《材料力學(xué)》教學(xué)中對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探討

1、材料力學(xué)教學(xué)中對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探討摘要：如何在材料力學(xué)的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，本文認為通過講述材料力學(xué)發(fā)展史、教學(xué)緊密聯(lián)系實際和運用多種教學(xué)方法，既可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基本理論和基本內(nèi)容，又可以培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；創(chuàng)新能力；教學(xué)方法一、引言材料力學(xué)是高等學(xué)校理工科專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，在工程教育中占有相當(dāng)重要的地位。材料力學(xué)課程里面的基本概念和基本定理可直接用來解決工程實際問題，在科技發(fā)展日新月異的今天，仍在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是聯(lián)系學(xué)生基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，起著承上啟下的作用。因此在其教學(xué)中，不僅要教育學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握其基本概念基本理論，而且還要培養(yǎng)學(xué)生靈活運

2、用知識的能力和創(chuàng)新的能力。二、講述材料力學(xué)發(fā)展史以史為鏡，可以知興替。在材料力學(xué)的教學(xué)中，通過簡要講述力學(xué)發(fā)展史，幫助學(xué)生了解力學(xué)的發(fā)展歷程，并通過歷史中生動有趣的創(chuàng)新故事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神。彈性定律是材料力學(xué)一個非常重要的基礎(chǔ)，一般認為它是由英國科學(xué)家胡克(16351703)首先提出來的，所以通常叫做胡克定律。其實，在胡克之前1500年，我國早就有了關(guān)于力和變形成正比關(guān)系的記載。東漢經(jīng)學(xué)家鄭玄(127200)對考工記?弓人中“量其力，有三均”作了這樣的注釋：“假令弓力勝三石，引之中三尺，弛其弦，以繩緩擐之，每加物一石，則張一尺”，“每加物一石，則張一尺”，和胡克定律所講

3、的完全是同一個意思，但他比胡克早1500年就記錄下這種正比關(guān)系。第二次世界大戰(zhàn)期間，全世界有40k橋梁，在事先未見任何異常現(xiàn)象的情況下突然斷裂坍塌；美國有1000多艘全焊接輪船發(fā)生低應(yīng)力脆斷事故。傳統(tǒng)的材料力學(xué)的理論已不能妥善地解釋和解決這些矛盾。于是，一門新的力學(xué)分支斷裂力學(xué)便形成和發(fā)展起來了。通過介紹材料力學(xué)發(fā)展史，使學(xué)生理解到力學(xué)發(fā)展的歷程就是不斷創(chuàng)新的歷程。正如北京大學(xué)陳耀松教授說的那樣，“力學(xué)的本質(zhì)就在于創(chuàng)新”。所以，在材料力學(xué)的教學(xué)中，通過力學(xué)發(fā)展史，將前人創(chuàng)新過程再現(xiàn)在學(xué)生面前，能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新興趣。三、教學(xué)緊密聯(lián)系實際材料力學(xué)在工科專業(yè)的教學(xué)體系中處于

4、承上啟下的地位，概念多，理論性強，抽象而難于理解，并且應(yīng)用性極強，因此，教學(xué)必須緊密聯(lián)系實際，在聯(lián)系實際的過程中，培養(yǎng)學(xué)生用創(chuàng)新思維去思考問題，從而達到解決實際問題的目的。在日常生活和工程實踐中，學(xué)生必然會對一些問題產(chǎn)生疑問，并對這些疑問有自己的看法。此時，教師帶著問題引導(dǎo)學(xué)生思考，提供或者是討論一個思考的框架，“創(chuàng)新”地將材料力學(xué)知識運用過來，建立材料力學(xué)基本理論，通過進一步建立力學(xué)數(shù)學(xué)模型來解決問題。如果討論結(jié)果符合實際要求則問題得到解決，否則將繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考，對思考框架的界定、創(chuàng)新思維的合理等進行再分析，通過試錯法來達到解決問題的目的，解答學(xué)生的疑惑。整個創(chuàng)新思維流程如圖1所示。例如，

5、在學(xué)習(xí)到梁的強度時，提出生活實例：“為什么扁擔(dān)中間粗兩頭細”，根據(jù)學(xué)生的思考框架，他們可能認為這是天經(jīng)地義的，中間粗就不容易斷。此時，引導(dǎo)學(xué)生討論，引人梁的強度設(shè)計內(nèi)容來解決這個問題，引導(dǎo)學(xué)生建立起等強度梁的概念，再進一步思索到工程中的“魚肚梁”等構(gòu)件，說明它們的設(shè)計就是遵循這個原理。通過一個實例，使學(xué)生從簡單的生活常識中認識到工程中的創(chuàng)新能力。通過對實際問題的思索、解答和引導(dǎo)，增強學(xué)生的求知欲，拓寬學(xué)生的思維領(lǐng)域，使其實際運用能力得以提高，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。四、多種教學(xué)方法的運用“創(chuàng)造力人皆有之”是20世紀(jì)心理學(xué)的重大成果之一。創(chuàng)新能力是一種潛在能力，是每個人都具有的一種自然屬性，必須

6、通過開發(fā)才能得到發(fā)展。因此，在材料力學(xué)的教學(xué)過程中，需要運用多種教學(xué)方法來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高他們創(chuàng)造性思維能力。1.啟發(fā)式教學(xué)學(xué)生普遍反映，材料力學(xué)課程學(xué)習(xí)起來比較枯燥，不像有些課程那樣生動有趣。的確，材料力學(xué)重在邏輯思維和工程實際，難以吸引學(xué)生的注意力。但是如果在材料力學(xué)的教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，承認學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)主動性，進行生動活潑的教學(xué)，引導(dǎo)他們獨立思考、積極探索，就能培養(yǎng)他們分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力。例如在講到壓桿穩(wěn)定問題時，通過笑傲江湖中的“沖靈劍法”最后一招“同生共死”引入壓桿穩(wěn)定，由于學(xué)生一般都比較熟悉這個典故，因此就容易吸引他們的注意力，課堂上將出

7、現(xiàn)令人興奮、活躍有趣的生動局面。然后，因勢利導(dǎo)地引人壓桿穩(wěn)定的概念，使學(xué)生的認識逐步深入，并啟發(fā)其思考，為什么令狐沖和岳靈珊的劍會斷，怎樣才能不斷呢?當(dāng)場就有學(xué)生說把劍變粗、減小用劍的力氣，可以達到這一效果，其實他們已經(jīng)意識到提高壓桿穩(wěn)定性的方法了。通過這種啟發(fā)式教學(xué)，既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，啟發(fā)了他們的思維，激勵了他們的創(chuàng)新欲望，也有利于他們創(chuàng)新能力的發(fā)展。2.系統(tǒng)式教學(xué)學(xué)生反映材料力學(xué)中知識較多，學(xué)習(xí)起來頭緒有些不清，尤其是材料力學(xué)部分。如果用系統(tǒng)的思想來分析材料力學(xué)中的知識點，就容易解決學(xué)生的困惑。系統(tǒng)式教學(xué)法的核心是系統(tǒng)論，將研究的事物作為一個具有特定功能的相互有機聯(lián)系的系統(tǒng)，通過系

8、統(tǒng)分析把握整體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)特點，其主要表現(xiàn)形式是通過綜合思維，對系統(tǒng)知識進行檢索、歸納、分析并加以綜合。例如在講到材料力學(xué)部分的基本變形時，將四種基本變形系統(tǒng)地按照一個主線進行分析，即外力內(nèi)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)用，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程很自然地按這條主線進行學(xué)習(xí)，能夠系統(tǒng)地掌握知識要點，而不會覺得知識繁雜，頭緒不清了。系統(tǒng)式教學(xué)按系統(tǒng)分析的方法將知識進行組合，綜合分析，既加深了學(xué)生對現(xiàn)有知識的認識和理解，又從知識的重新排列組合中獲得解決問題的方法，增強了他們的系統(tǒng)思維能力。由于系統(tǒng)分析方法是創(chuàng)造過程中很重要的和常用的創(chuàng)造方法，因此系統(tǒng)式教學(xué)也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力。3.離散式教學(xué)離散式教學(xué)是系統(tǒng)式教學(xué)的逆過程

9、，其核心是離散論，分析是思維的主要表現(xiàn)方式，即將一個復(fù)雜的事物分解為簡單的部分，然后加以研究。例如組合變形，由于載荷的多樣性和復(fù)雜性，會產(chǎn)生兩種或兩種以上的基本變形，因此求解組合變形應(yīng)力較為復(fù)雜性，學(xué)生往往難以理解。但如果用離散式教學(xué)則容易將此問題解決，并能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。按分析的思維方法，離散外載荷，離散復(fù)雜的組合變形為基本變形，離散總的應(yīng)力為幾種基本變形對應(yīng)的應(yīng)力，然后將對應(yīng)基本變形的應(yīng)力疊加，這樣問題就簡單了。通過離散式教學(xué)，不論是斜彎曲、拉彎組合、彎扭組合，還是幾種變形的組合，都可從本質(zhì)上將其解決，給學(xué)生提供了一個更為寬闊的思考平臺，有助于他們創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。一般說來，離散式教學(xué)往

10、往與系統(tǒng)式教學(xué)相輔相成，常常在一個創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中綜合運用。4.聯(lián)想式教學(xué)在材料力學(xué)的教學(xué)過程中采用連珠炮式的聯(lián)想思維，擴展學(xué)生頭腦里固有的思維，由此可以給他們提供更多的創(chuàng)造性設(shè)想，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。如果平時教學(xué)中多采用聯(lián)想式教學(xué)，學(xué)生的知識積累得就越多，閱歷越豐富，聯(lián)想能力越強，聯(lián)想范圍越廣闊，創(chuàng)新能力就越強。例如在應(yīng)力圓的講授中，引導(dǎo)學(xué)生對應(yīng)力轉(zhuǎn)換方程進行一定的變化，聯(lián)想數(shù)學(xué)中圓的表達式，從而通過數(shù)學(xué)上的聯(lián)想類比得到創(chuàng)新成果應(yīng)力圓，進而通過圓的幾何關(guān)系幫助學(xué)生理解單元體的應(yīng)力狀態(tài)，將其應(yīng)用于工程實際解決實際問題。聯(lián)想式教學(xué)有助于學(xué)生沖破學(xué)科和專業(yè)的界限，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。5.逆向式教學(xué)逆向

11、式教學(xué)是采用逆向思維進行教學(xué)的一種方法，相對于正向思維而言，它從相反的方向、相反的角度和思路進行思考，從中得到啟發(fā)。當(dāng)采用正向思維教學(xué)暴露出某些局限或不足時，如果仍沿用原來的思路去講授，往往難以取得良好的教學(xué)效果，此時學(xué)生理解起來十分困難。但是，如果采用逆向式教學(xué)方法，提出新的假設(shè)，進行新的推理和實驗，往往會取得較好的教學(xué)效果。逆向思維的教學(xué)過程可以鍛煉學(xué)生的推理能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。例如在材料力學(xué)中，學(xué)生往往可以利用載荷集度、剪力與彎矩的微分關(guān)系畫剪力圖和彎矩圖，反過來，如果采用逆向式教學(xué)，教導(dǎo)他們根據(jù)剪力圖與彎矩圖來確定梁上的載荷和支座形式，則不僅可以提高他們畫圖的速度和正確性，而且可以加深對微分關(guān)系的理解。充分