論力學(xué)課程教學(xué)中如何舉例

陳 鑫，馮輝榮

(福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院，福建福州350002)

論力學(xué)課程教學(xué)中如何舉例

陳 鑫，馮輝榮

(福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院，福建福州350002)

力學(xué)課程較為抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏興趣，因此應(yīng)在課堂教學(xué)中精選例題，從學(xué)生所熟悉的熱門事件，平時(shí)生活，以及將來要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程當(dāng)中挖掘?qū)嵗?，結(jié)合多媒體教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果。

力學(xué);舉例;課堂教學(xué)

力學(xué)課程是工科學(xué)生必修的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的必需的基礎(chǔ)知識(shí)，與工程應(yīng)用的聯(lián)系緊密，是工科高等教育的重要組成部分。然而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中時(shí)常覺得力學(xué)抽象晦澀，對(duì)其缺乏興趣。筆者畢業(yè)后至今一直從事力學(xué)課程的教學(xué)工作，在課堂教學(xué)實(shí)踐中做了一些嘗試，就如何更好的選擇教學(xué)實(shí)例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂學(xué)習(xí)氣氛總結(jié)了一些方法。

一 結(jié)合時(shí)尚，引發(fā)共鳴

當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)深入大眾的生活中，大學(xué)生們更是對(duì)網(wǎng)絡(luò)樂此不疲，他們對(duì)網(wǎng)絡(luò)熱門事件、新款游戲等新鮮事物充滿興趣，如果能夠結(jié)合其中的力學(xué)知識(shí)加以很好的引導(dǎo)，可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛。例如在2011年非常流行的一款游戲《憤怒的小鳥》——通過拋擲“小鳥”來炸毀建筑和“綠豬”等目標(biāo)的游戲，其中就包含了不少力學(xué)知識(shí)。比如:如何選擇最佳的攻擊角度和攻擊點(diǎn)，以達(dá)到對(duì)目標(biāo)建筑最大的傾覆力矩;如何根據(jù)拋出“小鳥”的角度判斷落地點(diǎn)和角度以及落地反彈的走勢(shì);如何利用建筑各構(gòu)件的平衡關(guān)系找到關(guān)鍵的打擊點(diǎn)，使建筑發(fā)生“多米諾骨牌”式的連鎖破壞等等。又例如溫州動(dòng)車事故后，網(wǎng)絡(luò)上曾引發(fā)議論——當(dāng)遇到緊急情況的時(shí)候如何擊碎鋼化玻璃，從動(dòng)車中逃生。正確的做法應(yīng)該用安全錘猛擊鋼化玻璃的四角和邊緣，那是最薄弱的地方，而并非像普通玻璃一樣錘擊中央，這是因?yàn)殇摶Ａ厥獾闹谱鞴に嚕沟貌Ａе胁康膲簯?yīng)力最大，中部受到錘擊時(shí)是一種三向受壓的狀態(tài)，不容易破壞，當(dāng)給學(xué)生介紹應(yīng)力狀態(tài)分布和強(qiáng)度理論這一章節(jié)時(shí)，可以將其作為一個(gè)很好的實(shí)例。

二 貼近生活，有助理解

生活中的各種事物無不處于受力的環(huán)境中(至少受重力)，因此小到一支筆，大到一座橋梁其中都包含著一定的力學(xué)原理的，只要我們加以剖析，可以讓學(xué)生很直觀的感知到力學(xué)就在我們周圍，引發(fā)學(xué)生在平常生活中去觀察和體驗(yàn)力學(xué)。例如，在談到梁的合理截面設(shè)計(jì)的時(shí)候，將一根受均布荷載的簡(jiǎn)支梁(如圖1(a))其兩端支座略向內(nèi)移動(dòng)，變成兩端懸挑梁，如圖1(b)，就可以有效減小全梁所受的最大彎矩值，使梁的受力更合理，生活中的板凳，桌子也常常利用這一原理，如圖1(c)。在課堂上可以引導(dǎo)學(xué)生觀察頭頂?shù)牧海话懔焊呤菍挼膬傻饺?，這是因?yàn)檫@樣的截面形式可以獲得較大抗彎模量。又例如，講解力的平移定理——物體上的力平移時(shí)會(huì)給物體產(chǎn)生使之旋轉(zhuǎn)的附加力偶，這就可以結(jié)合學(xué)生們經(jīng)常進(jìn)行的體育運(yùn)動(dòng):在打乒乓球時(shí)，“削球”可以讓乒乓球旋轉(zhuǎn)起來;用指尖轉(zhuǎn)籃球的時(shí)候需要在側(cè)邊撥動(dòng)籃球，才能讓它不停的旋轉(zhuǎn)等等。同時(shí)還可以在講解時(shí)先提問學(xué)生相關(guān)問題，由學(xué)生對(duì)現(xiàn)象先作解釋，學(xué)生對(duì)于這樣的實(shí)例饒有興趣，課堂氣氛活躍，對(duì)教師的后繼講解能認(rèn)真專注。

圖1 桌椅及其受力簡(jiǎn)圖

三 圖文并茂，生動(dòng)易懂

隨著教學(xué)硬件的不斷完善，多媒體教學(xué)已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，在課堂教學(xué)中應(yīng)當(dāng)充分利用這一平臺(tái)，而不僅僅是將其作為講稿的投影儀。在教學(xué)過程中，舉出的實(shí)例如果只是文字或是口頭的描述，并非所有的學(xué)生都能聯(lián)想出正確的受力模型，因此如果能根據(jù)實(shí)例，用手機(jī)，相機(jī)拍攝幾張圖片，錄制一段錄像;或者通過軟件編輯一些動(dòng)畫;再或者從網(wǎng)絡(luò)上下載一些視頻文件，都可以收到很好的效果。例如在介紹靜力學(xué)中的各種約束時(shí)，可以拍幾張現(xiàn)實(shí)生活中約束的照片，如圖2中塑鋼窗戶上的五金構(gòu)件上就有滑槽約束和鉸接約束，圖3則是上?；疖嚹险疚蓓?shù)囊粋€(gè)固定鉸支座，可以讓學(xué)生一目了然的理解各種約束及其約束力;解釋定向爆破中質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理的應(yīng)用時(shí)，可以播放一段工程爆破的視頻，壯觀的景象可以立刻觸動(dòng)學(xué)生的感官;要讓學(xué)生明白動(dòng)量矩守恒的原理，下載一段花樣滑冰錄像，并指點(diǎn)學(xué)生觀察運(yùn)動(dòng)員如何改變自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來控制旋轉(zhuǎn)速度;在講解科氏加速度的原理之后可以舉例，在北半球，水池積水從排水口向下流出的過程中會(huì)形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的水渦，這時(shí)可以播放一段在自家廚房錄制的水渦的視頻。這些有聲有色的演示讓學(xué)生耳目一新，避免他們?cè)诳菰锏奈淖趾头?hào)中昏昏欲睡。

圖2 塑鋼上懸窗的約束構(gòu)件

圖3 車站屋頂?shù)墓潭ㄣq支座

四 前后呼應(yīng)，融會(huì)貫通

課堂上給學(xué)生所舉的例子，應(yīng)該要能夠前后呼應(yīng)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以融會(huì)貫通。這里的前后呼應(yīng)有三個(gè)層面:

1．前后章節(jié)的呼應(yīng)。同樣是一道例題利用不同章節(jié)所學(xué)知識(shí)可以有不同的解法，充分利用例題的多功能性。例如靜力學(xué)中用靜力平衡方程求解靜定結(jié)構(gòu)約束反力的例題也可以用虛位移原理來求解;可以用質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理求解的例題，也可以嘗試動(dòng)量守恒定律求解。通過一題多解的練習(xí)可以開拓學(xué)生的解題思路，加強(qiáng)對(duì)基本概念定理的掌握。

2．課堂與課后的呼應(yīng)。常有學(xué)生訴苦:“上課聽得懂，作業(yè)不會(huì)做”，這顯然會(huì)打擊學(xué)生上課的熱情。因此選擇例題時(shí)可以和準(zhǔn)備布置的課后作業(yè)進(jìn)行比對(duì)，采用一些與課后作業(yè)有一定相似性的例題，并針對(duì)作業(yè)給以一些小提示，提示的多少可以根據(jù)學(xué)生總體層次加以把握，學(xué)生在完成作業(yè)后就會(huì)更加重視課堂的聽講，上課時(shí)更加專心。

3．與前后課程的呼應(yīng)。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，不同力學(xué)課程之間以及力學(xué)與后續(xù)專業(yè)課之間有著緊密的聯(lián)系。例如《理論力學(xué)》中的虛位移原理是《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中影響線方法的基礎(chǔ);《材料力學(xué)》中求解超靜定結(jié)構(gòu)的方法就是《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中的“力法”;《材料力學(xué)》中組合變形中的偏心受壓構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算方法可以用來在《基礎(chǔ)工程》中計(jì)算淺基礎(chǔ)基底壓力分布。因此，在教學(xué)過程中，注意結(jié)合學(xué)生之前所學(xué)的知識(shí)，并在舉例中點(diǎn)撥后續(xù)課程中的銜接應(yīng)用問題，可以讓學(xué)生更加重視學(xué)習(xí)的連貫性，提高他們的學(xué)習(xí)積極性。

五 結(jié)語

此外，還可以根據(jù)學(xué)生程度在課堂上舉一些大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽以及大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中的實(shí)例，效果也很理想。以上總結(jié)幾點(diǎn)的是筆者在力學(xué)教學(xué)過程中對(duì)于選擇例題的一些體會(huì)，新一代90后的大學(xué)生們思維活躍，不守陳規(guī)，如何引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠擯除對(duì)力學(xué)的偏見，在輕松的狀態(tài)下學(xué)好經(jīng)典力學(xué)課程，提高教學(xué)質(zhì)量，還需要繼續(xù)摸索，與時(shí)俱進(jìn)。

［1］宋少云．大學(xué)理工科的例題教學(xué)［J］．高等建筑教育，2005(12):45－46．

［2］姚文莉．基礎(chǔ)力學(xué)第二課堂實(shí)施內(nèi)容及模式探究［J］．當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2011(9):62－63．

［3］彭朝廣．精選例題加深對(duì)概念和規(guī)律的理解［J］．曲靖師專學(xué)報(bào)，2000(5):46－47．

［4］孟昭曜．力學(xué)教學(xué)貼近生活的嘗試［J］．力學(xué)與實(shí)踐，2001(6):55．

G642

A

1674－5884(2012)05－0122－02

2012－02－25

《工程力學(xué)》福建省精品課程資助項(xiàng)目;福建農(nóng)林大學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目(111ZJ1018、01jg04084)

陳 鑫(1983－)，男，福建仙游人，碩士，主要從事從事理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程力學(xué)等課程的教學(xué)與研究。

(責(zé)任編校 羅 淵)