力學(xué)與工程選修課開設(shè)初探

蘆保國

(太原理工大學(xué)力學(xué)學(xué)院，山西 太原 030024)

力學(xué)與工程選修課開設(shè)初探

蘆保國

(太原理工大學(xué)力學(xué)學(xué)院，山西 太原 030024)

為踐行素質(zhì)教育理念，提出了開設(shè)“力學(xué)與工程”自然科學(xué)類選修課，針對授課對象大多數(shù)為文科和藝術(shù)類學(xué)生的實(shí)際情況，通過采取精選教學(xué)內(nèi)容、運(yùn)用講授法定性講解有關(guān)力學(xué)知識(shí)及其應(yīng)用，并輔之以多媒體教學(xué)手段等措施，取得了良好的教學(xué)效果。

力學(xué)，選修課，教學(xué)研究

國務(wù)院原副總理李嵐清同志指出實(shí)施素質(zhì)教育，就是全面貫徹黨的教育方針，以提高國民素質(zhì)為根本宗旨，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)，造就“有理想、有道德、有文化、有紀(jì)律”的德、智、體、美等全面發(fā)展的社會(huì)主義事業(yè)建設(shè)者和接班人。全面推進(jìn)素質(zhì)教育，要面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來，使受教育者堅(jiān)持學(xué)習(xí)科學(xué)文化與加強(qiáng)思想修養(yǎng)的統(tǒng)一，堅(jiān)持學(xué)習(xí)書本知識(shí)與投身社會(huì)實(shí)踐的統(tǒng)一，堅(jiān)持實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值與服務(wù)祖國人民的統(tǒng)一，堅(jiān)持樹立遠(yuǎn)大理想與進(jìn)行艱苦奮斗的統(tǒng)一。全面推進(jìn)素質(zhì)教育，要堅(jiān)持面向全體學(xué)生，為學(xué)生的全面發(fā)展創(chuàng)造相應(yīng)的條件，依法保障適齡兒童和青少年學(xué)習(xí)的基本權(quán)利，尊重學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)和教育規(guī)律，使學(xué)生生動(dòng)活潑、積極主動(dòng)地得到發(fā)展。素質(zhì)教育最重要的，就是要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生樹立建設(shè)中國特色社會(huì)主義的共同理想和民族精神，樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，養(yǎng)成良好的社會(huì)公德、職業(yè)道德、家庭美德［1］。

當(dāng)今素質(zhì)教育在教學(xué)改革中已成為現(xiàn)代教育的核心，為踐行素質(zhì)教育理念，普及力學(xué)知識(shí)，提高大學(xué)生的力學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的能力，開設(shè)自然科學(xué)類選修課“力學(xué)與工程”。該課程面向全校學(xué)生開設(shè)，學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)，由于地緣因素，實(shí)際只在榆次校區(qū)開設(shè)，報(bào)名人數(shù)219人。其中紡織類40人、電子商務(wù)類15人，藝術(shù)類165人。為淺顯易懂地講授好這門課，在以下幾方面進(jìn)行了探索。

1 選修課內(nèi)容介紹

針對學(xué)生實(shí)際，選修課以薛明德主編《力學(xué)與工程技術(shù)的進(jìn)步》為主要參考書，分八章講授［2］。前五章分別講授力學(xué)在土木工程、機(jī)械工程、航空航天工程、水利工程與船舶工程及生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用，后三章介紹力學(xué)在日常生活中的應(yīng)用。

第一章力學(xué)與土木工程，介紹了土木工程發(fā)展史，土木工程中的基本構(gòu)件——梁、柱、拱、板、殼、桁架、索和膜等。還引入了現(xiàn)代建筑，如喬治華盛頓大橋、蘇通大橋、吉隆坡雙子塔、比薩斜塔、埃菲爾鐵塔、中國館、國家大劇院、國家游泳館等。

第二章力學(xué)與機(jī)械工程，首先闡述了機(jī)械工程的概念，然后介紹了常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪和齒輪系傳動(dòng)、間隙運(yùn)動(dòng)和螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、離合器、減速器和變速器等。

第三章力學(xué)與航空航天工程，簡單回顧了航空航天工程發(fā)展史，介紹了各種類型的飛機(jī)，如活塞式飛機(jī)、噴氣式飛機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、空中加油機(jī)、直升機(jī)、隱形飛機(jī)、無人駕駛飛機(jī)、微型飛機(jī)和地效飛行器等，介紹了世界航天的發(fā)展，如火箭、衛(wèi)星、阿波羅工程、航天飛機(jī)、空天飛機(jī)、空間站和導(dǎo)彈等，還介紹了火星探測活動(dòng)，重點(diǎn)總結(jié)了中國航天的發(fā)展，如東方紅衛(wèi)星、嫦娥系列衛(wèi)星、長征系列火箭、神舟飛船和天宮一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室等，特別是近年的航天活動(dòng)，如嫦娥三號(hào)探月、神舟十號(hào)飛船與天宮一號(hào)的自動(dòng)交會(huì)對接、太空授課等。

第四章力學(xué)與水利船舶工程，首先簡單回顧水利工程和船舶工程的發(fā)展史，然后介紹中國古代水利工程，如都江堰、靈渠和鄭國渠、大運(yùn)河等，講解大壩的結(jié)構(gòu)形式并介紹中外著名的大壩，如胡佛水壩、阿斯旺水壩、三峽大壩等，還有水電站，如伊泰普水電站、朗斯潮汐電站、石龍壩水電站、葛洲壩水利樞紐等。最后講解船舶工程，其中包括鄭和下西洋、泰坦尼克號(hào)海難、航母艦隊(duì)及其巡洋艦、驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦，特別是中國第一艘航母遼寧號(hào)航空母艦等有關(guān)內(nèi)容。

第五章力學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程，首先簡單介紹生物醫(yī)學(xué)工程，尤其是生物力學(xué)之父馮元楨教授，然后介紹體育運(yùn)動(dòng)中的力學(xué)，如籃球、跳高、跳水、游泳、體操中涉及到的力學(xué)知識(shí)。引入仿生學(xué)及由此研制的泳衣，介紹心臟、人工心臟瓣膜、冠心病、心臟支架手術(shù)等，介紹骨折與康復(fù)、脊椎病與預(yù)防中的力學(xué)。最后根據(jù)授課對象中大部分為女生，同時(shí)愛美的特點(diǎn)，為其量身打造整形美容中的力學(xué)。

第六章身邊的力學(xué)(一)，首先闡述力學(xué)與美學(xué)特別是建筑中的力學(xué)與美學(xué)的關(guān)系，精選黃金分割率在藝術(shù)、建筑、生物、軍事、醫(yī)學(xué)以及日常生活中的表現(xiàn)，竹子、玉帶橋和十七孔橋、客家土樓、應(yīng)縣木塔、恒山懸空寺、中國古建中的“卷殺”和“側(cè)腳”、斗拱和檁三件以及西方古建的古希臘建筑藝術(shù)、古羅馬建筑藝術(shù)、拜占庭建筑、哥特式建筑、巴洛克建筑中力學(xué)與美學(xué)的高度和諧統(tǒng)一等內(nèi)容。然后講解自行車和列車中的力學(xué)，如自行車發(fā)展史、種類如(普通)自行車、公路自行車、場地自行車、山地自行車、速降自行車、斜躺自行車、旅行自行車、越野公路車、協(xié)力車、折疊車、電動(dòng)自行車、小輪車、死飛車等，以及現(xiàn)代新奇的火車如單軌鐵路、磁懸浮列車、動(dòng)車組等及其中蘊(yùn)含的力學(xué)原理。

第七章身邊的力學(xué)(二)，首先介紹應(yīng)力集中與熱脹冷縮現(xiàn)象在日常生活中的表現(xiàn)，如易拉罐罐頂?shù)男±?、食品包裝袋上的缺口、布店售貨員扯布的小口子、切割玻璃的刀痕以及汶川地震，買來的罐頭很難打開，剛煮好的茶雞蛋，在冷水里浸一下，雞蛋皮就容易剝下來、熱扣合法等。然后引入雜技中的力學(xué)、走路拄拐中的力學(xué)，如“達(dá)瓦孜”、舞獅、中幡、雙足步行、拐杖的種類和使用等。闡述了振動(dòng)的知識(shí)及產(chǎn)生振動(dòng)的物體，如秋千、鑼，介紹了共振現(xiàn)象及其表現(xiàn)，如宇宙大爆炸、微觀物質(zhì)世界的產(chǎn)生、蟈蟈的鳴叫、扁擔(dān)的使用等，以及由于共振發(fā)生的事故，如塔柯姆大橋因大風(fēng)引起的共振而塌毀。引入剛體的打擊中心的概念和有關(guān)的打擊物體，如鼓、球棒、錘子的正確使用。最后回顧了拔河的歷史，揭示了拔河過程中蘊(yùn)含的力學(xué)知識(shí)。

第八章身邊的力學(xué)(三)，首先引入紡織中的力學(xué)，如古老織機(jī)的杠桿原理、紡輪，現(xiàn)代紡機(jī)的高速轉(zhuǎn)子、劍桿、搖架軸、彎地軸、織機(jī)筘座，紡紗中的牽伸作用、摩擦紡紗、紗線絲光，現(xiàn)代紡織技術(shù)中的噴氣引緯、噴水引緯，以及新型紡織材料，如紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料等。引入印花設(shè)備和拉幅設(shè)備以及練漂、印染中涉及的力學(xué)知識(shí)。然后介紹服裝中的力學(xué)，如服裝的舒適性、適體性、延展性、滑移還是延伸，為何先紡成紗線，再織成布，輔料、服裝制版、縫料輸送器的作用等。最后介紹欹器中的力學(xué)，欹器，是一種灌溉用的汲水罐器，后失傳。現(xiàn)代力學(xué)者根據(jù)其特性將其復(fù)原。

2 教學(xué)方法及手段

針對授課對象的實(shí)際，采用講授法，并輔之以多媒體手段。該方法優(yōu)點(diǎn)在于教師可以充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，由易到難、由淺入深地傳授知識(shí)，有利于學(xué)生接受。由于授課對象擅長形象思維，而不擅長邏輯推理，講課中對涉及到的力學(xué)知識(shí)以定性講解為主，不做公式推導(dǎo)。眾所周知，采用多媒體教學(xué)軟件，在相同的時(shí)間內(nèi)可以使學(xué)生獲得更多的信息，較徹底地分解知識(shí)技能信息的復(fù)雜度，減少信息在大腦中從形象到抽象、再由抽象到形象的加工轉(zhuǎn)換過程，充分傳達(dá)教學(xué)意圖［3］。并搜集大量的視頻素材，如第一章搜集了國家圖書館、國家體育場、國家大劇院、蘇通大橋、上海世博會(huì)中國館、清明上河圖電子動(dòng)態(tài)版等視頻資料，第二章搜集了四桿機(jī)構(gòu)、齒輪及輪系、間隙運(yùn)動(dòng)和螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、離合器、減速器和變速器等動(dòng)畫及寶馬汽車生產(chǎn)的視頻，第三章搜集了阿波羅登月、飛機(jī)的發(fā)明和發(fā)展、東方紅一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射及太空授課等視頻，第四章搜集了都江堰、京杭大運(yùn)河、三峽工程、泰坦尼克號(hào)、遼寧號(hào)等有關(guān)視頻，第五章搜集了游泳(包括蝶游、蛙泳、仰游、自由游)、跳高、跳水等視頻，第六章搜集了應(yīng)縣木塔、恒山懸空寺、磁懸浮列車和單軌列車、自行車特技和死飛自行車演示等視頻資料，第七章搜集了新疆達(dá)瓦孜、中幡、舞獅等雜技表演的視頻，第八章則搜集了古代織機(jī)、細(xì)紗機(jī)、劍桿織機(jī)、噴氣織機(jī)生產(chǎn)的視頻。由于這些視頻生動(dòng)形象，密切聯(lián)系生活實(shí)際，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊了學(xué)生視野，在輕松榆快的課堂氣氛中掌握了力學(xué)知識(shí)，使知識(shí)教育和素質(zhì)教育得到完美的結(jié)合。

3 教學(xué)效果

通過精選教學(xué)內(nèi)容、運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，并輔之以先進(jìn)的多媒體教學(xué)手段，取得了良好的教學(xué)效果，優(yōu)良率達(dá)到80%。今后，將在積極探索和改進(jìn)教學(xué)方法、建立多元評價(jià)機(jī)制、增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面不斷加強(qiáng)教學(xué)研究，力爭取得更優(yōu)異的教學(xué)效果。

［1］李嵐清.李嵐清教育訪談錄［M］.北京:人民教育出版社，2003.

［2］孽明德.力學(xué)與工程技術(shù)的進(jìn)步［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［3］彭雅軒，王建國.在工程力學(xué)教學(xué)中的創(chuàng)新教育的探索與實(shí)踐［J］.教育探索，1997(4):50-52.

Elemental exploration on the elective course of Mechanics and Engineering

LU Bao-guo
(College of Mechanics of TUT，Taiyuan 030024，China)

In order to practice idea of quality education，a elective course，named Mechanics and Engineering is offered.Based on the fact that most of students major in the liberal arts and arts，a series measures are taken:teaching content is carefully chosen，knowledge and application about mechanics are qualitatively explained by means of expository method and multimedia teaching means is used.Therefore，good teaching effect is achieved.

mechanics，elective course，teaching research

G642.0

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.30.147

1009-6825(2014)30-0260-02

2014-08-15

蘆保國(1965-)，男，碩士，講師