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材料力学实验教学改革一、引言材料力学是材料科学与工程中的重要学科之一，其实验教学一直是培养学生动手能力和实践能力的重要途径。
在当前的教学实践中，存在着一些问题，如实验内容滞后、设备陈旧、教学手段单一等，影响了学生的学习体验和实际操作能力的提高。
对材料力学实验教学进行改革，更好地配合现代化的教学理念和需求，提高教学效果，对于培养学生的实验能力和创新精神具有重要意义。
本文将围绕材料力学实验教学改革进行深入探讨。
二、改革的背景1. 实验内容滞后：随着材料科学技术的不断发展，新材料、新工艺层出不穷，然而传统的材料力学实验内容滞后于时代发展，不能满足学生的实际需求。
2. 设备陈旧：部分学校的材料力学实验室设备陈旧，性能滞后，难以支持面向未来的实验教学需求。
3. 教学手段单一：传统的实验教学主要依赖于实物实验，缺乏新型的虚拟实验、仿真实验等多样化教学手段，难以激发学生的学习兴趣和创新潜力。
三、改革的内容与措施1. 实验内容更新：结合材料科学技术的最新发展，对材料力学实验内容进行更新，引入新材料、新工艺的实验项目，使实验内容与时代发展保持同步。
2. 实验室设备更新：着力改善实验室设备，引入先进的材料力学实验设备，提高实验室的综合实验能力，确保能够满足未来教学发展的需求。
3. 加强实验室建设：对实验室进行整体规划和设计，使实验室布局更加合理，实验环境更加安全舒适，为学生的实验学习提供良好的条件。
4. 多元化教学手段：引入虚拟实验、仿真实验等多种教学手段，为学生提供更加丰富的实验学习体验，激发学生的学习兴趣和创新潜力。
四、改革的意义与影响1. 提高学生的实验操作能力：通过更新实验内容、设备和教学手段，可以更好地提高学生的实际操作能力，培养学生的动手能力和实践能力。
2. 激发学生的学习兴趣：多元化的教学手段能够激发学生的学习兴趣，提高实验教学的吸引力和趣味性，使学生更加积极主动地参与其中。
3. 增强学生的创新精神：开展前沿的实验项目和使用先进的实验设备，有利于激发学生的创新思维，培养学生的创新精神和科研能力。
材料力学课堂教学改革探析摘要：《材料力学》作为工科高等院校的专业基础课，为后续课程的学习奠定基础。
本文主要从课堂教学内容与教学方法两个主要方面初步探讨改善材料力学教学效果的新途径，认为：在课堂教学中要保持理论教学与实验教学相结合；在教学方法上要合理运用多媒体以及充分发挥启发式教学所倡导的学生主体作用。
关键字：多媒体教学；启发式教学；教师主导作用；学生主体作用【中图分类号】g640材料力学是工科院校本科毕业生学习的重要基础课，它不仅是为后续课程的学习奠定一定的基础，而且与工程实际应用密切相关，具有很强的实用性。
然而，许多学生在学习材料力学时认为内容多而抽象，不易掌握，特别是由于不能清楚的理解材料力学特有的处理问题的方法而导致解题过程中困难重重，这在一定程度上削弱了学生学习材料力学的积极性。
为了调动学生学习材料力学的积极性，对其课堂教学内容与教学方法的改革极其必要，有助于培养出兼具理论知识与实践技能的较全面的高技术人才，为社会与经济的发展而服务，具有突出的社会现实意义[1]。
本文主要从课堂教学内容与教学方法两个方面探讨改善材料力学教学效果的新途径。
1、改善材料力学教学内容（1）改善理论教学内容材料力学内容抽象，推导与计算繁琐，这势必影响学生学习的积极性。
在课堂教学过程中结合工程实例可以让学生更加清楚的知道所学的知识的具体用途。
如在讲解强度概念时，引入重庆綦江彩虹桥破坏实例更加形象的说明强度是构件抵御破坏能力；讲解稳定性问题时，引入毁坏的高压电线塔实例使学生更加清楚的理解稳定性是描述构件保持原有平衡状态的能力。
在讲解轴向拉伸或压缩时，轴力正负的判断是教学重点也是学生理解的难点。
在理论力学中所学的判断受力正负的方法在这里已经不再适用，然而学生长时间学习形成的思维定势阻碍了其对轴力正负的理解。
如下图所示沿m-m截面将一段轴分为两部分，初学材料力学的学生以左右两部分为研究对象得到的轴力的正负往往不同，这就需要教师在讲解时重点强调轴力正负的判断不能沿用理论力学的判断方法，要向学生明确轴力的正负要看轴力是否指向截面的外法线方向相同，相同为正，相反为负。
“三高四新”战略背景下土木工程专业《材料力学》教学改革实践探索摘要：材料力学是土木工程专业核心基础课之一，该课程具有理论抽象、逻辑性强等特点。
本文分析了传统教学存在的问题，并根据“三高四新”战略对土木工程专业人才的新要求，从课程内容、教学手段和方法、考核方式等角度提出了解决方案，并应用到本校土木工程专业，取得了良好的教学效果。
关键字：“三高四新”战略；材料力学；教学改革；土木工程2020年9月，习近平总书记在湘考察期间对湖南提出“三高四新”的殷切嘱托，要求湖南着力打造国家重要先进制造业高地、具有核心竞争力的科技创新高地、内陆地区改革开放高地，在推动高质量发展上闯出新路子，在构建新发展格局中展现新作为，在推动中部地区崛起和长江经济带发展中彰显新担当，奋力谱写新时代坚持和发展中国特色社会主义的湖南新篇章。
这既是从战略和全局高度对湖南作出的科学指引，更是将新时代湖南在全国大局中的角色定位、使命担当提升到了一个前所未有的高度，构成了“十四五”乃至更长时期湖南发展的指导思想和行动纲领。
湖南工业大学的土木工程专业作为我校优势专业，为湖南乃至全国输送了大量的土木专业人才，为适应“三高四新”背景下对复合专业技术人才的需求，开展土木工程专业的《材料力学》教学改革势在必行。
《材料力学》课程是研究分析杆件基于外力作用生成的应变、应力、强度、刚度、稳定性的学科，是固体力学的分支学科[1]，也是土木工程专业的核心基础课，连接理论力学和后续结构力学、混凝土结构设计等专业课的桥梁。
本文根据新时代对土木人才的高阶要求，探索“三高四新”战略背景下《材料力学》课程的教学内容、教学方法和手段及考核方式的改革。
在教学中融入新时代“三高四新”战略人才培养需求，不仅可以引导学生深刻理解所学专业的重要意义，产生专业自豪感，同时能更好地将理论知识与工程应用相联系，从而激发学生的学习积极性[2]。
1材料力学教学现状1.1课程特点材料力学是一门集理论性和实践性都较强的课程。
材料力学实验教学的改革与探索【摘要】本文针对学生对材料力学实验的兴趣不高、重视不够以及材料力学实验室条件不足、考核制度单一等主要问题及其原因进行详细分析，提出一些有效的教学改革措施。
【关键词】材料力学实验；实验教学；教学改革；改革措施材料力学是工科机械类、土木类专业的一门专业基础课，对学好后序专业课程至关重要。
而材料力学的实验对于学生掌握材料力学理论知识起着很重要的作用，它实际上是材料力学教学的重要组成部分，对学生进行科学实验训练，加深理解所学理论知识，提高学生动手能力，科学创新思维能力起着积极和重要的作用。
近几年来，随着教学改革的不断深入，材料力学实验教学从实验内容、实验方法到实验手段等方面均发生了很大的变化，基本实验质量得到了全面提升，一批新开发的综合型、设计型实验逐渐走向成熟，并取得了阶段性成果。
但是，在改革过程中，还暴露出一些问题，值得教育者们进行深入思考和探讨。
1 实验教学的现状1.1 学生的学习积极性不高目前材料力学的主要教学模式是验证性实验，实验教学始终处于从属地位。
学生首先接受理论方面的知识，然后再通过实验验证所学知识的正确性，因此学生不能充分认识到材料力学实验的重要性。
由于实验之前已经了解了理论知识从而知道实验结果，所以学生对实验普遍失去兴趣，缺乏应有的积极性和主动性。
并且，在材料力学课程的最后成绩中要么不考虑实验，要么只作为一种参考，这一现象进一步导致学生对实验课的重视不够。
1.2 实验条件不足随着社会经济的快速发展，大部分院校招生规模扩大，学生人数日益增多，而材料力学实验教学的实验场地、实验设备、实验人员却难以大幅度增加，这对实验教学的质量带来很大的问题。
并且，部分高校采用多处校区的发展格局，使得原本不足的实验资源进一步分散，使得材料力学实验的教学质量受到很大的限制和影响。
由于实验条件的限制，学生上实验课时往往很多人围着一台设备，使得多数人是在“看”实验，很少有机会能动手“做”实验，这样很难达到实验的目的，更谈不上提高教学质量了，失去了实验教学在培养学生动手能力、创造能力、分析问题和解决实际问题能力方面的优势。
面向力学专业的材料力学课程的教学改革研究与实践1. 引言1.1 背景介绍现正值科技高速发展的时代，材料力学作为力学专业的重要课程之一，对学生的综合素质和工程应用能力具有重要的影响。
传统的材料力学课程存在着教学内容过于理论、缺乏实际案例分析以及教学方法单一等问题，难以满足当前社会对工程人才的需求。
针对材料力学课程的教学进行改革是十分迫切的。
材料力学课程的教学改革不仅涉及课程内容的更新与优化，还需要探索符合学生学习特点和发展需求的教学方法和手段。
通过对材料力学课程的现状进行深入分析，发现存在的问题和不足，探讨教学改革的方向和路径是十分必要的。
通过实践案例的分享和效果评估，可以更加客观地评价教学改革的成效，为今后的教学改革提供借鉴和参考。
本文旨在对面向力学专业的材料力学课程的教学改革进行深入研究与实践，探讨如何优化课程内容、改进教学方法，提高教学质量和效果，为培养适应社会需求的优秀工程人才提供理论支持和实践经验。
希望通过本文的研究与实践，能够为材料力学课程的教学改革提供有益的借鉴和启示。
1.2 研究意义材料力学课程的教学改革研究具有重要的意义。
随着科技发展的日新月异，材料力学在工程和科学领域中扮演着极为重要的角色。
对材料力学课程进行教学改革，不仅有助于提高学生对该领域的理解和应用能力，还能够培养学生的创新思维和实践能力。
传统的教学模式往往较为传统和死板，难以激发学生的学习兴趣和动力，而教学改革能够使课程更加生动有趣，更好地满足学生的学习需求。
通过教学改革研究与实践，可以不断提高教师的教学水平和教学方法，促进教学创新和发展。
开展关于面向力学专业的材料力学课程的教学改革研究与实践，对于提高教学质量，培养高素质人才，推动学科发展具有积极的意义和作用。
2. 正文2.1 材料力学课程现状分析材料力学课程作为力学专业的重要课程之一，一直扮演着培养学生对材料本质和性能的认识与掌握的重要角色。
通过对材料的力学性质和行为进行系统化的学习，学生可以更好地理解材料在不同环境和加载条件下的行为。
浅谈材料力学教学改革摘要:材料力学是工科学生重要的一门专业基础课,但随着学时的删减材料力学的学时越来越少,如何在极其有限的学时之内让学生掌握大纲要求的内容。
关键词:材料力学教学手段材料力学是一门重要的专业基础课,既具有理论性又具有直接应用于实际的实用性,它所涉及的内容与工程实际有着广泛的联系,而且它也与后续课程有着密切的联系。
学生学习了这门课,可直接应用于工程设计去解决工程实际问题。
而且学生毕业后能否用已有的知识解决问题,很大程度上取决于对专业基础课的掌握度。
由于学时的删减和针对具体学生个体的差异,材料力学的传统的教学方法和教学内容必须加以改革、调整,以使培养出来的学生能解决工程实际问题和适应科学技术发展。
我们应通过优化材料力学课程体系,更新教学内容,改革教学方法等,不断深化了材料力学的教学改革。
1 合理地选择教学内容教学中如果面面俱到反而会影响基本内容的掌握。
我们应该根据学生的实际情况和教学大纲的基本要求对基本内容作出适当的调节,对一些重点内容要精讲,对一些了解的内容点到即止。
同时改革过程中应注重教学内容的完整和严谨,突出内容的内在联系。
并注意到深度层次的划分,突出对工程实例的力学分析。
对于教材本人觉得现用教材对于学生来说偏难,我们应该根据现行的教学计划,学生的实际接受情况,总结教学工作经验,吸收现用教材的优点,编著一本适用于我们学校学生的教材。
新编教材应该力求深入浅出、简明扼要,以适应当前的教学改革和学时减少的现状。
但我们也不能忽略一些学习好的学生的需求,应该利用课堂一小部分的时间介绍一些偏难的内容和习题。
2 减少课后作业数量现在学生的学习任务非常繁重,应该力求学生在课堂上能基本消化所学内容,课后作适当练习加以巩固。
课后习题分为两类,第一类是所有学生必须要掌握的简单基本的习题;第二类是偏难的习题留给对材料力学感兴趣的,学的较好的学生。
对布置的第一类作业要严格要求,及时检查和督促,发现问题要及时在课堂上讲解。
论新形势下高校《材料力学》教学改革《材料力学》是高校机械、能源动力、土木、材料等工科类专业的一门重要的专业基础课，课程的特点是理论性较强，同时又与工程实际联系紧密。
它的任务是在保证构件既满足强度、刚度和稳定性要求又经济合理的前提下，研究构件在外力作用下的变形和破坏规律，为构件的合理设计提供基本理论和计算方法。
《材料力学》对培养学生的力学思维能力和应用实践能力非常重要，同时也为学生学习许多后续课程如《机械设计》、《弹性力学》、《流体力学》等提供必要的基础。
随着高校专业改革的不断深入，一方面本课程的学时数逐渐减少，许多专业的教学时数缩减为48学时，而另一方面为了适应现代工程技术发展的需要，课程的教学要求却又有所提高。
因此，为了在减少学时的情况下达到相同的教学效果，本课程的教学内容和教学模式也需要与时俱进。
本文依照课程教学内容服从专业培养目标、课程教学方法服务于课程教学内容、素质教育贯穿于整个教学过程的原则，以培养学生的创新意识和分析解决工程实际问题的能力为目的，针对新形势下《材料力学》课程的教学内容和教学模式进行了一些研究与探索。
一、教学内容改革《材料力学》课程教学大纲规定的基本教学内容主要包括：杆件的四种基本变形(轴向拉伸及压缩、剪切、扭转和弯曲)、应力状态与强度理论、组合变形及压杆的稳定性分析等内容，这些内容也是各专业教学大纲的基本要求。
由于课程与工程实际问题联系紧密，因此，按照课程教学内容服从专业培养目标的要求，对于不同的专业还应适当加入新的针对专业实际需求的内容，以使《材料力学》这一课程更好地与专业工程实际相适应。
例如，对机械专业，应增加构件的疲劳与断裂等内容，同时可适当加入结构可靠性设计及优化设计等部分内容，使学生在学习过程中能体会到本课程与现代设计方法的有机结合，增强他们运用基本理论解决工程实际问题的能力;对能源与动力工程专业，应增加热应力和薄壁容器的设计与寿命预测等内容，以更好地分析解决工程实际问题;对材料专业，可增加复合材料力学性能知识，使学生接触到完整的材料学性能的知识。
在基本教学内容的基础上增加符合各专业实际需求的内容，构成了适合于不同专业需求的教学内容体系，这些改革措施不仅可以激发学生对于本课程的学习兴趣，而且面向各专业实际工程应用的内容也能够提高他们运用基本理论解决工程实际问题的能力。
二、教学方法与手段的改革(一)引导式教学法引导式教学就是针对每一部分教学内容，先在黑板上列出本部分内容的研究思路和步骤，然后提示学生按此思路进行有针对性的自学，然后再由教师进行讲解。
如基本变形问题的研究思路通常是：观察变形规律，提出变形假设;建立变形几何方程(协调方程);建立物理方程(本构方程);空间静力学平衡方程。
在讲述扭转变形时，通过扭转变形平截面假设及扭转变形动画，在黑板上列出扭转变形问题的研究思路，并给出适当提示，然后让学生仿照轴向拉压杆件横截面上点的正应力的推导方法，从圆轴中沿轴线方向截取出一微段，根据扭转变形的平截面假设，变形几何关系、物理关系和静力关系的顺序去推导扭转变形时横截面上的切应力表达式，再由微段的相对扭转角的表达式自己推导出两端受扭的圆轴左右端截面相对扭转角的表达式，从而得出扭转变形时横截面上的切应力分布规律，并让学生自己思考受扭合理截面的设计规律，进而使学生深入理解工程上受扭圆轴通常做成空心截面轴的原因。
类似地，在讲述纯弯曲梁横截面上点的正应力时，也引导学生按照基本变形问题的研究思路，仿照轴向拉压变形杆件横截面上点的正应力表达式及圆轴扭转时横截面上点的切应力表达式的推导方法，自己去尝试推导纯弯曲梁横截面上点的正应力表达式。
在讲述各种基本变形问题时采用引导式教学法，既可以让学生得到力学思维和推理能力的训练，克服对于理论学习的恐惧，体验到推导理论公式的成就感，从而提高其自学能力和分析解决工程实际问题的能力，同时又可以避免教师在课堂上花了大量时间去推导理论公式而学生却难以理解导致课堂教学效果较差的问题。
(二)工程实例教学法《材料力学》与工程实际联系紧密，可以这样认为，《材料力学》的研究就是针对解决工程问题而展开的，因此在课堂教学中，针对每一部分理论都应讲清楚其工程应用，以提高学生的工程认知和应用实践能力。
这些工程实例可以是具体的工程问题，也可以是身边的力学实例。
在讲述梁的危险截面时，举了一个身边的实例让学生自己分析：拿一根细木棍，一边放在讲台上，另一端用手向下压，当用力较大时，此时细木棍会在与讲台的支承处断裂，此时向学生提问，为什么是细木棍在讲台的支承处发生折断，而不是在其他位置，然后让学生自己分析原因。
他们通过自己分析，发现细木棍在讲台支承处截面上的弯矩最大，是危险截面，细木棍正应力的最大值就出现在讲台支承处的截面上，因此，细木棍破坏时必然在讲台支承处先发生破坏，从而明白了对于等截面梁如何确定梁的危险截面的问题。
其实，在我们的身边，在日常生活中，随时都有大量的实际问题和工程问题可以结合研究。
如针对车间里的吊车桥架，可以讨论如何利用现有吊车使其能够吊起重量更大的物体的问题;讲授圆轴的扭转变形和梁的弯曲变形时横截面上的切应力和正应力分布特征时，可结合讨论人体、动物骨骼的结构特征，如都是空心管状结构，即既能满足生存需要，又减轻了自重，是大自然进化的一个杰作。
还有向冷玻璃杯内倒进开水，杯子破裂的应力、应变分析;烟囱或电线杆倒地断裂后，断裂部位的力学分析;大自然赋予树木的美好造型，如形成合理的圆形截面，上细下粗的树身，能够抵御不同方向的风力引起的弯曲内力和变形，等等。
这些身边的力学问题实际的工程实例，首先培养了学生的学习兴趣，然后引导他们逐步利用所学知识去分析问题，建立问题的力学模型，进而利用现有知识尝试解决相关问题。
这些工程实例的引入，对于培养学生分析和解决实际问题的能力的作用是显而易见的。
(三)类比法教学在教学过程中经常采用类比法进行教学，可以引导学生分析前后所学内容的相互联系与区别，加深其对于所学知识的理解和掌握水平。
如在讲述纯弯曲梁横载面上点的正应力公式时，让学生将纯弯曲梁的正应力公式与轴向拉压杆件横截面上点的正应力和圆轴扭转时横截面上点的切应力公式进行对比，让学生理解和体会这些公式之间的联系与区别。
在讲述平面应力状态任意斜截面上的应力及主应力和主平面的方位时，将其与平面图形的转轴公式及主惯性矩和主惯性轴的方位进行对比分析，使学生更好地理解两者之间的相似性。
在讲述杆件的弹性应变能计算时，将轴向拉压杆、扭转圆轴、弯曲梁的微段的变形能和整个杆件的变形能放在一起进行对比分析，使学生更好地理解这三种基本变形时杆件应变能的计算方法。
类比是探索解决问题与发现新结果的一种有效的思维方法，教学中通过精心设计，因势利导，将问题进行横向的拓宽和纵向的深入，可以有效加强学生归纳分析能力的培养。
(四)适当将数值分析解法引入教学《材料力学》的研究方法除了理论分析和实验研究之外，还有一种重要的研究方法即数值分析方法。
在解决工程实际问题时，本课程基本理论一般只能解决杆件的强度与变形问题，而实际的工程构件却是各种各样的，其中有大量的不能简化为杆件的构件，要解决此类构件的强度和变形问题，则只能采用数值分析方法。
为此，在教学过程中，在讲述主要内容时，适当将数值分析方法主要是有限元单元法引入教学，让学生了解有限元软件Ansys的应用方法，并将本课程基本理论所得的解与有限元法所得到的解进行对比分析，使学生理解本课程基本理论的应用范围和精度问题，更好地提高其分析和解决工程实际问题的能力。
(五)多媒体教学多媒体教学在课堂教学中发挥了重要的作用，主要体现在以下两个方面。
1.多媒体课件里面包含了大量的动画，如杆件的轴向拉压变形、圆轴的扭转变形、梁的弯曲变形及压杆的稳定性等都加入了大量的动画，使学生能够接触到大量的形象生动的内容，既激发了他们的学习兴趣，又使他们能够对于所学内容有更直观的感受，较大程度地提高了课堂教学效果。
2.多媒体教学有利于让学生在有限的时间内接触到更多的信息量。
在教学过程中，有相当多的理论推导内容及例题包括了大量的受力分析图及内力图，这些内容如果仅靠传统的板书教学，虽然学生的印象会更深刻一些，但无疑会花费大量的时间，在本课程学时被压缩的情况下，课堂所能传授的内容数量必定也会大大受限，而采用多媒体教学则可以较好地解决这一问题。
(六)小论文式的大作业在教学过程中，针对主要内容布置一些大作业，选题范围主要是一些相关的工程实际问题，也可以让学生自行选题，要求他们建立工程实际问题的力学模型，并按照《材料力学》的分析思路选用合适的方法进行求解。
如在讲授轴向拉伸及压缩这部分内容时，向学生布置了起重机钢丝绳的强度问题、拖拽电梯轿厢的钢丝绳的强度问题及液压缸活塞杆的强度问题等工程实际问题，要求学生以小组形式选择其中一个选题，通过调查工程实际中的机械和运行工况，建立其力学分析模型，并利用基本理论进行求解，最后按照一般科技论文的格式完成一篇简单的小论文。
学生的选题除了教师规定的选题外，还有相当一部分是自己去调查的工程实例，而且他们解决问题的方法除了用本课程的基本理论外，还有少部分学生采用的是数值方法，采用Ansys有限元软件建立问题的分析模型、划分网格并加载求解。
由此可见，在课程教学中鼓励、指导学生进行小论文式的大作业的训练，可以更好地发挥其学习的自觉性和创造性，也使得学生力学建模的能力和分析解决工程实际问题的能力得以提高，是一种非常有效的研究型教学方法。
当然，在实施过程中应把握好大作业的数量，以每个学生参与或独立完成1～2篇大作业即可，否则对学生而言工作量太大会影响其他课程的学习。
三、更新实验内容，实施开放式实验教学实验教学内容既要服务于课程教学目标，同时也要紧跟工程实践要求，着重培养学生分析和解决工程实际问题的能力。
为此，我们对实验内容进行适当改进，在保留了一些传统实验内容同时，也积极开设了一些综合性、设计性和创新性的实验项目。
更新后的实验内容分为三个部分：第一部分为基本实验，主要包括基本力学性能实验(拉伸、压缩、扭转、冲击)和电测实验(纯弯曲状态下正应力、等强度梁实验等)，第二部分为综合设计性实验(弯扭组合实验、偏心拉伸实验)，第三部分为综合创新性实验(叠合钢板梁和桁架应力综合分析实验)。
基本实验和综合设计性实验以课程基本知识为载体，以基本知识和动手能力训练为重点，为必开实验。
综合创新性的实验，以培养学生的设计能力、分析和解决工程实际问题的能力为目的，学生可以选做自己感兴趣的实验项目。
实验教学实施开放式、自主式教学，学生可以在实验室开放期间任何时间来做实验，由学生根据实验的要求自行制订实验方案，并独立完成整个实验，从而使自己动手能力和实践能力得到加强。
教师在实验结束后，对实验结果进行总结，指出实验过程中存在的一些不足，同学生进行讨论。
