力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的思考

宋志勇

黑龍江科技學(xué)院數(shù)學(xué)理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150027

力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的思考

宋志勇

黑龍江科技學(xué)院數(shù)學(xué)理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150027

在力學(xué)課程教學(xué)中，改革理論內(nèi)容體系和教學(xué)方法，通過引入工程實(shí)例進(jìn)行案例式輔助教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生運(yùn)用理論對實(shí)際問題進(jìn)行力學(xué)建模和計(jì)算分析，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

力學(xué)課程；教學(xué)方法；工程實(shí)例；應(yīng)用能力

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢，社會需要能靈活運(yùn)用所學(xué)理論方法解決實(shí)際工程問題的應(yīng)用型和創(chuàng)新性素質(zhì)的人才，這就要求教育者要在教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。力學(xué)課程作為重要的工科基礎(chǔ)課程，對于培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的基礎(chǔ)理論、工程實(shí)際問題的建模能力、分析與計(jì)算能力有著重要作用。但傳統(tǒng)的力學(xué)課程內(nèi)容中很多概念比較抽象，理論邏輯性較強(qiáng)，傳統(tǒng)教學(xué)中注重理論的抽象邏輯推演，實(shí)際應(yīng)用體現(xiàn)不足。隨著目前高等教育的發(fā)展進(jìn)入了普通大眾化教育階段，作為教育對象的學(xué)生和以往發(fā)生了很大變化，當(dāng)前眾多學(xué)生中普遍存在反叛意識強(qiáng)，同時(shí)具有好奇心強(qiáng)、喜歡接受新鮮事物的特點(diǎn)。不喜歡以往的傳統(tǒng)式接受知識和課堂講授；更注重所學(xué)的實(shí)用性，對于很多理論性較強(qiáng)，相對內(nèi)同枯燥抽象的基礎(chǔ)性課程則不愿學(xué)習(xí)，造成了學(xué)生基礎(chǔ)知識不牢靠，分析問題和解決問題的能力欠缺。針對這些問題，文獻(xiàn)[1]、[3]探討了案例教學(xué)和多媒體技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用，本文從課程內(nèi)容、教學(xué)手段和方法出發(fā)，探討在教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

1 改革知識內(nèi)容體系

一般工科專業(yè)都把力學(xué)課程作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)性課程，不僅僅因?yàn)闉楹罄m(xù)課程打下基礎(chǔ)，而且力學(xué)又與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，能獨(dú)立培養(yǎng)學(xué)生解決問題的應(yīng)用能力。

力學(xué)基礎(chǔ)課程主要包括理論力學(xué)和材料力學(xué)課程，其課程內(nèi)容具有集理論基礎(chǔ)和工程應(yīng)用于一體的特點(diǎn)。主要包括剛體系靜平衡、運(yùn)動和動力學(xué)分析；彈性變形體的內(nèi)力、應(yīng)力分析、及變形分析，應(yīng)力分析和強(qiáng)度理論等，主要解決基本構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等問題。

傳統(tǒng)的教學(xué)中，基本理論的內(nèi)容比重較大，其中理論力學(xué)主要采用比較抽象的邏輯演繹方式建立、材料力學(xué)基于基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)引入諸多理論假設(shè)。針對不同的專業(yè)特點(diǎn)保留基本內(nèi)容，適當(dāng)刪減部分過于抽象和實(shí)際聯(lián)系較少的理論內(nèi)容，增加工程應(yīng)用實(shí)例和前沿知識。

2 采用豐富教學(xué)手段方法，激發(fā)學(xué)生興趣

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，課堂教學(xué)應(yīng)該以采用多種教學(xué)手段，以豐富、生動的內(nèi)容使學(xué)生更便于接受。運(yùn)用多媒體技術(shù)，不僅能課堂上展現(xiàn)大量的知識信息，也將傳統(tǒng)的教學(xué)理論內(nèi)容以動畫、虛擬實(shí)驗(yàn)等方式生動的展現(xiàn)，使得學(xué)生更容易理解比較抽象的概念和理論。例如講述理論力學(xué)的約束力，通過直接在圖像上觀察實(shí)際約束結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了學(xué)生對各類約束力的深刻認(rèn)識。通過這些豐富直觀的教學(xué)手段讓學(xué)生在大腦中直接快速形成基本影像，在通過自己的知識程度去分析總結(jié)和思考，全面提高學(xué)生的抽象思維能力和思考能力。近年成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引用，各類教學(xué)互動網(wǎng)站、網(wǎng)絡(luò)授課、網(wǎng)絡(luò)答疑，甚至于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)名方式，都能吸引學(xué)生的主動參與教學(xué)過程，提高教學(xué)效果。

將課堂上的理論知識和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)密切聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的對知識的掌握，由于力學(xué)的概念和理論一般比較抽象。例如理論力學(xué)和材料力學(xué)中的內(nèi)力、應(yīng)力、科氏加速度等，通過開設(shè)一定數(shù)目的實(shí)驗(yàn)，使理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互交叉滲透，能夠使學(xué)生對所學(xué)知識產(chǎn)生感性認(rèn)識，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外在課堂教學(xué)中還可以采用力學(xué)實(shí)物模型等教學(xué)工具來提高學(xué)生的感性認(rèn)識能力。

3 引入工程實(shí)際案例

在教學(xué)中，引入工程實(shí)例，對高校教育有著重要啟示和推動作用，案例教學(xué)最早由哈佛法學(xué)院克里斯托弗·哥倫布·蘭德爾于使用于哈佛大學(xué)的教育中。近年來得到我國眾多高校越來越多的重視。

案例教學(xué)有助于激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識的極大興趣，提高學(xué)生對實(shí)際問題的建模和分析計(jì)算能力。提高學(xué)生分析與解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的引用能力。例如再材料力學(xué)中講授材料力學(xué)性能和剪切和擠壓內(nèi)容時(shí)候，可引入如下歷史上著名的泰坦尼克號事件。

1912年美國豪華客輪泰坦尼克號的沉船事件是人類航海吏上重大的災(zāi)難，長期以來關(guān)于這次沉船的原因一直眾說紛紜（如圖1）。其中重要的一種解釋就是從材料的力學(xué)性能角度和板件剪切、擠壓作用來闡述。

首先向?qū)W生提出問題：當(dāng)時(shí)，泰坦尼克號采用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的制造技術(shù)，船板采用了厚鋼板。在與一座緩慢移動的冰山擦邊（并非是正面相撞）后，是何原因最終確導(dǎo)致該船在2小時(shí)之內(nèi)迅速下沉。

從材料力學(xué)性能分析：當(dāng)時(shí)雖然采用了很厚的鋼板造船船，但由于鑄造技術(shù)的局限，鋼板材料存在有低溫脆性。即材料在低溫下很容易斷裂，降低了鋼的強(qiáng)度。由于船的海水低溫影響，使得冰山從側(cè)面的擦滑，船的側(cè)面鋼板就被劃出一個(gè)很大裂紋口。直到二戰(zhàn)時(shí)期大量合金材料的運(yùn)用，這一現(xiàn)象才得以避免?，F(xiàn)在類似的高強(qiáng)度薄鋼板已得到廣泛應(yīng)用。

從鋼板的剪切和擠壓分析：泰坦尼克號具有多個(gè)密封的獨(dú)立水密艙艙，在第一次直接碰撞中只是造成了一個(gè)水密艙漏水，但是在和冰山摩擦中形成的巨大摩擦力，造成了船側(cè)底的鋼板聯(lián)結(jié)構(gòu)件—鉚釘承受剪切作用（如圖2），其強(qiáng)度無法承受這個(gè)剪切力作用，最終所有密封艙大量進(jìn)水，造成船沉事故。

4 結(jié)語

在課程教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際問題能力為核心，對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段、方法進(jìn)行改革，注重理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；引入工程實(shí)例進(jìn)行案例式教學(xué)，通過多媒體的有效傳媒手段，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生對從工程實(shí)際抽象成力學(xué)模型進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生的興趣，鼓勵(lì)其進(jìn)行獨(dú)立思考，運(yùn)用所學(xué)理論知識進(jìn)行分析問題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際引用能力。

[1] 孫慶巍等.談結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中案例式教學(xué)[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2010；29：83

[2] 吳云鵬等. 高校多媒體教學(xué)現(xiàn)狀及提高多媒體教學(xué)質(zhì)量的探討[J].中國科技信息,

2008；18 :290 ～291

宋志勇，男，（1979/04-），黑龍江哈爾濱，碩士講師，研究方向：非線性動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)。

圖1 泰坦尼克號

圖2 鉚釘受剪作用

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.152