《材料力学》教学大纲

《材料力学》教学大纲一、课程基本信息中文名称：材料力学英文名称：MechanicsofMaterials课程编码：10S1115B、10S3115B、10S4115B课程类别：专业核心课程总学时：48（理论学时42；实验学时6）总学分：3学分适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程、智能制造工程先修课程：高等数学、大学物理、理论力学开课系部：机电工程系课程性质、课程目标及其对毕业要求的支撑1、课程性质《材料力学》是变形固体力学的重要基础分支之一，是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础和计算方法的重要技术基础课。它支撑着机械工程、土木工程、水利工程、航空航天工程等众多领域，是一门理论与实验，知识、能力与素养相结合的课程。2、课程目标通过材料力学的学习，使得学生掌握杆件在常见荷载条件下的强度、刚度及稳定性计算方法等，能运用强度、刚度及稳定性理论对杆件进行校核、截面设计及载荷确定等基本计算工作；掌握材料的力学性能及材料力学实验的基本知识和操作技能，使学生初步会用材料力学的理论和分析方法，解决一些工程实际问题。课程思政目标：在思政教育方面，本课程以改革开放中我国装备制造业涌现出“大国重器”背后所涉及的材料力学问题为切入点，让学生掌握其背后的科学精神、创新精神和工匠精神，在培养学生力学思维的同时，让学生具备作为未来工程师的社会责任感、民族自豪感和国家荣辱观，进而让学生能够利用所学知识投入到祖国的装备制造业中，进而培养学生自主学习、团队协作精神，将国家的发展需求与个人专业领域相结合来实现人生价值，以此达到力学基础教育与思政教育的有机融合。通过本课程的学习，要求学生达到以下具体目标：课程目标1：通过材料力学的学习，让学生掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法；掌握研究杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法；掌握分析构件的强度、刚度和稳定性等问题的理论与计算。课程目标2：具有熟练的计算能力以及对常用材料的基本力学性能及其测定方法有初步认识，能够基于力学原理来设计方案、完成实验，分析与解释数据、并通过综合分析得到合理有效的结论。课程目标3：能够从材料力学的角度（既经济又安全）对简单工程问题的解决方案进行研究和分析，并提出改进方案。同时通过在教学中加入部分课程思政教育，使学生掌握科学精神、创新精神和工匠精神，在培养学生力学思维的同时，让学生具备作为未来工程师的社会责任感、民族自豪感和国家荣辱观，进而培养学生自主学习，将国家的发展需求与个人专业领域相结合来实现人生价值。课程目标对毕业要求的支撑课程目标与毕业要求的对应关系如下表所示：毕业要求及其指标点课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求11-1√√1-2√毕业要求22-2√√2-3√√毕业要求88-1√8-2√√毕业要求1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂机械工程问题。1.1具有解决复杂机械工程问题所需的数学、自然科学知识，并应用于机械工程问题的建模和求解。1.2具有解决复杂机械工程问题所需的工程基础知识，并应用于机械工程中的力、电、热等现象和材料特性的分析。毕业要求2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂机械工程问题，以获得有效结论。2.2能够对复杂机械工程问题进行表达、建模与求解。2.3能够结合文献对复杂机械工程问题进行研究、分析，并获得有效结论。毕业要求8.职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在机械工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有良好的人文社会科学素养、社会责任感。8.2能够在专业工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。三、课程思政目标课程思政目标如下表所示：本课程的课程思政目标思政体系

课程名称马克思主义理论与方法P1个人修养与法律P2中国文化与精神P3和谐社会主义核心价值观P4科技报国P5科学精神P6科学思维P7科学伦理P8工程伦理P9工匠精神P10材料力学√√√√√四、课程教学基本要求第一章绪论（课程目标1、2、3，思政目标P3、P5、P9、P10）[教学内容与要求]了解材料力学的任务；理解变形固体的基本假设；掌握外力、内力、截面法求内力、应力、位移、变形和应变的概念，建立材料力学分析问题的思想；理解杆件变形的基本形式。[教学重点]外力、内力、截面法求内力、应力、位移、变形和应变。[教学难点]截面法求内力、应力、变形、应变。[课程思政要素]（1）材料力学是人类文明发展积累的成果。讲授绪论课时结合材料力学力学发展史，明确执着、创新、求真、务实、协作的科学精神；（2）古代建筑里充分体现了材料力学的知识。列举隋朝李春建造的赵州桥、北京天坛祈年殿内部的梁柱结构，通过古建筑说明祖先在建筑学的高超技艺，明确学好《材料力学》课程的重要性，同时增强学生的民族自豪感；（3）讲材料力学的任务和研究对象时，列举校园里自行车辐条、跳水运动员的跳板、赵州桥、比萨斜塔、水拱大坝等例子，通过工程实例和生活中案列感受材料力学在我们身边无处不在，学习时多观察周围事物，注意提炼材力问题，并且利用材料力学的理论解决问题，逐步引导大家学会发现问题、分析问题和解决问题；（4）讲材料力学的任务时，举例重大的工程事故和一些肥梁胖柱的例子，引导学生作为未来的工程师，必须有可持续发展的意识和职业责任感；（5）列举《中国制造2025》和中国政府的“制造业强国战略”，引导学生树立远大理想和爱国主义情怀，树立正确的世界观、人生观、价值观，勇敢地肩负起时代赋予的光荣使命，全面提高学生思想政治素质。第二章拉伸、压缩与剪切（课程目标1、2、3，思政目标P3、P6）[教学内容与要求]了解拉伸、压缩变形的概念与实例；掌握轴力的概念与轴力图的绘制；掌握直杆横截面和斜截面上的应力计算；了解安全因数和许用应力的确定，熟练进行强度校核、截面设计和许用载荷的计算。掌握胡克定律，了解泊松比，掌握直杆在轴向拉伸与压缩时的横向变形和纵向变形的计算方法，掌握节点位移的计算过程。掌握低碳钢的拉伸试验，应力—应变图，强度指标，塑性指标，冷作硬化现象。了解材料压缩时的应力—应变图。了解静定结构和超静定结构的定义和区别，了解温度应力和装配应力。掌握应力集中的概念，了解圣维南原理。了解剪切的概念和实例，掌握剪切、挤压的实用计算。[教学重点]轴力的概念与轴力图的绘制；直杆轴向拉压的强度计算；胡克定律，变形（位移）计算；超静定问题，变形协调方程的建立；剪切挤压的实用计算；低碳钢的拉伸力学性能。[教学难点]直杆轴向拉压的强度计算和变形（位移）计算；超静定问题，变形协调方程的建立；剪切挤压的实用计算。[课程思政要素]（1）以分组实验等实践活动，使学生体验团结协作精神、科学精神的必要性；（2）通过河列举隋朝李春建造的赵州桥，强调同类桥出现在欧洲是一千两百年以后，增强民族自豪感。第三章扭转（课程目标1、2、3，思政目标P6）[教学内容与要求]了解扭转的概念和实例；掌握扭转时外力偶矩的换算、内力的计算以及扭矩图的绘制。掌握薄壁圆筒扭转时的切应力计算，掌握切应力互等定理和剪切胡克定律。掌握圆轴扭转的应力和变形计算，熟练进行扭转强度和刚度的计算。[教学重点]扭矩的计算和扭矩图的绘制；切应力互等定理和剪切胡克定律；圆轴扭转应力和变形，建立强度和刚度条件，进行强度刚度计算。[教学难点]切应力互等定理；圆轴扭转应力和变形，建立强度和刚度条件，进行强度刚度计算。[课程思政要素]（1）以分组实验等实践活动，使学生体验团结协作精神、科学精神的必要性；（2）结合圆周扭转时剪应力和扭转变形基本公式的推导过程，培养逻辑思维与辩证思维能力，以利于形成科学的研究方法。第四章弯曲内力（课程目标1，思政目标P9、P10）[教学内容与要求]了解平面弯曲的概念和实例；了解对称弯曲的概念；掌握梁的计算简图；掌握平面弯曲内力（剪力和弯矩）的求法；掌握利用剪力弯矩方程，利用载荷集度、剪力和弯矩间的关系画剪力弯矩图。[教学重点]平面弯曲内力（剪力和弯矩）的求法；利用剪力弯矩方程，利用载荷集度、剪力和弯矩间的关系画剪力弯矩图。[教学难点]利用剪力弯矩方程，利用载荷集度、剪力和弯矩间的关系画剪力弯矩图。[课程思政要素]通过利用导数关系法绘制内力图的反复练习，培养学生专注等方面的“工匠”精神，以及认真负责、踏实敬业的工作态度和严谨求实、一丝不苟的职业素养；第五章弯曲应力（课程目标1、3，思政目标P3、P6、P9、P10）[教学内容与要求]理解纯弯曲和横力弯曲的概念；掌握纯弯曲和横力弯曲的正应力的大小和分布，掌握矩形截面梁的切应力的大小和分布，熟练进行弯曲强度计算。理解提高弯曲梁强度的依据，掌握提高弯曲强度的措施。[教学重点]弯曲正应力的大小和分布；矩形截面梁的切应力；梁的强度计算；提高弯曲强度的各种措施和工程实例。[教学难点]弯曲正应力的大小和分布；矩形截面梁的切应力；提高弯曲强度的措施；等强度梁的设计。[课程思政要素]（1）在分析空心圆截面对提高构件强度作用时，引用毛主席“喜看稻菽千重浪，遍地英雄下夕烟”之名句，以“稻杆”为例，让学生体会到诗歌之美和大自然中蕴含的材料力学问题；（2）在全面分析危险点的过程中，不能有遗露，培养学生综合分析问题的能力，培养学生严谨的学习态度和一丝不苟的工作方法；（3）在讲用圆木如何加工出矩形截面梁时，将理论推导结果与北宋李戒在《营造法式》一书中的记载相比较，让学生体会中国智慧。第六章弯曲变形（课程目标1、3，思政目标P3、P9）[教学内容与要求]了解工程中的弯曲变形问题；理解梁的挠度曲线，挠度和转角。掌握梁的挠曲线近似微分方程；掌握积分法和叠加原理求梁的挠度和转角。熟练进行梁的刚度计算。理解提高弯曲刚度的措施。[教学重点]梁的挠度曲线，挠度和转角。梁的挠曲线近似微分方程。积分法和叠加原理求梁的挠度和转角，最大转角和最大挠度。梁的刚度计算。[教学难点]梁的挠曲线近似微分方程。积分法和用叠加原理求梁的挠度和转角；最大转角和最大挠度。[课程思政要素]通过对强度、刚度的学习，列举“一个好汉三个帮，一个篱笆三个桩”名句，培养学生团队合作意识。第七章应力和应变分析、强度理论（课程目标1、3，思政目标P6）[教学内容与要求]理解应力状态，主应力和主平面的概念；掌握平面应力状态下应力分析的解析法，了解图解法。了解三向应力状态的概念及主应力、主平面和最大切应力的计算。掌握广义胡克定律，三个弹性常数(E、G、μ)间的关系。了解体积应变、三向应力状态下的变形能密度、体积改变能密度和畸变能密度的概念。理解强度理论的概念；掌握四种常用强度理论及其应用；了解莫尔强度理论。[教学重点]平面应力状态下应力分析的解析法；广义胡克定律；四种常用强度理论及其应用。[教学难点]四种常用强度理论及其应用。[课程思政要素]通过讲解强度理论的建立过程，让学生明白在追求科学真理的过程中，既要掌握正确的科学方法和手段，还要有严谨的科学态度和坚持不懈的科学精神。第八章组合变形（课程目标1、3，思政目标P6）[教学内容与要求]理解组合变形的概念；掌握拉伸(压缩)与弯曲组合时的应力和强度计算；掌握扭转与弯曲组合时的应力和强度计算。[教学重点]扭转与弯曲组合时的应力和强度计算。[教学难点]拉伸(压缩)与弯曲组合时的应力和强度计算；扭转与弯曲组合时的应力和强度计算。[课程思政要素]培养学生善于思考，善于理论联系实际，将工程实际问题转化为力学模型的能力，培养综合运用知识的能力和严谨务实的态度。第九章压杆稳定（课程目标1、3，思政目标P6、P9）[教学内容与要求]理解压杆稳定的概念；掌握细长压杆的欧拉公式及其适用范围；掌握不同柔度压杆的临界应力和安全因数法的稳定性计算；理解提高压杆稳定性的措施。[教学重点]细长压杆的欧拉公式及其适用范围；不同柔度压杆的临界应力和安全因数法的稳定性计算。[教学难点]压杆稳定性的实用计算。[课程思政要素]（1）通过工程实例，说明压杆稳定问题；（2）讲解欧拉公式所展现的数学美，增强学生学习数学知识的热情；（3）介绍欧拉公式的发现历史及与压杆稳定性的关系，说明基础数学理论对科学发展的重要作用，让学生理解要想成为对社会有用的人才，就必需扎实基础知识。五、课程内容对课程目标的支撑根据本课程内容，课程内容对课程目标的支撑如下表所示：课程内容课程目标1课程目标2课程目标3第一章绪论1第二章拉伸、压缩与剪切0.30.30.4第三章扭转0.30.30.4第四章弯曲内力0.80.2第五章弯曲应力0.50.5第六章弯曲变形0.50.30.2第七章应力和应变分析强度理论0.80.2第八章组合变形0.40.6第九章压杆稳定0.50.5注：表中课程内容对课程目标的支撑矩阵，可根据支撑程度用0.1-1间数字表示。六、有关教学环节的要求1、教学方法：教学方法包括理论知识讲授、课堂讨论、自学、实验课、答疑。（1）理论知识讲授：以教师课堂讲授为主，读阅参考文献、书籍为辅；积极开展课程思政教学方法改革，原则上根据课程内容和课程思政元素采取灵活、分散的方法，把思政要素放在合适的课堂内容里、环节上，选择最具代表性图片或视频、使用案例教学，使得学生在掌握理论知识解决工程实际问题的基础上，具备作为未来工程师的社会责任感、民族自豪感和国家荣辱观，以此达到力学基础教育与思政教育的有机融合。（课程目标1、3）（2）课堂讨论：由教师布置内容、提供参考书，学生自己准备，课堂上围绕提出的问题进行讨论，加强课堂师生互动、生生互动，组织学生以讨论、研讨、发言、演讲的形式参与到课堂中，锻炼团队协作、独立思考、勇敢表达。（课程目标3）（3）自学：由教师布置自学内容，提出重点，指导学生学习。（课程目标1）（4）实验课：教师指导，学生独立操作。基于力学原理来设计方案、完成实验，分析与解释数据、并通过综合分析得到合理有效的结论。（课程目标2）（5）答疑：针对课程的重点和难点及学生提出的问题，教师组织进行答疑。帮助学生掌握理论知识，从力学角度学会分析问题、解决问题。（课程目标1、3）2、教学手段：优化教学手段，深度融合现代信息技术与课堂教学，实现线上、线下，课前、课中、课后全过程教育。在教学过程中要掌握传授知识和培养智能的辩证关系，特别注意培养学生的分析问题和解决问题的能力，始终贯彻教书育人的思想。讲授应灵活多样，始终贯彻启发式教学，做到重点突出、层次清楚、联系实际。（课程目标1、3）。课程实验课要求在材料力学实验室分组进行，学生应在预习的基础上，在教师的指导下进行操作，并做好观察和记录。课后完成相应实验报告。以分组实验等活动，来体现团结合作。（课程目标2、3）3、作业要求：课外作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固，培养综合计算和分析能力、判断能力以及充分利用图书馆资源及互联网资源的能力。作业要求尺规绘图，整齐认真，步骤完整。培养学生严禁的科学态度和一丝不苟的职业素养。（课程目标3）。4、课程考试：本课程为专业核心课程，必修考试课。课程考核内容为本大纲规定内容，成绩评定一般采用结构成绩，总评成绩由期末考试成绩和平时成绩两部分构成，注意：期末考试成绩为50分以下，不允许加平时成绩。期末考试为闭卷考试，试卷命题范围应涵盖课程的所有章节，试题应反映基础知识的掌握程度和灵活应用所学知识的能力，增加计算及分析能力试题分数，对学生的知识、能力和素质等进行综合考核。（课程目标1、2、3）平时成绩由出勤、作业、实验、课堂表现等几部分构成，培养学生查阅文献能力，理论联系实际和综合运用知识的能力，进一步培养学生的自学能力和严谨的科学态度。（课程目标2、3）具体成绩组成如下表所示：成绩组成序号成绩组成比例1平时考核考勤10%2课堂表现10%3平时作业10%4实验10%5期末考试60%总计100%评价标准：（1）平时作业评分标准平时作业评分标准，见下表所示。平时作业评分标准平时作业情况得分作业严格按要求并及时完成；书写清晰、逻辑性强，正确率90%以上，没有抄袭情况。75-100作业按要求并及时完成；书写清晰，正确率50%至90%，没有抄袭情况。45-75不能按照作业要求，未及时完成次数少于三次，但改正及时，态度端正。20-45