《工程力學(xué)》課程教學(xué)方法的探討

周 煜

（安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山243032）

工程力學(xué)是高校工科專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論性較強(qiáng)、與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切，它的基礎(chǔ)性地位導(dǎo)致它在自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的地位，廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)械、土木建筑、航空航天中[1]。工程力學(xué)包括靜力學(xué)和材料力學(xué)兩部分的內(nèi)容，研究的是物體的受力分析、平衡條件以及桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。通過對工程力學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)，一方面，可以為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下必要的理論基礎(chǔ)；另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生分析解決工程實(shí)際問題的能力以及鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。但是，工程力學(xué)涉及的知識(shí)面較廣，研究對象從剛體到變形體，研究方法也各有不同，許多理論較為抽象，邏輯性強(qiáng)，加上學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少，在學(xué)時(shí)不斷減少而要求不斷提高的條件下，初學(xué)者要較好地掌握工程力學(xué)的知識(shí)還是具有一定的難度，甚至有些學(xué)生在接觸工程力學(xué)的初期就感覺到其困難性，進(jìn)而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。本文筆者結(jié)合個(gè)人的教學(xué)實(shí)踐，對工程力學(xué)的課程教學(xué)方法進(jìn)行了相關(guān)探討，旨在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)的興趣，提高工程力學(xué)的教學(xué)效果。

1 傳統(tǒng)工程力學(xué)教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)的工程力學(xué)教學(xué)中一般對各知識(shí)點(diǎn)講的過全和過細(xì)，所以需要耗費(fèi)較多的學(xué)時(shí)。隨著教學(xué)改革的逐步推進(jìn)，各工程專業(yè)對各自的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容都做了相應(yīng)的調(diào)整，在縮短工程力學(xué)學(xué)時(shí)的情況下同時(shí)還提高了工程力學(xué)的教學(xué)要求，導(dǎo)致一些教師為了完成教學(xué)任務(wù)量而不得不追趕教學(xué)進(jìn)度，從而影響了教學(xué)質(zhì)量，一定程度上增大了課程學(xué)習(xí)難度。因此，需要教師結(jié)合各專業(yè)的應(yīng)用背景制定合適的教學(xué)計(jì)劃，對與專業(yè)結(jié)合相對緊密的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，從而為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決一定的工程實(shí)際問題的能力。

另一方面，傳統(tǒng)的工程力學(xué)教學(xué)手段主要是“黑板”或者“黑板+PPT”的方式，教師在課堂上從概念引入到定理證明再到例題講解，整個(gè)講授過程顯得枯燥無味，導(dǎo)致學(xué)生在聽課時(shí)難以集中精力，其抽象思維能力也難以得到有效的提升。

2 啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性

工程力學(xué)中涉及到的概念較多，理論較為抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)難以理解，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，甚至?xí)缯n，所以在教學(xué)時(shí)要注重學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性[2-3]。緒論作為一門課程的入門向?qū)В侵v授這門課程質(zhì)量好壞的關(guān)鍵所在。教師講好緒論，可以使學(xué)生明確在工程力學(xué)中需要“學(xué)什么”、“為什么學(xué)”和“怎么學(xué)”，激發(fā)學(xué)生的求知欲。在講授緒論時(shí)最好能采用多媒體教學(xué)的方式，以工程實(shí)際、人們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降牧W(xué)問題為切入點(diǎn)來講解力學(xué)在實(shí)際應(yīng)用情況。例如，比薩斜塔為何如此堅(jiān)固而不倒塌？千斤頂為何能承受千斤的重量而不下落？為何食品包裝袋上存在一個(gè)小缺口？汽車輪胎表面為何會(huì)有許多凹凸不平的花紋？這些生活實(shí)例的引入很容易使學(xué)生產(chǎn)生對工程力學(xué)的濃厚興趣，促使他們努力學(xué)習(xí)工程力學(xué)知識(shí)去解決工程實(shí)際問題。與此同時(shí)，講授一些與工程力學(xué)有關(guān)的故事以及中國和世界的力學(xué)史實(shí)故事，例如趙州橋的設(shè)計(jì)、竹子的力學(xué)性質(zhì)以及機(jī)械手與機(jī)器人的研制，進(jìn)一步闡明工程力學(xué)的發(fā)展前景和重要性。

同時(shí)，在教學(xué)過程中教師應(yīng)善于提出問題，使學(xué)生進(jìn)入“生疑、質(zhì)疑、解疑”的學(xué)習(xí)情境中，通過不斷深入的思考，最后解決問題。例如在講解力的平移定理時(shí)，可以引用學(xué)生在金工實(shí)習(xí)時(shí)采用絲錐攻絲的實(shí)例。鉗工在攻絲時(shí)為何要用兩手同時(shí)動(dòng)作，而采用單手握住絲錐絞手一端進(jìn)行攻絲則容易使絲錐折斷。與此同時(shí)，在課堂上講解一些學(xué)生難以理解的問題時(shí)，可以適當(dāng)?shù)匾胙菔緦?shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生解決難題的動(dòng)力。比如，在講述鑄鐵一類材料的斷裂方式時(shí)，可以采用粉筆這樣的脆性材料來替代，通過手施加拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷，觀察粉筆在不同載荷類型的作用下的斷裂路徑，通過這樣的方式可以使學(xué)生更好地理解有關(guān)的斷裂理論?？傊箤W(xué)生在愉快的心情下深入思考問題和不斷探索，從而保證教學(xué)的順利開展并達(dá)到預(yù)期的效果。

3 循序漸進(jìn)地揭示力學(xué)理論

工程力學(xué)理論較為抽象，直接講述可能枯燥無味，如果結(jié)合生活實(shí)例循序漸進(jìn)地進(jìn)行解釋，教學(xué)效果會(huì)更好。例如，在講解平面任意力系的簡化時(shí)，可以采用陽臺(tái)（懸臂梁）的固定端處的約束反力來說明，通過力的平移定理和向固定端一點(diǎn)進(jìn)行簡化可以解釋為何固定端的約束反力可以用兩個(gè)正交分力和一個(gè)力偶矩表示。再比如，在講述利用桿件彎矩、剪力和載荷集度之間的關(guān)系快速作出桿件內(nèi)力圖的方法時(shí)，往往可以總結(jié)歸納出容易記憶的口訣來直接畫出。從左往右，在集中力作用處，剪力為上加下減，彎矩有尖角；在集中力偶作用處，剪力不變，彎矩為順加逆減。隨后教師有必要進(jìn)一步解釋其來由，該口訣的基本原理實(shí)質(zhì)上是對分段點(diǎn)（集中力或力偶作用處）左右兩部分分別建立平衡方程，再根據(jù)剪力和彎矩的正負(fù)號(hào)定義即可得到剪力和彎矩在分段點(diǎn)處的變化。通過這樣的講解，學(xué)生可以更好地理解口訣，而不容易產(chǎn)生混淆。

4 理論教學(xué)與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合

長期以來工程力學(xué)教學(xué)側(cè)重于課程內(nèi)容的講解，而忽視了工程力學(xué)的主要目的之一，即解決實(shí)際工程中的力學(xué)問題，因而難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。所以，在教學(xué)過程中教師可以適當(dāng)?shù)丶尤胂嚓P(guān)的科研項(xiàng)目內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合，不過這也要求教師具有深厚的力學(xué)知識(shí)和寬廣的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，不斷提高自己的科研水平和積累工程經(jīng)驗(yàn)，利用自己的知識(shí)對學(xué)生的知識(shí)創(chuàng)新性進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)。例如，在講述梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論時(shí)，可以將火電廠主蒸汽管線結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析項(xiàng)目帶到課堂中，闡述彈簧支吊架和剛性吊架等的調(diào)整對整體管系結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)的影響。隨著計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，在科學(xué)和工程領(lǐng)域中涌現(xiàn)出越來越多的數(shù)值計(jì)算軟件如MATLAB[4]和有限元計(jì)算軟件如ANSYS，科研工作者和工程師們借助數(shù)值分析軟件可以完成大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析計(jì)算，通過在課堂上介紹相關(guān)軟件及其項(xiàng)目研究，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件解決實(shí)際工程力學(xué)問題的能力。

5 結(jié)束語

筆者結(jié)合教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)和感受對工程力學(xué)的教學(xué)方法做了幾點(diǎn)探討。工程力學(xué)是一門與實(shí)際工程技術(shù)緊密聯(lián)系的專業(yè)基礎(chǔ)性學(xué)科，概念和理論抽象，例題和習(xí)題大多對工程模型進(jìn)行了簡化，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生難以產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)生的創(chuàng)新和解決工程問題的能力難以得到有效的提高。因此，教師需要通過各種積極有效的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)其科學(xué)思維能力，特別是通過一定的實(shí)際工程項(xiàng)目研究的講解，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際工程問題的能力。

［1］范欽珊.工程力學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

［2］左建平,左明.談大學(xué)工程力學(xué)課程的教學(xué)思想[J].高教論壇,2010,4:18-21.

［3］趙玉成,喻梅.工程力學(xué)課程內(nèi)容體系及教學(xué)改革研究[J].力學(xué)與實(shí)踐,2009,05:69-71.

［4］何結(jié)兵,顧愛軍,楚海建.Matlab在工程力學(xué)課程教學(xué)中的實(shí)踐[J].力學(xué)與實(shí)踐,2003,06:73-75.