《工程力學(xué)》教學(xué)探討與實(shí)踐

《工程力學(xué)》課程無(wú)論從教的方面還是學(xué)的方面而言,都是比較難的,其原因很多,諸如力學(xué)知識(shí)體系本身的復(fù)雜性,概念、原理和內(nèi)容的抽象性,學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)體系的薄弱性等。對(duì)這門課,學(xué)生極易產(chǎn)生懼學(xué)和厭學(xué)情緒。針對(duì)五年制高職學(xué)生對(duì)于《工程力學(xué)》相關(guān)的工具學(xué)科(如數(shù)學(xué)、物理等)學(xué)得不夠扎實(shí)這一客觀事實(shí),筆者認(rèn)為采取以下幾方面措施可方便教學(xué),效果較好。

深入淺出,方便記憶

《工程力學(xué)》課程有許多公式、原則、規(guī)定及定理,有的深?yuàn)W晦澀,有的冗長(zhǎng)繁瑣,若能在理解的基礎(chǔ)上記憶,則效果很好。故我在教學(xué)時(shí)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到讓學(xué)生用最簡(jiǎn)單易行的方法來(lái)記憶,而將公式的理論推導(dǎo)、定理的證明等簡(jiǎn)略帶過。

(一)圖形記憶

工程力學(xué)的內(nèi)力圖知識(shí)是重點(diǎn),尤其是梁的內(nèi)力圖(剪力Q、彎矩M)更為重要,若沒有入門,覺得很難,一旦掌握制作方法,則簡(jiǎn)便易行。就這一內(nèi)容,各種教材及參考書都作了介紹,方法也不少,如建立剪力方程Q(x)及彎矩方程M(x)后作圖、利用微積分關(guān)系作圖、根據(jù)圖形規(guī)律作圖等。一開始,我也將這些方法應(yīng)用于教學(xué),發(fā)現(xiàn)剪力圖掌握得較好,但部分學(xué)生作彎矩圖總是出錯(cuò),不是因圖形規(guī)律記錯(cuò)就是因彎矩方程列出后不會(huì)作曲線,特別是帶有均布載荷q的彎矩圖,因涉及二次拋物線圖像,那些數(shù)學(xué)知識(shí)不扎實(shí)的學(xué)生,總搞不清“凹凸”、頂點(diǎn)。根據(jù)這種情況,我對(duì)帶均布載荷q的各種例子詳細(xì)觀察總結(jié),發(fā)現(xiàn)了規(guī)律,然后用一圖形將其概括,解決了拋物線難作的問題,現(xiàn)舉一例說(shuō)明。如圖1所示:外伸梁受載P、m、q,求作Q、M圖。

在根據(jù)圖形規(guī)律,由受載情況作出Q圖后(這一過程學(xué)生掌握良好),在M圖均布載荷段,拋物線的作法要求學(xué)生依據(jù)圖2來(lái)作。

這一圖形簡(jiǎn)單明了,極易記住,它是由圓內(nèi)一個(gè)向右的箭頭劃分出四個(gè)正負(fù)區(qū)域,根據(jù)Q圖的斜直線及所圍面積的正負(fù)在*圖上找到相應(yīng)走向的箭頭斜線及正負(fù)號(hào),圍成的區(qū)域,其邊緣圓弧輪廓即為M圖拋物線形狀,再結(jié)合作M圖的其他圖形規(guī)律,即可完成M圖。上例中Q圖的“Ⅰ”,對(duì)應(yīng)*圖中的“1”,則邊緣輪廓為╭,即為相應(yīng)Q圖對(duì)應(yīng)的M圖拋物線形狀。Q圖中的“Ⅱ”,對(duì)應(yīng)*圖中的“3”,則邊緣輪廓為╯,即為相應(yīng)Q圖的對(duì)應(yīng)M圖拋物線形狀。而由兩段拋物線連接形成的頂點(diǎn)M值仍可由相應(yīng)Q圖面積方便算出:qa×a2=2qa2(三角形面積)。若均布載荷區(qū)出現(xiàn)集中力或力偶,其Q圖及M圖的突變規(guī)律照樣不受影響。如圖3所

實(shí)踐證明,采用*圖加強(qiáng)對(duì)拋物線形狀的記憶,在教學(xué)中收到了事半功倍的效果。

(二)自編順口溜,強(qiáng)化記憶

《工程力學(xué)》中有許多基本技能方面的訓(xùn)練,如作受力圖、力系簡(jiǎn)化等,將常用方法及注意點(diǎn)編成順口溜,寓教于樂,念起來(lái)瑯瑯上口,學(xué)生一旦記住,就難以忘卻。如作受力圖時(shí),對(duì)固定鉸支座等約束反力,能確定其方向的盡可能不用垂直分力表示,結(jié)合各種約束的特點(diǎn),我用以下順口溜幫助學(xué)生記憶:二力作用把線連,三力匯交找交點(diǎn),力偶存在最方便,平行反向方向現(xiàn),平行力系也不難,反力同向作用線。

在“平面任意力系向某點(diǎn)簡(jiǎn)化”一節(jié)中,由于同時(shí)介紹了逆向的合成,有不少學(xué)生易將力的平移與力和力偶的合成混淆,不知附加力偶的轉(zhuǎn)向,搞不清合成后的新力在原力哪一邊,為此,我又編了以下幾句:力系簡(jiǎn)化是難點(diǎn),平移合成要分清,平移一變二(一個(gè)原力變?yōu)橐粋€(gè)新力和一個(gè)附加力偶),必須加力偶,偶向是關(guān)鍵,原力繞新點(diǎn)(原力繞新點(diǎn)矩的轉(zhuǎn)向即為附加力偶轉(zhuǎn)向),合成二變一,只為一個(gè)力(合成為一個(gè)合力),力位在哪邊,“順左”記心間(原力偶順時(shí)針轉(zhuǎn)向的,合力位于原力左邊——此處“左”、“右”是指沿原力指向看過去判斷的)。

在給學(xué)生總結(jié)出這些記憶方法后,學(xué)生極少出錯(cuò),而且不少學(xué)生也逐步學(xué)會(huì)了自己總結(jié),出現(xiàn)了許多新的方法。

聯(lián)系實(shí)例,舉一反三

講課要理論聯(lián)系實(shí)際,貼近現(xiàn)實(shí)生活,從實(shí)踐中來(lái),到實(shí)際中去。只有聯(lián)系實(shí)際,學(xué)生對(duì)力學(xué)知識(shí)才有親切感,才會(huì)用心去學(xué)。聯(lián)系實(shí)際可提高學(xué)生課堂聽課的興奮度,使課堂教學(xué)事半功倍。

例如,在《工程力學(xué)》“剛體的運(yùn)動(dòng)”部分,學(xué)生難以區(qū)分定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和圓周平動(dòng)。我首先借助黑板擦在黑板上模擬這兩種運(yùn)動(dòng),由快到慢,逐步引導(dǎo)學(xué)生區(qū)別出二者的不同之處,再叫幾個(gè)學(xué)生自己在黑板上模擬。在學(xué)生初步具有感性認(rèn)識(shí)后,我又以“汽車?yán)@環(huán)道”、“自行車腳踏板”等日常生活中常見例子,啟發(fā)學(xué)生自己想例子,并說(shuō)明它們都是些什么運(yùn)動(dòng)。最后由教材上浪木一例,學(xué)生又聯(lián)想到秋千,而且舉一反三。蕩秋千時(shí)玩出幾種不同的花樣,分別對(duì)應(yīng)不同的剛體運(yùn)動(dòng),如(1)左右蕩,秋千浪木作圓弧平動(dòng)。(2)前后蕩,人始終豎直站立,秋千圓弧平動(dòng)。(3)前后蕩,但人隨著浪木位置不斷改變姿勢(shì),此時(shí)浪木作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于所舉例子就在身旁,學(xué)生感到親切,也增加了興趣,動(dòng)腦思考也就由被動(dòng)變?yōu)榱酥鲃?dòng)。

“具體——抽象——具體”的教學(xué)順序

從具體的現(xiàn)象總結(jié)出規(guī)律,再把這些規(guī)律用于指導(dǎo)實(shí)踐,這很符合人們的認(rèn)知規(guī)律。講課時(shí)不妨先拿一個(gè)恰當(dāng)?shù)摹⒑?jiǎn)單的題目或展示一種現(xiàn)象讓學(xué)生思考、討論,在教師的逐步引導(dǎo)下導(dǎo)出力學(xué)原理,然后通過例題讓學(xué)生理解力學(xué)原理在實(shí)際工程中的應(yīng)用。比如,我先向?qū)W生提問:三個(gè)人抬一根椽木,那么每個(gè)人承擔(dān)的載荷是多少?由此,逐步導(dǎo)出超靜定結(jié)構(gòu)的概念及其支座反力的求法,然后再舉例子進(jìn)一步說(shuō)明方法在求解超靜定結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

合理使用各種教學(xué)手段

對(duì)《工程力學(xué)》課來(lái)說(shuō),可使用多媒體課件、投影儀、教具等各種教學(xué)手段。比如壓桿、各種梁的模型等,甚至一張廢紙也可以用來(lái)演示應(yīng)力集中現(xiàn)象。教師還可用數(shù)碼相機(jī)或者攝像機(jī)捕捉身邊的工程實(shí)例。凡是覺得能夠更好地闡述力學(xué)原理,促進(jìn)教學(xué)效果的手段,均可使用。這樣的立體化課堂會(huì)使《工程力學(xué)》課變得豐富多彩。把各種教學(xué)手段和教學(xué)資源有機(jī)地結(jié)合在一起,交替使用,合理安排,就能將一堂枯燥的《工程力學(xué)》課變得妙趣橫生,充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在筆者的教學(xué)過程中,師生之間的信息交流和反饋得以加強(qiáng),聲、像、文、圖并茂的教學(xué)信息,增強(qiáng)了教學(xué)的藝術(shù)效果,強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和理解,提高了課堂教學(xué)效率。

總之,力學(xué)教育工作者應(yīng)不斷思考,與時(shí)俱進(jìn),不斷研究學(xué)生,研究教材,研究教法,讓《工程力學(xué)》課堂不再困難重重,不再索然無(wú)味。

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作者簡(jiǎn)介:

孫翠娥(1971—),女,江蘇靖江人,江蘇省泰州市靖江職業(yè)教育中心校講師,主要從事機(jī)械專業(yè)的教學(xué)和研究。

(本文責(zé)任編輯:謝良才)