工程力學(xué)教學(xué)方法的創(chuàng)新探索與實(shí)踐

王琳 郭維城 陳麗華 尹曉偉

摘 要 工程力學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有理論性、抽象性、概括性和靈活性的特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。在課堂當(dāng)中采用對(duì)比法教學(xué)、案例式教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)方法，可提高所學(xué)知識(shí)的條理性和系統(tǒng)性、加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性及創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題與解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 工程力學(xué) 案例式教學(xué) 互動(dòng)式教學(xué) 對(duì)比法教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Innovation Exploration and Practice in Engineering

Mechanics Teaching Methods

WANG Lin， GUO Weicheng， CHEN Lihua， YIN Xiaowei

（Department of Management， Heilongjiang University of Finance and Economics， Shenyang， Liaoning 110136）

Abstract Engineering Mechanics is an important basic course， has a theoretical， abstract features， broad and flexible， student learning difficult. Contrast method which uses in the classroom teaching， case teaching， interactive teaching methods to improve the knowledge of the rational and systematic， deepen the understanding of the knowledge， enthusiasm and initiative to improve students' ability to learn and innovation， help students' comprehensive problem analysis and problem-solving skills.

Key words engineering mechanics； case teaching； interactive teaching； comparative teaching

0 引言

工程力學(xué)是理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在工科各專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位，是工程材料、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。其包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)四部分，通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維能力和創(chuàng)新能力，而且對(duì)提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力有很大幫助。由于該課程具有抽象性、邏輯性強(qiáng)、概念公式繁多、章與章、節(jié)與節(jié)之間的聯(lián)系緊密、解決問題方法靈活多變等特點(diǎn)，在教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映工程力學(xué)這門課枯燥難學(xué)。且教材中工程實(shí)例較少，學(xué)生往往不知道所學(xué)知識(shí)能解決什么工程問題，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)的目的性和積極性不高。為解決以上問題，就要求教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)。為此可從以下幾個(gè)方面嘗試。

1 采用對(duì)比法教學(xué)

通過多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常有學(xué)生反映工程力學(xué)這門課難學(xué)，理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、公式繁多易混、難以記憶。針對(duì)易錯(cuò)、易混淆的知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)采用對(duì)比法教學(xué)。正確地運(yùn)用對(duì)比法教學(xué)，不但能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)問題的理解力和記憶力，而且能使所學(xué)知識(shí)更系統(tǒng)化、條理化，有利于認(rèn)識(shí)共性和個(gè)性，使概念公式不易混淆，使復(fù)雜問題簡單化。

在靜力學(xué)中，平面匯交力系、平面力偶系、平面一般力系和平面平行力系雖然是獨(dú)立的三章，但每章的研究思路是相同的，即力系的概念、力系合成、平衡條件及平衡方程這幾大問題。這樣，整個(gè)靜力學(xué)部分就由四個(gè)模塊構(gòu)成即：力系的概念、力系的簡化、力系的平衡條件、平衡方程的應(yīng)用。實(shí)踐表明，采用對(duì)比法進(jìn)行教學(xué)，能夠使復(fù)雜問題簡單化，靜力學(xué)經(jīng)過這樣的處理，在學(xué)生頭腦中直接建立起了一條非常清晰的主線，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)問題的理解力和記憶力。

在材料力學(xué)中，主要介紹軸向拉壓、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、組合變形等。傳統(tǒng)的講授方法往往只是單獨(dú)介紹這幾種變形，由于每一種基本變形的內(nèi)力、公式都不一樣，表面上各章節(jié)之間似乎沒什么聯(lián)系，再加上公式概念繁多、容易混淆、難以記憶，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定的困難。為了理清學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，運(yùn)用對(duì)比的教學(xué)方法，幫助學(xué)生總結(jié)歸納雜亂的知識(shí)點(diǎn)，從中可發(fā)現(xiàn)軸向拉壓、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲、組合變形等變形，它們每章的研究思路是相同的。即變形的概念、內(nèi)力、應(yīng)力、強(qiáng)度（剛度）條件。這樣，可將材料力學(xué)部分的四大變形和組合變形分成以下幾個(gè)模塊：概念、內(nèi)力分析、應(yīng)力分析、強(qiáng)度（剛度）條件及應(yīng)用。這樣調(diào)整后學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的研究方法和知識(shí)框架認(rèn)識(shí)得更清楚、更有條理性、不會(huì)混淆、記憶深刻，從而能在學(xué)習(xí)過程中掌握主動(dòng)，思考也變得積極活躍。

2 實(shí)施案例式教學(xué)

由于工程力學(xué)的理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)，課程內(nèi)含大量的基本概念、基本術(shù)語、內(nèi)容和公式，純粹的理論講解會(huì)使學(xué)生感覺枯燥乏味，從而對(duì)學(xué)習(xí)這門課程失去了興趣。所以在講解過程中，采用案例教學(xué)，選取生活實(shí)例及工程實(shí)例，使學(xué)生不再感覺課本知識(shí)空洞、抽象。列舉生活及工程實(shí)例可以培養(yǎng)學(xué)生建立力學(xué)模型的能力，使學(xué)生們更加深刻地理解掌握理論知識(shí)，認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)理論在工程實(shí)際應(yīng)用中的重要性，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

例1：在介紹靜力學(xué)中常見幾種約束時(shí)，其中涉及到的非自由體、約束與約束反力的概念非常抽象，在教學(xué)過程中可舉出以下實(shí)例：教室里的日光燈被繩子懸掛在天花板下。這時(shí)繩子就是約束，它限制了日光燈自由下落，日光燈就是非自由體其位移受限，而繩子給日光燈的拉力就是約束反力。通過這個(gè)實(shí)例學(xué)生將牢牢記住這幾個(gè)概念。

例2：在介紹材料力學(xué)中的剪切強(qiáng)度條件時(shí)，可以“泰坦尼克”號(hào)沉沒事件為例。多年來，科學(xué)家們一直在尋找這次海難的原因，從材料力學(xué)的角度分析此事故，還是能夠總結(jié)出非常多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的。美國的一個(gè)海洋法醫(yī)專家小組在獲得初步的證據(jù)后認(rèn)為，除了船速過快以外，這艘船的鉚釘質(zhì)量可能是導(dǎo)致這場嚴(yán)重事故的主要原因之一。當(dāng)時(shí)“泰坦尼克”號(hào)不是正面撞在冰山上的，而是船體側(cè)面與冰山相擦，側(cè)舷船殼鋼板受到了強(qiáng)大的剪應(yīng)力與擠壓應(yīng)力。船殼并不是一整塊鋼板，而是鉚釘鏈接的。因此，鉚釘無法承受超高的剪切應(yīng)力，直接被剪斷。這樣，鉚釘斷裂造成船鋼板解體，形成橫亙6個(gè)防漏隔艙的大裂縫，超過了臨界的4個(gè)。6個(gè)船艙都進(jìn)滿水后，船體頭尾失去平衡，尾部翹起，導(dǎo)致船從中間彎曲斷裂，最后沉入大西洋底。

例3：講到脆性材料耐拉壓的能力不同時(shí)，可以以隋代工匠李春修建的趙州橋?yàn)槔?，說明早在一千多年前，我們的祖先已經(jīng)能夠很好地利用材料的這些基本性能，造福一方百姓，而且通過力學(xué)軟件對(duì)趙州橋的力學(xué)分析表明，的確是在應(yīng)力較大的地方填充有材料，而在應(yīng)力較小的地方留有排水的泄洪口。

3 開展互動(dòng)式教學(xué)

在教學(xué)學(xué)時(shí)普遍緊縮的情況下，傳統(tǒng)的單向灌輸式教學(xué)方法已變成了理所應(yīng)當(dāng)，導(dǎo)致學(xué)生的依賴心理強(qiáng)、不主動(dòng)去思考，上課時(shí)完全靠老師講解。而且，嚴(yán)重阻礙了高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)?？梢姡虒W(xué)方法不改革，創(chuàng)新型人才難涌現(xiàn)?；?dòng)式教學(xué)改變了課堂教學(xué)中教師的絕對(duì)主導(dǎo)地位，創(chuàng)造出師生平等、合作、和諧的課堂氣氛，使師生在知識(shí)、情感、思想等方面的相互交融實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長的一種教學(xué)方式。采用互動(dòng)式教學(xué)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。比如可以組織學(xué)生參與教學(xué)，對(duì)某些章節(jié)可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，從圖書館或者互聯(lián)網(wǎng)中搜集相關(guān)資料，并在下節(jié)課隨機(jī)抽取學(xué)生講解，同時(shí)在平時(shí)成績上給予激勵(lì)措施。這樣大多數(shù)同學(xué)在課前都能認(rèn)真預(yù)習(xí)，營造一種學(xué)生自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，并且培養(yǎng)了學(xué)生查閱科技文獻(xiàn)的能力，為以后畢業(yè)論文的完成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；?dòng)式教學(xué)方法使學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中從單純接受者的角色轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)過程的主體，從接受式學(xué)習(xí)改變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、激發(fā)式學(xué)習(xí)的創(chuàng)新觀念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2012年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究資助項(xiàng)目：基于CDIO理念的機(jī)械類卓越工程師人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新研究，項(xiàng)目編號(hào)：2012151

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