關(guān)于《工程力學(xué)》課程教學(xué)改革的思考和探討

黃 芹

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名525000）

0 引言

《工程力學(xué)》課程是一門研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的學(xué)科。 在機(jī)械工程、土木建筑、水利工程、石油化工等領(lǐng)域中得到廣泛的運(yùn)用，也是上述專業(yè)在高校學(xué)習(xí)中的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。 《工程力學(xué)》課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，公式繁多，邏輯嚴(yán)密，對(duì)于訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理思維和工程建模能力有著重要的影響力。

《工程力學(xué)》課程包含了理論力學(xué)（靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)）和材料力學(xué)兩部分，涉及的知識(shí)量非常大。隨著近年來各個(gè)學(xué)科的發(fā)展，學(xué)生所需涉獵的專業(yè)課程越來越多，而工程力學(xué)課程的學(xué)時(shí)數(shù)被大大壓縮。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使學(xué)生即能掌握工程力學(xué)的基本知識(shí)，又能了解當(dāng)前工程力學(xué)的最新發(fā)展；既能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，又能提高學(xué)生的綜合能力，成為工程力學(xué)教育工作者普遍關(guān)心的問題。 筆者結(jié)合本校實(shí)際，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面對(duì)《工程力學(xué)》課程教學(xué)改革進(jìn)行思考與探討。

1 與工程技術(shù)相聯(lián)系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

本校《工程力學(xué)》課程主要在油氣儲(chǔ)運(yùn)、工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械工程等專業(yè)開設(shè)，在大學(xué)第三學(xué)期開課，是學(xué)生接觸的較早的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。 這門課程普遍被學(xué)生認(rèn)為枯燥、難學(xué)、難以提起學(xué)習(xí)的興趣。 然，“興趣”是人對(duì)事物產(chǎn)生好奇心得本質(zhì)，離開了興趣，對(duì)任何事物就會(huì)停留在為“學(xué)習(xí)”而“學(xué)習(xí)”的層面上，難有突破。 因此想要吸引學(xué)生的注意力提起學(xué)習(xí)的興趣，就必須給其留有豐富且生動(dòng)實(shí)用的印象。這種生動(dòng)實(shí)用感從何而來？教師可以將生活實(shí)例引入課堂，例如在講解靜力學(xué)中力對(duì)軸之矩，可以利用教室的門來進(jìn)行演示，當(dāng)對(duì)門施予與門軸相互平行的力或是與門軸相交的力均不能使門產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，唯有加載的力與門軸既不相交也不平行時(shí)，門方可產(chǎn)生繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。又如在講解扭轉(zhuǎn)概念時(shí)，單純的文字講解會(huì)比較抽象，可以舉一個(gè)類似的例子，例如人在洗臉的時(shí)候需要擰干毛巾，而給毛巾兩端施加力偶，使其產(chǎn)生的變形就是扭轉(zhuǎn)變形。對(duì)于不同專業(yè)，可以在課堂上引入一些與專業(yè)相關(guān)的工程實(shí)例。 例如對(duì)于油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，在講解彎曲變形問題是，可以引用臥式容器，在僅考慮其自重的情況下，是一個(gè)外伸梁的彎曲問題。

以此方式可以使學(xué)生們發(fā)現(xiàn)力學(xué)其實(shí)并不是沒用的，而是與生活和自身的專業(yè)是息息相關(guān)的，從而引起同學(xué)們學(xué)習(xí)《工程力學(xué)》課程的興趣。

2 靈活運(yùn)用多種教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)能力

2.1 活用多媒體技術(shù)，把CAE 軟件引入課堂

CAE（Computer Aided Engineering）是用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。 目前CAE 軟件在土木工程、機(jī)械行業(yè)、石油化工乃至航天航空航海等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

將CAE 軟件引入課堂中， 有助于學(xué)生對(duì)課程中力學(xué)概念和原理的理解，而不會(huì)因?yàn)閱渭兊奈淖种v述而覺得抽象，空洞，難以理解。 例如在材料力學(xué)主要研究的是構(gòu)件在外力作用下的變形、 受力與失效，其中包括了構(gòu)件的內(nèi)部應(yīng)力的變化， 此時(shí)就可以運(yùn)用CAE 軟件 （如Abaqus 軟件）建模分析，在觀察物體外部受力的情況下，物體的變形及其內(nèi)部的應(yīng)力分布變化情況（圖1）。 而在講解圣維南原理和應(yīng)力集中概念時(shí)候，同樣可以利用CAE 軟件來演示，由此可讓學(xué)生有更加直觀理性的認(rèn)知。

另外，充分運(yùn)用多媒體教學(xué)課件，在有聲有色的教學(xué)環(huán)境中，使得課堂內(nèi)容豐富活躍。 多媒體技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)綜合處理文本、圖形、聲音、視頻等多種媒體數(shù)據(jù)，并集成一個(gè)交互性系統(tǒng)的技術(shù)。在講解如何利用摩擦角測(cè)定摩擦系數(shù)，構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性在工程中的重要性等都可以在課堂利用動(dòng)畫形式進(jìn)行演示，讓學(xué)生了解到理論與工程實(shí)際應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。

圖1 桿件受力變形、應(yīng)變圖

2.2 運(yùn)用互動(dòng)式教學(xué)，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

常言道：一個(gè)巴掌拍不響。純粹的“填鴨式”教學(xué)，學(xué)生得不到學(xué)習(xí)的樂趣，且隨著課程時(shí)間的推移，學(xué)生會(huì)覺得漸漸感到膩煩，同時(shí)教師也會(huì)覺得疲憊。 如何扭轉(zhuǎn)這種局面，使得學(xué)生積極主動(dòng)地加入到學(xué)習(xí)中去，成為課堂教學(xué)中的主體呢？采用互動(dòng)式的教學(xué)方式，使得學(xué)生與教師在教學(xué)工程中，形成相互對(duì)話，相互交流，相互促進(jìn)的教學(xué)模式，有助于活躍課堂的學(xué)習(xí)氣氛，增加學(xué)生的求知欲，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

在課堂教學(xué)中，教師可以提出一個(gè)實(shí)例問題，然后講解相關(guān)的理論知識(shí)，再與學(xué)生以討論的模式用理論知識(shí)解決實(shí)例問題。 接著在提出幾個(gè)相類似的問題，由學(xué)生課后自行分組討論解決。 也可由學(xué)生提出一些生活中常見的相似實(shí)例，應(yīng)用學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)和分析方法進(jìn)行問題的解決。如此一來，即培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，訓(xùn)練其獨(dú)立思考的能力，而這也是學(xué)生對(duì)知識(shí)的一次理解、復(fù)習(xí)、鞏固的過程。從中教師也可以看到學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的接受程度，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度以及教學(xué)方法，從而促進(jìn)教師教學(xué)質(zhì)量的提高。

除此以外，互動(dòng)式教學(xué)模式還可以是角色互換方式。 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，學(xué)生與教師的角色可以對(duì)調(diào)一下。 例如，提出一個(gè)實(shí)例，讓學(xué)生在課后以小組為單位進(jìn)行討論，然后在課堂上，由小組推選一位代表對(duì)實(shí)例問題進(jìn)行講解，學(xué)生在體會(huì)一次備課到上課的過程，通過相互的討論、交流，使得其對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步鞏固的過程；且從中教師也可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)上的問題，以及得到一些教學(xué)方式上的啟發(fā)。

2.3 重視與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程力學(xué)教學(xué)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)過程中可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，創(chuàng)新能力和探索能力，能提高學(xué)生的工程素質(zhì)。 但現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的過程。 學(xué)生依靠教師的詳細(xì)講解、演示后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的內(nèi)容，逐步的完成實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)，在此過程中，學(xué)生基本不需要思考和疑問，只是為了做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，而忽略了實(shí)驗(yàn)思維和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。因此，每每一到實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生基本也就敷衍了事。

要使實(shí)驗(yàn)課得到學(xué)生的重視， 在于如何把實(shí)驗(yàn)與實(shí)際相結(jié)合，提起學(xué)生的興趣， 讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的理論知識(shí)普遍應(yīng)用在自己的身邊。 可組織學(xué)生觀看《力學(xué)在工程（土木、機(jī)械、水利、航空等）中的應(yīng)用》的視頻，了解力學(xué)理論知識(shí)在工程的應(yīng)用與創(chuàng)新，不僅使學(xué)生了解工程力學(xué)學(xué)科的研究范圍，也使得學(xué)生看到了力學(xué)與工程結(jié)合的一些前沿問題。

另一方面，在學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有了一定的掌握，可通過工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)頁，對(duì)了解實(shí)驗(yàn)的原理和目的，通過動(dòng)畫演示且熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作，再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作。且可以定期開放實(shí)驗(yàn)室，由學(xué)生選擇感興趣的課題，根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)步驟，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)。 例如：“用電測(cè)法則測(cè)定彎扭組合變形的主應(yīng)力和內(nèi)力”實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案，如何實(shí)現(xiàn)主應(yīng)力和內(nèi)力的測(cè)定，定出實(shí)驗(yàn)步驟，然后利用實(shí)驗(yàn)室所提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟和方案的驗(yàn)證，經(jīng)過檢驗(yàn)、較誤、調(diào)整后得到所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析。在這整個(gè)過程中，即培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，也加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深刻理解和體會(huì)，同時(shí)也獲得了一種成就感，品嘗到科學(xué)探索的樂趣，也增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣。

2.4 合理利用習(xí)題課的時(shí)間，培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)思維能力

對(duì)于工科類課程來說，在學(xué)習(xí)的過程中必然需要配上一些習(xí)題以訓(xùn)練學(xué)生的分析問題，解決問題的能力，對(duì)《工程力學(xué)》課程也不例外。然而，要解得題目所求，則需對(duì)題目的已知條件進(jìn)行分析，接著對(duì)大腦中所學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行檢索過濾，從而找到最合適的解決方法。 這一過程恰恰就是對(duì)知識(shí)的一次歸納、整理和分析。教師在選擇習(xí)題時(shí)，精選典型的例題進(jìn)行講解，指出學(xué)生在分析思考是容易出錯(cuò)或者出錯(cuò)的細(xì)節(jié)部分。 在這個(gè)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生多發(fā)問，多思考，多發(fā)表個(gè)人的看法，有助于學(xué)生建立起清晰的解決問題的思路，助長其創(chuàng)新思維的逐步成長。

3 結(jié)束語

總而言之，工程力學(xué)課程是一門應(yīng)用性廣泛的學(xué)科。 在教學(xué)過程中，因材施教，靈活多變的教學(xué)方式，與實(shí)際工程的相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠理解所學(xué)知識(shí)。 使其由被動(dòng)的地位轉(zhuǎn)換成主動(dòng)學(xué)習(xí)的角色。通過互動(dòng)教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，分析問題和解決問題的能力，使其運(yùn)用在課堂得到的力學(xué)知識(shí)能夠?qū)W以致用，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐詳解，提高學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新能力，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，有助于學(xué)生日后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，以及工作能力的培養(yǎng)。

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