材料力學

是通往應用工科的必由之路

新材料的出現

與數百年沿用之力學命題

如何連接？

材料力學教學團隊的老師們

以獨特的個人授課風格

在團隊“手把手”幫帶氛圍下

使這門基礎課

既“經典”又“前沿”

材料力學教研組共20名成員，包括9位長聘教授、2位長聘副教授、2位準聘副教授、2位副研究員、1位助理研究員，其中4人獲國家傑出青年基金，7人獲國家優秀青年基金。團隊成員曾獲得國家教學成果一等獎、北京市教學成果獎一等獎、清華大學教學成果特等獎，成員曾獲北京市教學名師獎、北京市優秀教師獎、清華大學新百年優秀教師獎。多位成員曾獲北京市青年教師教學基本功比賽一等獎、清華大學教學基本功比賽一等獎。材料力學課程自2001年起，多次獲得國家教學成果一等獎、二等獎、北京市教學成果獎一等獎、清華大學教學成果特等獎，是校級精品課、國家級精品課和國家精品在線開放課。

2021年，材料力學教學團隊被認定為清華大學首批基礎課教學團隊。

材料力學教學團隊目前有20位成員，授課教師大多在自己的科研領域成就斐然。即使用的是同一套教材，講的是同一個知識點，換一位老師講，用的例子、講授方式、語言風格就很是不同。

李群仰從美國回來後，一直在探索實驗力學與材料力學課程的結合。傳統的教材對于材料力學的講述大多從宏觀層面出發，研究具有普遍性的力學規律。他結合自己科研方向，深入淺出地把原子尺度前沿實驗裝備——原子力顯微鏡介紹給同學們，讓大家了解到宏觀材料力學的許多基本原理在微觀世界也同樣适用，雖然力學規律在不同尺度有不一樣的表現形式，但内核共通。同學們在意識到這種力學規律的普适性之後，往往對科學研究産生更多的好奇與熱情。

張一慧研究柔性微結構技術已近十年。早在百年前，大多材料力學經典概念、理論和方法已經被搭建成體系，但是這些古老的理論在柔性電子技術、先進制造等新興工程領域不斷産生新的應用，傳統概念有了新的理解。比如，以前人們總是認為屈曲對于工程結構是有害的、材料隻能體現正泊松比和正熱膨脹系數，在張一慧的課堂上，他不對既有結論作評價，而是把最新科技成果直接展示給學生，讓學生辯證思考，打破“刻闆印象”，鼓勵學生提出新思路。

呂存景主要研究微納米力學與生物力學。“活的材料”的受力如何分析？材料力學教科書上的力學公式到了軟物質以及細胞尺度還适用嗎？諸如此類的問題很有趣但無比複雜，為了便于學生理解，呂存景特意制作了一批教具，在課堂上做演示實驗。在講述“壓杆穩定性”問題的章節時，他把自制的教具擺到了講台上，随着對壓杆施加的載荷大于臨界值，壓杆“啪”的一下失穩，整個模具坍塌了。學生親眼見證了結構不穩造成的災難性後果，深切體會到壓杆穩定性在工程中的重要性。這種現場演示既是生動的知識傳遞，也潛移默化地培養了未來工程師責任意識。

在傳統固體材料上形成的力學理論，在新材料上不必然奏效，但萬變不離其宗。課程負責人殷雅俊說：“我們要追尋的不僅僅是變化，而應是尋找變化中的不變性。變化的不是規律，不變的才是規律。材料力學最核心的概念和理論，就承載了這種不變性。在此之上，我們可以‘以不變應萬變’。這就是這門課成為基礎課的理由。”

上過殷雅俊課的學生大多記得他的幾個口頭禅：“大家有意見嗎？” “這裡面其實是philosophy” “這個結構形式恰到好處，太美了”。

他每節課用的PPT張數并不多，但能鋪滿全部知識點。他深谙如何集中學生的注意力，采用“闆書 提問 課件”的“組合技術”。“學生的注意力是有限的，尤其是大家都帶着電子産品來上課的時候，你的PPT如果都是字、平鋪直叙，那學生肯定要走神了。”在課堂上，他常邀請學生從多角度提問題，估計學生對同一個現象可能會出現的多種影響因素提出假設，并逐步論證。他很期待聽到學生的“不同意見”，從不介意學生提出的看似“膚淺”的問題。“學生在提問，說明他在思考，他可能不理解這個點，這太正常了，很多基礎概念都是天才創造出來的，想要真正掌握，并非易事。”

近三十年教學經驗使殷雅俊形成了獨特的教學風格。上過他課的學生即使後來不從事力學相關研究，也記得殷老師描繪出的美麗的力學與幾何世界。在殷雅俊的課上，講究“溯本求源，但求甚解”。講“極富天才的思想”，他會類比麥克斯韋創造的“位移電流”概念；講韌性材料的強度準則，他會從對稱性視角分析準則優美的程度；講應力狀态，就會聯系克萊因、希爾伯特和諾特的不變量思想……當教育浮躁地追求短時間記憶大量新知識時，他堅持另一個維度意義上的教學探索：要有深度、廣度和創造性。

2016年，學校組織專家和畢業二十年的校友投票評選“清華大學新百年基礎教學教師獎”，殷雅俊高票當選。有一位參與投票的校友說：“這門課讓我意識到了材料結構的美感，而不是死記硬背來的幾條公式，這和很多課都是不一樣的。”

柳占立對“教學相長”這個詞深有體會。即使已經到了執教的第八個年頭，帶過近千名學生，每次上課前他都會抽出一大段時間專門修講義、改課件。

柳占立的着力于人體安全防護裝備設計。一般而言，醫學上人體緻傷的标準是“出血”、“水腫”等，如果把人體組織看成一種特殊材料，該如何建立人體緻傷的材料力學強度準則？他把這些問題抛給了學生。在與學生的溝通交流中産生了進一步研究的想法。在最新的一項研究中，他發現，借助最基礎的強度理論可以将人體緻傷标準量化，并用來指導用于修複人體組織的生物材料設計。

殷雅俊也有教學相長的深刻體驗。有一年他給研究生上課時，着重講了分量的協變導數概念，從誕生到發展，從理論到應用。當他快講完這個概念時，有學生提出，分量與基矢量相對立，從對稱性的角度看，是不是基矢量也該有協變導數？殷雅俊起初并未把這個問題放在心上，但後來他腦海中反複浮現“對稱性”這個他平時經常向學生提及的詞。

“對稱性這種理念不正是我在課上給學生講的嗎？他用這個思路來推論對立面也該有一個協變導數，這種想象值得稱道。而且，存不存在這個新概念，和能不能将其定義出來，是兩回事。”于是，殷雅俊開始着手尋找“自然基矢量的協變導數”，順藤摸瓜，最終發現了協變形式不變性，并證實，這種不變性不僅在平坦時空普遍成立，而且在卷曲時空中也普遍成立。

無論是教學還是科研，李曉雁都格外關注“安全”。作為先進結構材料的研究者，他時常要參與國家重大工程項目，此時材料安全就顯得格外重要。他有意識地在課堂上加入大型建築的建造案例，尤其是那些出現故障的。有一年他教新雅書院的本科生，在學期末與其他任課老師交流時，一位機械系的老師說：“上過‘材力’的學生，交上來的大作業會特别體現它的安全性。”這讓李曉雁無比欣慰。

來源：清華大學

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