力學(xué)課程中工程案例教學(xué)的探索與實(shí)踐

孟凡深

摘 要 本文認(rèn)為工程案例教學(xué)為力學(xué)課程賦予一定的工程背景，使學(xué)生在對(duì)工程實(shí)際問題進(jìn)行分析的過程中掌握相關(guān)的力學(xué)理論，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)和工程素質(zhì)。學(xué)生的主動(dòng)性和積極性都得到了極大發(fā)揮。提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力，。

關(guān)鍵詞 力學(xué)課程教學(xué) 工程案例 探索與實(shí)踐

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

Exploration and Practice in Engineering Case

Teaching in Mechanics Course

MENG Fanshen

（Department of Civil Engineering， Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract This paper argues that Case teaching is given a certain mechanical engineering background courses， so that students master the mechanics associated with real problems in the process of engineering analysis， and develop a sense of engineering students and engineering quality. Initiative and enthusiasm of the students have been a great play. Enhance students' awareness of innovation and engineering practice ability.

Key words mechanics course teaching； engineering case； exploration and practice

0 引言

力學(xué)課程是工科專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系、基本概念與實(shí)際計(jì)算并重的課程；是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和解決工程實(shí)際問題提供基本理論和方法；對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和處理工程問題的能力有不可替代的作用。

力學(xué)課程和工程應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)與分析有著緊密的聯(lián)系，工程實(shí)踐是力學(xué)的源泉和歸宿。力學(xué)課程理論概念多，公式推導(dǎo)繁瑣，有著自身的規(guī)律；學(xué)生學(xué)習(xí)過程中覺得力學(xué)的理論和方法與實(shí)際工程聯(lián)系不上，高深莫測(cè)，容易出現(xiàn)畏學(xué)情緒；教學(xué)中，出現(xiàn)照本選課，過于關(guān)注理論知識(shí)向?qū)W生的灌輸，以教材為唯一依據(jù)，從概念到概念，理論教學(xué)與工程實(shí)相脫節(jié)，忽視了學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，也是造成難以提高教學(xué)質(zhì)量的原因。對(duì)于沒有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，很難將力學(xué)課程的內(nèi)容與工程和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來，遇到實(shí)際的工程問題，就會(huì)感到無從下手。如何理論聯(lián)系實(shí)際，在教學(xué)中引入工程案例教學(xué)成為力學(xué)課程教學(xué)過程的一個(gè)必經(jīng)之路。

本文認(rèn)為，在力學(xué)課程教學(xué)中，采用工程案例教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深學(xué)生對(duì)力學(xué)基本概念、基本方法的理解和掌握，可以提高學(xué)生的工程素質(zhì)和力學(xué)素質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 工程案例教學(xué)的基本要求

力學(xué)課程中的工程案例教學(xué)是選取有針對(duì)性的工程案例，在課堂上以講解工程案例入手，通過對(duì)典型工程案例的展示，引導(dǎo)學(xué)生積極參與分析、討論和總結(jié)，提煉出所學(xué)部分的力學(xué)理念以及用所學(xué)力學(xué)理論解決工程問題的方法；讓學(xué)生在具體的問題情境中積極思考、主動(dòng)探索，深化對(duì)相關(guān)理論知識(shí)和對(duì)科學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)掌握，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力的一種教學(xué)方法。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法比，工程案例教學(xué)不僅是一種有效的教學(xué)方法，更體現(xiàn)了全新的現(xiàn)代教學(xué)理念。工程案例教學(xué)法體現(xiàn)了“以生為本”的教育理念。在傳統(tǒng)的力學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)中，教師占絕對(duì)的主導(dǎo)地位，學(xué)生個(gè)性得不到充分發(fā)揮。工程案例教學(xué)是一種啟發(fā)式教學(xué)，他的出發(fā)點(diǎn)和歸宿是充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。實(shí)施工程案例教學(xué)，可以充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主動(dòng)性，有利于學(xué)生掌握抽象的力學(xué)概念和原理，并能靈活運(yùn)用，達(dá)到理想的教學(xué)效果。

例如，可以隨手指指門角和窗角的裂紋，讓學(xué)生們分析一下是什么原因造成的？問為什么會(huì)發(fā)生在這些部位？經(jīng)過簡(jiǎn)單的思考后接著介紹應(yīng)力集中的概念，學(xué)生們很快能抓住應(yīng)力集中的本質(zhì)。之后，可將問題引申到脆性材料和塑性材料對(duì)應(yīng)力集中的不同反應(yīng)上，并對(duì)其進(jìn)行理論的闡述。這種與工程實(shí)踐相結(jié)合的授課方式，像講故事一樣，又輕松又有趣，學(xué)生們不僅掌握了基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)對(duì)理論知識(shí)的工程背景有了一定的認(rèn)識(shí)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力非常有益。

2 力學(xué)課程實(shí)施工程案例教學(xué)的實(shí)踐

2.1 轉(zhuǎn)變力學(xué)課程教育理念

工科大學(xué)生畢業(yè)后要直接面對(duì)工程問題，尤其是應(yīng)用型大學(xué)的絕大多數(shù)畢業(yè)生要在技術(shù)一線從事具體的技術(shù)工作。教育首先要考慮他們對(duì)工程素質(zhì)的迫切需求。在教學(xué)中，需要對(duì)傳統(tǒng)的力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)進(jìn)行改革。在保證大綱教學(xué)任務(wù)的前提下，根據(jù)后續(xù)專業(yè)的需求，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，凸顯工程案例教學(xué)在教學(xué)中的份量?？梢载S富課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，為后續(xù)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)。

2.2 日益發(fā)展的科學(xué)技術(shù)是力學(xué)課程工程案例教學(xué)的源泉

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，為工程案例教學(xué)提供著源源不斷的素材。如航天航空技術(shù)的發(fā)展，帶來了如梯度材料等一大批新材料的出現(xiàn)。在力學(xué)、生命與人類健康的關(guān)系方面，引入鮮為人知的近代力學(xué)研究生命科學(xué)的分支。如心腦血管疾病與血液動(dòng)力學(xué)等，應(yīng)用應(yīng)力與生長(zhǎng)定律回答了太空中生物為什么長(zhǎng)不大的原因；從力學(xué)角度看，骨骼是自然界中最輕巧的超強(qiáng)結(jié)構(gòu)；從生物力學(xué)角度研究延長(zhǎng)生命的人工器官，如人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工肺、人工腎等；以及中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的力學(xué)應(yīng)用：脈象、推拿、針灸、經(jīng)絡(luò)等等。

在人類生存環(huán)境與力學(xué)關(guān)系方面，從1998年我國(guó)長(zhǎng)江抗洪救災(zāi)說起，分析長(zhǎng)江堤壩潰決的宏觀流體動(dòng)力學(xué)原理，介紹導(dǎo)致九江大堤潰決的管涌的力學(xué)成因及對(duì)堤防的嚴(yán)重危害；類似的還有阿斯旺大壩的悲劇、三門峽水庫(kù)的教訓(xùn)與長(zhǎng)江三峽大壩等大型水利工程。通過近年來頻頻發(fā)生的沙塵暴、空氣污染實(shí)例，解釋其中的氣象動(dòng)力學(xué)原理。在洪水的堵與泄、南水北調(diào)工程，臺(tái)風(fēng)、地震、海嘯等的預(yù)報(bào)與預(yù)防方面講解應(yīng)用的力學(xué)方法和原理。以及通過結(jié)合近年來自然災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)象，促使了“災(zāi)害力學(xué)”的產(chǎn)生等等這些與生活、生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合的工程案例的分析，能夠激發(fā)學(xué)生的求知欲和社會(huì)責(zé)任感。

2.3 更新力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段

工程案例選擇要充分考慮所選工程案例具有一定的工程背景，最好是讓學(xué)生看得見，摸得著，想得到的工程案例。也可以選一些重大的工程，及發(fā)展前沿的工程。工程案例要有典型性，即所選案應(yīng)具有代表性。教學(xué)案例是為教學(xué)服務(wù)的，案例的選擇須能充分體現(xiàn)力學(xué)課程的理論知識(shí)。要適當(dāng)選取工程案例，即所案例要難易適中。案例太簡(jiǎn)單，容易得出答案，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。案例太難會(huì)超出學(xué)生的知識(shí)水平和理解力，學(xué)生難以入手進(jìn)行分析，會(huì)挫傷學(xué)生的積極性。所選案例應(yīng)與學(xué)生的專業(yè)相關(guān)聯(lián)，達(dá)到力學(xué)課程教學(xué)為學(xué)生專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)服務(wù)的目的。案例選擇好后首先確定案例的核心理念，即通過案例教使學(xué)生掌握哪些力學(xué)理論知識(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生哪方面的能力。圍繞案例的核心理念，由淺入深地設(shè)計(jì)一系列的問題，引導(dǎo)學(xué)生去思考，從而掌握相關(guān)的力學(xué)理論知識(shí)。

由于課時(shí)限制，不可能在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行教學(xué)，但可在課前精心制作與授課內(nèi)容相關(guān)的具體工程實(shí)例課件。這些圖、文資料色彩鮮艷，清晰生動(dòng)，能夠有效地補(bǔ)充一些與工程實(shí)踐有關(guān)的知識(shí)或背景材料，不僅開闊學(xué)生的眼界，而且能提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。在講解時(shí)不能面面俱到，要分清重點(diǎn)，講明白為止。

2.4 力學(xué)課程教師要提高自身的工程素質(zhì)

力學(xué)課程中的工程案例教學(xué)對(duì)教師提出了更高的要求。教師要有效地使用這種方法，就必須提高自身的工程素質(zhì)，對(duì)所選工程案例有著深刻的力學(xué)理解。就要深入到工程實(shí)際中，鉆研技術(shù)，開展科學(xué)研究。對(duì)一些重大工程，特別對(duì)近年來發(fā)生的有重大影響的事件中的力學(xué)現(xiàn)象，教師要能清楚其中蘊(yùn)含的力學(xué)原理。例如在學(xué)習(xí)懸臂梁的彎矩時(shí)，結(jié)合媒體報(bào)道的一例工程事故。一民用住宅樓的陽(yáng)臺(tái)墜落，連續(xù)將其下面的若干層樓的陽(yáng)臺(tái)剃掉，梁與墻在連接處配筋不足是導(dǎo)致事故的根本原因。教師要清楚目的是講內(nèi)力，彎矩的薄弱點(diǎn)，還要清楚梁的配筋要求。通過分析該工程事故，學(xué)生們不僅理解了彎矩最大的固定端截面是危險(xiǎn)截面，而且明白了這種結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的破壞形式。以此充分激發(fā)學(xué)生的求知興趣。

教師要具有高度的社會(huì)責(zé)任感。在授課過程中，結(jié)合力學(xué)的授課內(nèi)容，有意識(shí)地對(duì)一些重大工程事故進(jìn)行力學(xué)分析，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)社會(huì)的責(zé)任感。如在講授剪切的概念時(shí)，就以滑坡這種地質(zhì)災(zāi)害為例，說明剪切變形的實(shí)質(zhì)。并指出上海的倒樓事故，實(shí)際上由于沒有科學(xué)施工導(dǎo)致的人為滑坡引起的。通過分析工程事故背后的力學(xué)原理，告誡學(xué)生們一方面要學(xué)科學(xué)、懂科學(xué)，另一方面更要明白自己所肩負(fù)的社會(huì)責(zé)任。

3 結(jié)語

力學(xué)課程的工程案例教學(xué)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱苦的工作，我們雖然進(jìn)行了初步的探索，也在教學(xué)實(shí)踐中取得了一定的效果，但還需要在理論上不斷挖掘，在實(shí)踐中不斷完善，尤其在工程案例的選擇與積累方面需要花大力氣，使之更理論化、系統(tǒng)化，操作性更強(qiáng)，在提高教學(xué)效果和素質(zhì)教育方面發(fā)揮更大的作用。工程案例教學(xué)將力學(xué)理論賦予一定的工程背景，使學(xué)生在對(duì)工程實(shí)際問題進(jìn)行分析的過程中掌握相關(guān)的力學(xué)理論，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)和工程素質(zhì)，提高了學(xué)生建立力學(xué)模型解決實(shí)際工程問題的能力，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性都得到了極大發(fā)揮。提升學(xué)生的思想道德素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，使力學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)真正做到為專業(yè)服務(wù)，培養(yǎng)具有理論基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)且工程實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才，以滿足社會(huì)需求。

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