工程力學(xué)課程素質(zhì)教育探索與實踐

摘要：分析目前工程力學(xué)教學(xué)中存在的問題，為提高學(xué)生綜合素質(zhì)，在加強理論教學(xué)與實踐應(yīng)用的相互滲透、強化學(xué)生的科學(xué)思維能力培養(yǎng)、工程事故案例分析等多個方面進(jìn)行了有益探索，提出了工程力學(xué)教學(xué)過程中實施素質(zhì)教育的具體方案。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；素質(zhì)教育；工程能力

中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：10052909（2012）06006103工程力學(xué)是機械、土建等工科專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過該課程的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提高綜合素質(zhì)。

一、工程力學(xué)課程教學(xué)中存在的問題

其一，雖然強調(diào)工程力學(xué)課程為后續(xù)專業(yè)課程提供基礎(chǔ)，但不重視課程本身與實踐的聯(lián)系。由于教材忽視理論與工程實際之間聯(lián)系，如果教師僅按照教材講授，會顯得機械和枯燥，學(xué)生在學(xué)習(xí)時就容易把它看作是一門抽象難懂的理論課程。理論與工程實際脫節(jié)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

其二，課程教學(xué)以傳授知識為教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生片面地認(rèn)為只要會做題就行，忽視課程本身對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

其三，“填鴨式”教學(xué)方法忽視了學(xué)生的主觀能動性，在引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)、主動探索和思維訓(xùn)練方面有較大的缺陷，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

其四，工程力學(xué)教材在內(nèi)容體系上將理論力學(xué)與材料力學(xué)兩部分內(nèi)容截然分開。材料力學(xué)按照桿件的拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲4種基本變形分別獨立地介紹。這樣的編排作為教材內(nèi)容體系無可厚非，但教學(xué)時如果照本宣科，一味孤立地研究某一問題，零散知識點的學(xué)習(xí)將使學(xué)生難以從整體上把握工程力學(xué)的全貌，不能形成知識體系，更何況利用工程力學(xué)的知識去解決工程實際問題。

工程力學(xué)對學(xué)生的情感態(tài)度、價值觀念、工作作風(fēng)以及綜合素質(zhì)都有著極為重要的影響。在教學(xué)過程中，教師要不失時機地引導(dǎo)學(xué)生體會工程力學(xué)給自己帶來的自尊和自信，感悟工程力學(xué)給自己帶來的智慧和啟迪，享受工程力學(xué)帶來的使自己終生受益的良好習(xí)慣，通過工程力學(xué)學(xué)習(xí)提高綜合素質(zhì)。因此，在工程力學(xué)課程教學(xué)全過程實施素質(zhì)教育策略，必須改變過去只重視傳授知識和技能卻忽視素質(zhì)培養(yǎng)的做法，探索工程力學(xué)課程素質(zhì)教育的具體實施方案，有意識地加強對學(xué)生人文素質(zhì)、科學(xué)素質(zhì)和工程能力培養(yǎng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、工作奠定良好的基礎(chǔ)。學(xué)生素質(zhì)教育與能力培養(yǎng)是一項龐大而艱巨的系統(tǒng)工程，工程力學(xué)對提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)是相當(dāng)重要的［1］。

近年來，項目組從對學(xué)生工程能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)的角度出發(fā)，結(jié)合實際的教學(xué)工作，對工程力學(xué)課程素質(zhì)教育的具體實施進(jìn)行了有益的嘗試。

二、通過創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境加強理論教學(xué)與實踐應(yīng)用的相互滲透

工科專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，首先要增強學(xué)生的實踐意識和工程意識。在人才培養(yǎng)過程中應(yīng)特別注意學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，在加強基礎(chǔ)理論教學(xué)，拓寬學(xué)生知識面，為學(xué)生打下寬厚的工程力學(xué)理論基礎(chǔ)的同時，加強基礎(chǔ)理論的應(yīng)用，把知識的應(yīng)用滲透到教學(xué)的全過程。

12高等建筑教育2012年第21卷第6期

嚴(yán)慕容，等工程力學(xué)課程素質(zhì)教育探索與實踐

由于目前國內(nèi)大部分的工程力學(xué)教材關(guān)于工程實例的內(nèi)容不多，幾乎所有的例題和習(xí)題均是針對已經(jīng)簡化好的常見幾種標(biāo)準(zhǔn)的約束類型和桿、梁、軸、柱等模型，學(xué)生感覺課堂理論與工程實踐脫節(jié)。因此，在講授理論知識的同時應(yīng)盡可能創(chuàng)設(shè)與工程實際相近的教學(xué)情境，將抽象的理論與具體的工程實例結(jié)合講授，使學(xué)生感受到工程力學(xué)知識在工程實際中的重要作用，體會到所學(xué)課程的價值，并有效地激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高課堂教學(xué)效果。如在學(xué)習(xí)了工程上常見的標(biāo)準(zhǔn)約束類型及約束反力之后，介紹工程實際中真實約束的構(gòu)造和作用，并要求學(xué)生在課后觀察分析生活和工程實際中各種具體約束，并把它與常見的標(biāo)準(zhǔn)約束類型歸類，使學(xué)生理解約束這一抽象概念。又如在講授彎曲強度理論中關(guān)于合理截面、合理支承、等強度梁等概念前，要求課前觀察實際工程中承受彎曲構(gòu)件的截面形狀、放置方式，并思考：“在截面積相等的前提下，圓管較實心桿在抗彎強度上有何優(yōu)點？吊運長桿狀構(gòu)件時，其合理的吊點是否應(yīng)設(shè)置在兩端？扁擔(dān)合理的截面形狀變化是什么？”問題的設(shè)置有助于引發(fā)學(xué)生觀察、思考，帶著問題預(yù)習(xí)，對授課難點可以在在課堂上安排適當(dāng)?shù)奶釂柡陀懻摥h(huán)節(jié)。又如講解軸的合理截面形狀的問題時，結(jié)合麥桿、動物的骨骼等空心圓截面，說明它們的合理性是自然界長期進(jìn)化的結(jié)果，通過這些直觀的事例加深學(xué)生對合理截面形狀的認(rèn)識?？傊?，把工程力學(xué)的應(yīng)用性環(huán)節(jié)貫穿每一個章節(jié)，起到了良好的教學(xué)效果。

三、通過探究式教學(xué)模式強化學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

課堂教學(xué)中應(yīng)改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，采取教師指導(dǎo)下的以學(xué)生為中心的探究式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣和自覺性，掌握自學(xué)方法，形成對知識信息的分析、綜合和運用能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的提高。通過不斷引導(dǎo)學(xué)生尋找各部分知識點的邏輯關(guān)聯(lián)，將課程所有知識點整合成完整的邏輯鏈圖，形成層次化、網(wǎng)絡(luò)化的工程力學(xué)知識體系。如在靜力學(xué)部分，按照一般的認(rèn)知規(guī)律，按特殊力系到一般力系的順序講授后，引導(dǎo)學(xué)生整理出從空間一般力系倒推出各種特殊力系合成與平衡的邏輯框圖，這樣學(xué)生就理清一般力系與特殊力系的邏輯關(guān)系，形成局部的知識網(wǎng)絡(luò)。又如講完軸向拉、壓變形后，引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)出材料力學(xué)研究方法的步驟框圖，并指出扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本變形桿的強度、剛度等問題的分析思路是一致的，這樣，看似零散毫無關(guān)聯(lián)的知識點，由于研究方法的統(tǒng)一穿引形成了一條完整的主線。工程力學(xué)包含了理論力學(xué)與材料力學(xué)兩部分，內(nèi)容體系相對獨立且各有側(cè)重但又相互關(guān)聯(lián)。如果在教學(xué)中不注意引導(dǎo)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中就會產(chǎn)生概念模糊、理論零散的感覺，不利于科學(xué)思維的培養(yǎng)。因此，教學(xué)時要注意這兩部分內(nèi)容之間的聯(lián)系與滲透，引導(dǎo)學(xué)生將這兩部分內(nèi)容連成有機的整體。在教學(xué)過程中，從各自研究對象、分析方法、基本概念上引導(dǎo)學(xué)生不斷地對比、關(guān)聯(lián)。如在講到位移時，提出位移分為剛性位移和變形位移兩類：若物體中任意兩點的相對位置沒有變化，則這時物體的位移稱為剛性位移，理論力學(xué)中，當(dāng)剛體作平動或轉(zhuǎn)動時的位移就是剛性位移；若物體中任意兩點的相對位置發(fā)生了變化，則這時物體的位移稱為變形位移，材料力學(xué)中所研究的物體位移，是與線應(yīng)變或角應(yīng)變有關(guān)的變形位移。又如在講解構(gòu)件內(nèi)力計算時，引導(dǎo)學(xué)生回顧理論力學(xué)中關(guān)于各種力系的平衡條件，使學(xué)生明白截面法其實就是力系平衡理論的應(yīng)用。此外，關(guān)于物體的彈性力勢能與構(gòu)件應(yīng)變能，剛體的轉(zhuǎn)動慣量與截面慣性矩、桁架內(nèi)力與拉壓桿的軸力等，通過這些相關(guān)概念、方法的對比分析，使學(xué)生加強課程章節(jié)之間和各方法之間的聯(lián)系，達(dá)到知識和方法的融合，起到溫故知新、融會貫通、事半功倍的效果。

在習(xí)題課中，著重引導(dǎo)學(xué)生以一題多解的思路進(jìn)行分析，強調(diào)平時作業(yè)中解題步驟表述的嚴(yán)密性和合理性，使學(xué)生對知識理解透徹、表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn)。通過強化學(xué)生的邏輯思維訓(xùn)練，改變學(xué)生的工程力學(xué)知識點零散、系統(tǒng)性不強和理解不透徹的弊端，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

四、通過工程事故案例分析培養(yǎng)學(xué)生人文素質(zhì)

事故分析是一門綜合性學(xué)科，涉及到力學(xué)、材料、設(shè)計、施工、質(zhì)量管理等多方面知識。教師在不斷優(yōu)化自己知識體系的同時，平時要多留心收集有關(guān)資料作為教學(xué)素材，在介紹有關(guān)知識點時穿插介紹相關(guān)的事故案例［2］。在教學(xué)中精選一些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的案例進(jìn)行研究探討，如在講解連接件的強度問題時，介紹近期在中國多個城市發(fā)生的幾起電梯事故，其原因都是由于扶梯主機固定螺栓松脫或被切斷使主機支座移位，造成驅(qū)動鏈條脫離鏈輪，扶梯在重力的作用下下滑，導(dǎo)致多人傷亡。這樣鮮活的案例使學(xué)生樹立工程安全意識與社會責(zé)任感。由于各種原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)喪失承載能力、出現(xiàn)重大工程事故的例子不勝枚舉，有些可通過視頻等方式給學(xué)生直觀感受，如：播放1940年11月7日美國華盛頓州的塔科馬大橋在風(fēng)載下倒塌的視頻，這起由于對大橋的空氣動力學(xué)問題和結(jié)構(gòu)分析不嚴(yán)密所致的事故；美國紐約911恐怖襲擊事件中高達(dá)110層的世貿(mào)中心雙子塔倒塌的力學(xué)原因，可以結(jié)合壓彎組合、沖擊、材料的力學(xué)性能等方面進(jìn)行分析；因核反應(yīng)堆外殼所承受的蒸汽壓力和溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計值而發(fā)生強度失效，導(dǎo)致了1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站大爆炸的案例。此外還有常見于報端的有關(guān)建筑工地棚架失穩(wěn)、塔吊鋼絲斷裂等導(dǎo)致的工程事故等。殘酷的工程事故造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)的損失，令學(xué)生心靈震撼。工程力學(xué)教學(xué)中分析一些重大工程事故案例的力學(xué)問題，使教材上看似枯燥的力學(xué)知識如強度、剛度、穩(wěn)定性、材料的力學(xué)性能等，在事故分析中更顯得鮮活而重要，教學(xué)中通過重大工程事故分析非常有說服力，使學(xué)生從內(nèi)心深處產(chǎn)生學(xué)好材料力學(xué)的強大動力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，在培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)的同時培養(yǎng)學(xué)生的人文素質(zhì)，即責(zé)任意識、安全意識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、可持續(xù)發(fā)展的能力，以使教學(xué)達(dá)到“傳道、授業(yè)、解惑”的最高境界，真正實現(xiàn)教書育人［3］。

五、通過課程設(shè)計強化學(xué)生綜合分析問題能力

在工程力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，可針對不同專業(yè)的要求，從強度、剛度、穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，在工程實際中選取一些較為復(fù)雜的構(gòu)件，要求學(xué)生從全面、整體的角度予以解答，并撰寫課程設(shè)計論文。這樣既可以深化課堂內(nèi)容，使知識系統(tǒng)化，又可培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用工程力學(xué)原理解決實際工程問題的能力，做到學(xué)中做、做中用，學(xué)用結(jié)合，既能系統(tǒng)應(yīng)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課知識（如高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、算法語言、計算機和工程力學(xué)等），又為后繼課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，使各教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)內(nèi)容有機聯(lián)系。學(xué)生在撰寫論文的過程中，可以鍛煉綜合分析和解決問題的能力及獨立獲取知識的能力，強化學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡海巖.對力學(xué)教育的若干思考［J］.力學(xué)與實踐，2009，31（1）：70-72.

［2］向長奎.材料力學(xué)教學(xué)利用工程事故教書育人的探討［J］.山西建筑，2007，33（28）：229-230.

［3］王建立，張嵐.聯(lián)系其他領(lǐng)域搞好《工程力學(xué)》教學(xué)［J］.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（25）：201-202.

編輯 詹燕平