知识大大淡化，淹没在精美的图片和视频里;为了展示课程与其他学科的关联，过多过深地讲解各种专业知识，使得还未入门的学生似懂非懂，并对过多的未知产生抵触心理。总之，对教学目标、教学内容与教学策略缺乏良好地统筹安排。

这两种情况都会造成学生无法清楚了解《材料力学》课程的学习目的、主要内容等，也不清楚《材料力学》与其他力学课程的联系，使学习兴趣得不到充分地激发。

三、绪论课的教学设计与实践

笔者认为，对于一门课程的教学，一定要遵循人类思考的基本步骤和逻辑，这样才能使初学者没有突兀感，由浅入深、从无到有地获得这些知识，而不能把多个知识点割裂开来，使知识点之间缺乏逻辑联系。

从学生角度出发，对于一个初学者而言，思考逻辑应该是这样的：为什么会有《材料力学》这门课？为什么要学？主要学什么？怎么学？等等一系列的问题。教师如果有效地依次回答这些问题，学生将会有一个清楚的认识，达到良好的效果，笔者将其称为“基于学生思考逻辑的问答式教学”。

1.为什么会有《材料力学》这门课呢？首先，利用图片或小视频的方式列举人类所建造的工程结构，这些结构极大改善了人类生活，从古代的木制房屋、佛塔等，到现代的高层建筑、工程机械等，每一种用一两句话来阐述，如果是采矿专业的学生，就重点列举地下工程结构等，与专业更靠近，就会激发学生的兴趣。然后，从世间万物的两面性出发，说明这些结构也会有不利的一面，从网上搜集到最近发生的影响较大的工程事故，例如楼房坍塌、大桥倾斜、电梯坠落等，在选取事故的时候，最好能分为三类，即对应后面所讲的强度问题、刚度问题和稳定性问题。最后，从这里引出三个问题：这些工程结构为什么会破坏？怎么样使它们更安全？怎么样能在保证安全的前提下更加经济？向学生说明对这些问题的回答就是《材料力学》的来源。这种富有逻辑性的讲解会让学生觉得不突兀、易接受，清楚认识到《材料力学》不是凭空出现，而是来源于生活生产实践的。

2.为什么要学习《材料力学》？针对不同专业的学生，要着重讲述该专业中《材料力学》的应用，最好列举出具体的应用场景，使学生清楚了解学习《材料力学》对其专业发展的重要性，以及学好《材料力学》对其后续个人发展的有效帮助，这样就把《材料力学》学习与其专业学习、个人发展切实联系了起来，对于提高其学习兴趣和积极性大有裨益。以采矿工程专业为例，以专业核心课程《矿山压力与岩层控制》中诸多问题举例，或者讲述学生熟悉的学术大师利用材料力学知识取得了某方面重大突破等，便可达到这样的效果。

3.《材料力学》主要学什么？首先，从前面各种工程结构讲起，说明它们都是由构件组成的，引出《材料力学》的研究对象——杆件，并根据轴线、横截面和受力情况对杆件进行简单分类。其次，讲解构件在受力后产生3种力学响应，即变形、破坏和失稳，并进行适当举例。正是由于这3种力学响应，工程结构才会发生前述的惨痛事故，分别对应3个构件安全工作的要求，即抵抗变形的能力、抵抗破坏的能力和保持平衡形态的能力，也就是刚度、强度和稳定性问题。最后，进一步讲清《材料力学》的主要内容和任务。

4.怎么学《材料力学》？从工程精度要求和简易性出发，讲清《材料力学》的近似性，指出三种基本假设和小变形的前提条件，阐述理论分析和试验测试相结合的力学方法，引导学生用力学思维方式进行思考。向学生构建《材料力学》课程的大体架构，纵向上看，是轴向拉压、剪切、扭转和弯曲以及组合变形，横向上看，针对每一种基本变形方式，都按照概念—内力—应力—变形的顺序，并且以强度计算和刚度计算为主要目的。这样，让学生对《材料力学》课程的结构布局和章节安排有清晰地认识，在后续各章节的学习中都从一个较高的视野来看待，而不会迷失在具体的讲课内容里。

四、教学效果分析

笔者在两个班级进行了试验，一个班级按照教材顺序按部就班讲授，一个班级采用此方法讲授，并在授课后让学生填写调查问卷，主要按照绪论课的两个作用对讲课效果进行调查：（1）你对学习《材料力学》有多大兴趣？（2）你是否清楚了《材料力学》的学习内容、方法和目标？每个问题设置5档选项。调查结果如图1所示。

由调查结果可以看出：（1）采用基于学生思考逻辑的问答式教学方法的班级，有74.3%的学生表示非常有兴趣，比常规教学法多37.9%;而“非常有兴趣”和“有兴趣”的达到90%，表明授课方法在激发学生学习兴趣方面取得了极大成功。（2）采用基于学生思考逻辑的问答式教学方法的班级，有78.6%的学生对《材料力学》知识结构非常清楚，比常规教学法多45.8%;但是“非常清楚”和“清楚”共有95.7%，而常规教学法也达到78.2%，这说明常规教学法也基本能使学生清楚了解课程的内容和架构，但该授课方法能使学生的认知更加清晰。

五、结论

在充分认识绪论课的重要性以及对教学现状的分析基础上，考虑到学生对《材料力学》课程的思考逻辑，本文提出了一种新的针对绪论课的教学设计方法，这种方法符合初学者的认知规律，易于被学生接受。实践证明，在提高学术学习兴趣和使学生更清楚课程内容架构两方面取得了显著的成效，对所有课程的绪论课教学设计具有良好的借鉴意义。

参考文献：

[1]彭雅轩，王建国.基于卓越工程师教育培养计划的材料力学课程改革方案[J].中国电力教育，2014，（23）：102-103.

[2]杨卓娟，杨晓东.关于高校课程绪论教学的思考[J].中国大学教学，2011，（12）：39-41.

[3]朱建廉.《绪论》课教学功能的研究[J].中学物理教学参考，2011，40（7）：2-5.