“新工科”教育背景下工程力學(xué)的教學(xué)改革與實(shí)踐

姚 軒，曾勇謀，胡淑娟，劉 瑩

梧州學(xué)院 機(jī)械與資源工程學(xué)院，廣西 梧州 543002）

在飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù) 、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等為代表的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)顛覆性地改變了人們的學(xué)習(xí)、工作和生活方式，當(dāng)前我國(guó)仍處于重要戰(zhàn)略發(fā)展時(shí)期，前景十分光明，挑戰(zhàn)也十分嚴(yán)峻[1]。為主動(dòng)應(yīng)對(duì)激烈的社會(huì)變革，培養(yǎng)一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程人才，我國(guó)教育部提出“新工科”建設(shè)項(xiàng)目，這是高等院校工科專業(yè)謀求進(jìn)一步發(fā)展的重要機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)高等教育的課程改革提出了新的更高要求[2]。本研究以工科類基礎(chǔ)課程“工程力學(xué)”為例，針對(duì)目前課程教育教學(xué)存在的問(wèn)題，以新時(shí)期新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向提出工程力學(xué)課程改革實(shí)踐路徑。

1 工程力學(xué)課程概況

1.1 課程介紹

工程力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容以剛體靜力學(xué)研究和桿件變形破壞分析為主，首先要求學(xué)生掌握剛體的受力分析方法和力系的簡(jiǎn)化方法，研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律及其應(yīng)用；其次要求學(xué)生掌握桿件的內(nèi)力、應(yīng)力和變形的分析方法，為確保機(jī)器在外力作用下能夠正常工作，在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的前提下為桿件選擇合適的材料，確定合理的截面形狀和尺寸，并為桿件設(shè)計(jì)提供基本的理論和方法，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步建立起工程技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)框架[3]。工程力學(xué)是工科類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，與后續(xù)的眾多課程知識(shí)相互交叉，例如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、工程材料、電工學(xué)，等等。掌握工程力學(xué)的內(nèi)容可以為專業(yè)課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

1.2 學(xué)情分析

工程力學(xué)課程通常在大二的上學(xué)期開(kāi)設(shè)，機(jī)械類專業(yè)的學(xué)時(shí)總數(shù)為68學(xué)時(shí)，非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)時(shí)總數(shù)為51學(xué)時(shí)。工程力學(xué)這門課程的理論性很強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)也很多，對(duì)機(jī)械類專業(yè)而言，大二上學(xué)期學(xué)生剛剛接觸到專業(yè)核心課程，難以將工程力學(xué)分散的知識(shí)點(diǎn)與其他課程的相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通起來(lái)理解應(yīng)用，學(xué)習(xí)難度較大。對(duì)非機(jī)械類專業(yè)學(xué)生而言，工程力學(xué)的相關(guān)概念比較枯燥難懂，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性容易受挫，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生厭學(xué)心理，學(xué)習(xí)效果不佳。

1.3 教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前工程力學(xué)課程的教學(xué)課堂仍然是以傳授知識(shí)為主的課堂，通常先由教師講解基礎(chǔ)理論內(nèi)容，然后進(jìn)行例題分析，再給學(xué)生布置隨堂練習(xí)題加深理解，最后布置課后練習(xí)題加以鞏固。工程力學(xué)課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)部分尚未與機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“理解”僅停留在紙面上，對(duì)不同材料的力學(xué)性能差異理解不透。工程力學(xué)既是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力的課程，又是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力的課程，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，難以為社會(huì)培養(yǎng)卓越工程人才。

2 新工科建設(shè)背景下的課程目標(biāo)

教師要明確高等教育培養(yǎng)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才是社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者和接班人，在社會(huì)工業(yè)化乃至信息化的過(guò)程中，“新工科”建設(shè)要求人才培養(yǎng)要達(dá)到理論素養(yǎng)和工程素質(zhì)并重[4]。目前，全國(guó)各院校各專業(yè)都在落實(shí)“立德樹(shù)人”的根本任務(wù)，為了進(jìn)一步促進(jìn)教書(shū)育人成效，教師應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變觀念，與時(shí)俱進(jìn)，打破枯燥的以理論學(xué)習(xí)貫穿課堂的傳統(tǒng)教學(xué)模式，應(yīng)根據(jù)企業(yè)對(duì)工科類就業(yè)崗位的條件要求來(lái)培養(yǎng)學(xué)生[5]。以“新工科”教育為引領(lǐng)確立工程力學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)，努力探索和嘗試契合課程特點(diǎn)的教學(xué)方法，在實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的過(guò)程中挖掘并突顯能體現(xiàn)價(jià)值引領(lǐng)的課程建設(shè)內(nèi)容，發(fā)揮好課程的育人功能，不斷提高課程教學(xué)的綜合質(zhì)量。具體課程目標(biāo)如下。

2.1 知識(shí)目標(biāo)

了解常用力學(xué)的基本概念，具備工程應(yīng)用問(wèn)題的基本理論知識(shí)。靜力學(xué)主要掌握物體的受力分析方法和力系的簡(jiǎn)化方法，物體在力系作用下的平衡規(guī)律及其應(yīng)用。材料力學(xué)主要掌握受力構(gòu)件變形形式，熟悉應(yīng)力計(jì)算方法，分析構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的條件，掌握確保構(gòu)件能在外力作用下安全可靠工作的理論知識(shí)。

2.2 能力目標(biāo)

工程力學(xué)與工程技術(shù)緊密聯(lián)系，通過(guò)掌握本課程的內(nèi)容，使學(xué)生能夠運(yùn)用力學(xué)知識(shí)配合專業(yè)學(xué)科知識(shí)多角度思考問(wèn)題，為后續(xù)的課程學(xué)習(xí)打下必要的力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，做到融會(huì)貫通，學(xué)以致用。能夠?qū)こ虒?shí)踐中出現(xiàn)的安全問(wèn)題進(jìn)行分析，判斷構(gòu)件的承載能力是否滿足使用極限狀態(tài)。掌握常用力學(xué)設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合工程實(shí)際情況合理地設(shè)計(jì)構(gòu)件的承載能力，能初步運(yùn)用力學(xué)理論和方法來(lái)解決工程實(shí)際中的技術(shù)問(wèn)題。

2.3 育人目標(biāo)

能夠運(yùn)用馬克思主義辯證觀點(diǎn)分析具體問(wèn)題，對(duì)力學(xué)在工程中的應(yīng)用有一定層次的綜合認(rèn)知，對(duì)其現(xiàn)狀、發(fā)展及趨勢(shì)有一定的理解與判定，提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)邏輯思維和創(chuàng)造思維。強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，樹(shù)立規(guī)范的工程設(shè)計(jì)意識(shí)和精益求精的工程設(shè)計(jì)思想，能夠在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中樹(shù)立實(shí)事求是和勇于探索實(shí)踐的科學(xué)精神。

3 新工科建設(shè)背景下的課程教學(xué)方法

根據(jù)新工科建設(shè)要求，以學(xué)生發(fā)展為中心，不斷優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)同實(shí)踐操作聯(lián)合運(yùn)用的能力，綜合運(yùn)用線上線下、課內(nèi)課外混合式教學(xué)模式，提高工程力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，具體從以下幾個(gè)方面展開(kāi)。

3.1 課前導(dǎo)學(xué)

利用平臺(tái)在課外組建班級(jí)課堂在線分享各種互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)資源。如導(dǎo)學(xué)課件、微課視頻、慕課鏈接等，教師通過(guò)布置學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在線進(jìn)行自學(xué)，以便學(xué)生能夠帶著問(wèn)題進(jìn)課堂，教師通過(guò)收集學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中反饋的問(wèn)題來(lái)適當(dāng)調(diào)整上課的內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 課內(nèi)教學(xué)

課內(nèi)使用演示模具和多媒體教學(xué)工具講解有關(guān)力學(xué)概念和知識(shí)，進(jìn)行構(gòu)件的力學(xué)分析與校核計(jì)算，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下力學(xué)的理論知識(shí)基礎(chǔ)。對(duì)經(jīng)典的案例進(jìn)行分析，并讓學(xué)生結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)提出感興趣的案例，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容一起討論，或者讓學(xué)生就某個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分組討論，或者針對(duì)重要的理論計(jì)算進(jìn)行隨堂測(cè)試，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行摸底，判斷是多做練習(xí)還是講解新的知識(shí)點(diǎn)。這種教學(xué)方式更直觀、更生動(dòng)、更有效，有利于學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。

3.3 課后固學(xué)

課后要保證一定的練習(xí)量，通過(guò)完成課后作業(yè)來(lái)鞏固知識(shí)。利用QQ群、微信群、線上課堂提供平臺(tái)幫助學(xué)生在線答疑解惑，教師針對(duì)重要的知識(shí)進(jìn)一步提出思考題，供學(xué)生鉆研。在實(shí)踐活動(dòng)中教師通過(guò)輔導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，利用學(xué)科競(jìng)賽賽事、校內(nèi)人才工作室、校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地等資源開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，教師也可以把部分科研工作內(nèi)容帶入教學(xué)環(huán)節(jié)中，甚至可以通過(guò)產(chǎn)業(yè)學(xué)院的平臺(tái)讓課堂教學(xué)直接對(duì)接企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目，盡可能地為學(xué)生創(chuàng)造實(shí)踐機(jī)會(huì)。通過(guò)可看可想可做的教學(xué)方式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)有了前期實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累，學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候也更容易做出有意義的設(shè)計(jì)方案，這對(duì)學(xué)生未來(lái)的就業(yè)將有重要的指導(dǎo)作用。

在電子信息時(shí)代教師要借助科學(xué)技術(shù)的手段，利用好學(xué)堂在線、大學(xué)慕課、超星學(xué)習(xí)通等信息傳播媒介，對(duì)課前導(dǎo)入、課程組織、課堂互動(dòng)、課后實(shí)踐進(jìn)行改進(jìn)，讓課內(nèi)教學(xué)與課外教學(xué)互相補(bǔ)充，并行教學(xué)，如此一來(lái)學(xué)生受益面廣，對(duì)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)也起到良好的帶動(dòng)作用。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)案例

結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容選擇相對(duì)應(yīng)的案例，課前階段引導(dǎo)學(xué)生觀察生活當(dāng)中的力學(xué)現(xiàn)象，養(yǎng)成學(xué)前思考的習(xí)慣，學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)可以提升注意力和求知欲。課堂教學(xué)過(guò)程中教師主要采用理論教學(xué)、習(xí)題操練、講解分析三結(jié)合的方式幫助學(xué)生打下理論知識(shí)基礎(chǔ)。課后階段一方面布置練習(xí)題讓學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，另一方面提出思考題啟發(fā)學(xué)生積極探索解決方法，進(jìn)一步用學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)研究，掌握知識(shí)的應(yīng)用能力。下面以部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。

4.1 教學(xué)設(shè)計(jì)案例一：物體重心

課前導(dǎo)入：意大利的比薩斜塔的重心并不與地面垂直，為何斜塔建成一千多年來(lái)卻屹立不倒？在科技時(shí)代高速度、高精度加工技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)理論設(shè)計(jì)的重心驅(qū)動(dòng)技術(shù)設(shè)備，在生產(chǎn)時(shí)可以筆直推進(jìn)零件而不產(chǎn)生振動(dòng)，從而使得加工精度、加工質(zhì)量和刀具壽命都得到了很大改善。

課內(nèi)教學(xué)：教師針對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行解答，解密斜塔不倒的原因是研究人員通過(guò)分析認(rèn)為，當(dāng)堅(jiān)硬的建筑石料與松軟的地基土壤相結(jié)合使得斜塔不會(huì)在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生激烈共振。這個(gè)著名的案例提起了學(xué)生的興趣，自然切入重心這個(gè)概念，重心是物體所受重力的合力的作用點(diǎn)，物體的重心位置由物體的幾何形狀和物體各部分的質(zhì)量分布情況來(lái)決定。教師要指出比薩斜塔的奇跡是偶然現(xiàn)象的結(jié)果，并不是設(shè)計(jì)師有意為之，生活中的很多工程設(shè)計(jì)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是需要計(jì)算重心位置范圍的。例如，我國(guó)先秦時(shí)期的馬車在進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)碰到的主要問(wèn)題就是車輛重心的平衡與協(xié)調(diào)問(wèn)題，尤其是馬車運(yùn)動(dòng)時(shí)如何平衡牽引力與重心力讓馬車的重心保持穩(wěn)定，為解決這一問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的構(gòu)造與組裝技術(shù)又進(jìn)一步提高了馬車的性能。再如，辦公用品中的電腦旋轉(zhuǎn)椅子，如果設(shè)計(jì)師沒(méi)有計(jì)算好椅子的重心，當(dāng)人坐在椅子上時(shí)或許會(huì)因?yàn)樯眢w前傾或者后仰一點(diǎn)角度而摔倒。

課后思考：布置學(xué)生制作一臺(tái)落地臺(tái)燈，正常情況下靜置擺放不會(huì)摔倒，設(shè)計(jì)要求當(dāng)人為輕推使其傾斜15度的角度以后臺(tái)燈仍然不倒，該如何確定臺(tái)燈的重心與整體結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系？

4.2 教學(xué)設(shè)計(jì)案例二：應(yīng)力集中

課前導(dǎo)入：人們?nèi)粘Ｋ洪_(kāi)各種包裝的時(shí)候都習(xí)慣去找封口處的小鋸齒或者小缺口，就連小朋友都知道從那是最容易撕開(kāi)的地方，為什么？對(duì)大型船舶來(lái)說(shuō)，甲板上的貨艙口、機(jī)艙口等大開(kāi)口破壞了船體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，容易引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，碰到此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要采用圓弧形角隅，并在甲板下面設(shè)置支柱或其他強(qiáng)力構(gòu)件。

課內(nèi)教學(xué)：原來(lái)是利用了應(yīng)力集中的特性，鋸齒狀或者有缺口的地方截面形狀和面積發(fā)生了突變而產(chǎn)生局部應(yīng)力增大，包裝上鋸齒處的應(yīng)力最大，所以最容易被破壞，最容易被撕開(kāi)。以此類推，組織學(xué)生討論易拉罐是如何實(shí)現(xiàn)易拉功能的？接著指出在生活場(chǎng)景中，有時(shí)候我們需要利用應(yīng)力集中的特性，有時(shí)候又要在設(shè)計(jì)中規(guī)避應(yīng)力集中現(xiàn)象，因?yàn)閼?yīng)力集中也會(huì)帶來(lái)危害。比如，設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)為避免幾何形狀的突然變化，應(yīng)消除尖角，改善構(gòu)件外形，盡可能做到光滑，逐漸過(guò)渡。再通過(guò)分析女生穿平底鞋時(shí)整個(gè)腳掌的應(yīng)力是趨向均勻的，只在很小的部位有不明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，而穿高跟鞋時(shí)整個(gè)腳掌的應(yīng)力主要集中在前腳掌上，久而久之對(duì)腳部的危害很大，而且穿高跟鞋還會(huì)增大踝骨所受的彎矩，更容易崴腳。通過(guò)一反一正的案例進(jìn)行對(duì)比分析，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用辯證思維思考事物的兩面性。

課后思考：運(yùn)用同樣的思路舉例分析人們對(duì)摩擦力的應(yīng)用與規(guī)避。

4.3 教學(xué)設(shè)計(jì)案例三：桁架結(jié)構(gòu)

課前導(dǎo)入：人類在兩千多年前發(fā)明了三角桁架并應(yīng)用在木制房屋建筑的屋蓋設(shè)計(jì)中，是古代建筑實(shí)現(xiàn)跨越的最主要方法。當(dāng)前全球航天事業(yè)快速發(fā)展，航天器結(jié)構(gòu)面臨設(shè)計(jì)約束多、更新迭代繁的困境，而采用多級(jí)骨架模型的設(shè)計(jì)方法能夠加快結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)外部約束的響應(yīng)，有力推動(dòng)航天器桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展。

課內(nèi)教學(xué)：桁架通常指桁架梁，由若干直桿連接而成的梁式結(jié)構(gòu)，桿件主要承受軸向拉壓力，結(jié)構(gòu)效率很高，廣泛應(yīng)用在屋架、橋梁、電視塔等工程實(shí)際中，對(duì)于空間結(jié)構(gòu)的懸挑和跨越主題，桁架結(jié)構(gòu)幾乎是萬(wàn)能的。1818年建造的莫斯科馬術(shù)體育館是現(xiàn)存記錄最早應(yīng)用大跨度木結(jié)構(gòu)的建筑，其跨度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)時(shí)的常規(guī)建筑。而我國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑則是以榫卯連接為主，為了避免斷面缺損，在部件集中交合的地方盡可能將部件在不同位置相互咬合，在力的作用下接觸面會(huì)產(chǎn)生小的撓曲，是一種近似鉸接的狀態(tài)。木桁架結(jié)構(gòu)和榫卯連接結(jié)構(gòu)都是古人巧妙利用力學(xué)知識(shí)的經(jīng)典設(shè)計(jì)。

課后思考：木桁架類型和結(jié)構(gòu)非常豐富，是一個(gè)充滿想象力的結(jié)構(gòu)體系，而且取材方便，制作工藝簡(jiǎn)單，組織開(kāi)展木桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比賽，探索在規(guī)定的跨度條件下哪種木桁架結(jié)構(gòu)的承載力最大。

4.4 教學(xué)設(shè)計(jì)案例四：圓軸扭轉(zhuǎn)

課前導(dǎo)入：竹子、蘆葦這類植物為什么在疾風(fēng)暴雨中不被折斷？鳥(niǎo)類為什么能在高空中長(zhǎng)久地飛行？它們的結(jié)構(gòu)有哪些類似的地方？在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師也常常利用圓軸扭轉(zhuǎn)的變形特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行造型創(chuàng)新，在合理的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不僅提升產(chǎn)品的趣味性，而且可以拓展產(chǎn)品的功能性，同時(shí)在形態(tài)上也更加凸顯出高級(jí)感。

課內(nèi)教學(xué)：首先指出竹子、蘆葦、鳥(niǎo)的身體肢干都有中空的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這種空心狀的結(jié)構(gòu)具有比較強(qiáng)的抗彎抗扭性能，既能滿足動(dòng)植物生存的需求，又能減輕自身的重量，體現(xiàn)了大自然神奇造化。再根據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件可知在最大切應(yīng)力相同的情況下，空心軸所用的材料約為實(shí)心軸的3/5，節(jié)省材料的原因是圓周扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力呈線性分布，越接近截面中心，應(yīng)力越小，那里的材料就未充分發(fā)揮作用，做成空心軸，使得截面中心處的材料安置到軸的外緣，材料得到充分利用，而且減輕了構(gòu)件的自重[6]。

課后思考：空心管材的優(yōu)點(diǎn)這么突出，為什么在工程實(shí)例中并不完全用空心結(jié)構(gòu)替代實(shí)心結(jié)構(gòu)？提示：高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸扭轉(zhuǎn)角過(guò)大會(huì)引起強(qiáng)烈振動(dòng)，因此在具體的設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)不僅要考慮扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件也要考慮扭轉(zhuǎn)的剛度條件。

4.5 教學(xué)設(shè)計(jì)案例五：壓桿穩(wěn)定

課前導(dǎo)入：大家都用過(guò)圓珠筆，我們發(fā)現(xiàn)圓珠筆使用久了以后筆芯收縮就不太靈活了，原因是什么？拆開(kāi)一支長(zhǎng)期使用的圓珠筆發(fā)現(xiàn)筆芯發(fā)生了彎曲變形，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中筆芯壓桿穩(wěn)定性降低導(dǎo)致筆芯收縮不靈。由此可知，細(xì)長(zhǎng)壓桿突然產(chǎn)生顯著的彎曲變形而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失或工作能力降低，其原因并非因強(qiáng)度不夠，而是由于壓桿不能保持原有直線平衡狀態(tài)，即穩(wěn)定性不足，這種現(xiàn)象稱為壓桿失穩(wěn)。橋梁是重要的交通載體，一旦發(fā)生垮塌事故往往造成嚴(yán)重后果，如1907年，加拿大的魁北克大橋由于懸臂桁架中受壓力最大的下弦桿喪失穩(wěn)定，致使橋梁倒塌。1925年，蘇聯(lián)的莫茲爾橋在試車時(shí)由于橋梁桁架壓桿喪失穩(wěn)定而發(fā)生事故。2001年，我國(guó)的宜賓南門大橋由于連接拱形和橋面的鋼纜吊桿斷裂，受力不均使橋面的支撐力發(fā)生波浪形擺動(dòng)，造成垮塌事故[7]。

課內(nèi)教學(xué)：講解梁彎曲時(shí)的內(nèi)力和應(yīng)力計(jì)算，教育學(xué)生要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，要以高度的責(zé)任感來(lái)完成橋梁設(shè)計(jì)工作。我國(guó)趙州橋經(jīng)久不衰的例子說(shuō)明，要科學(xué)運(yùn)用力學(xué)知識(shí)分析橋梁的強(qiáng)度條件才能保障橋梁應(yīng)用的安全和橋梁的使用壽命。趙州橋是當(dāng)今世界上跨度最大、建造最早的單孔石拱橋，拱高和跨度的設(shè)計(jì)比例使得橋面坡度平緩，便于車馬行人往來(lái)，又增加橋身強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

課后思考：搜集現(xiàn)代著名橋梁設(shè)計(jì)案例，分析設(shè)計(jì)師們?nèi)绾卧诖罂缍鹊母唠y度情況下提高橋梁的彎矩強(qiáng)度和剛度？要保障物體的結(jié)構(gòu)安全，對(duì)結(jié)構(gòu)中的細(xì)長(zhǎng)壓桿必須進(jìn)行壓桿穩(wěn)定的校核，如何在滿足壓桿穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行帳篷結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并做出實(shí)物模型進(jìn)行測(cè)驗(yàn)分析？

5 小結(jié)

本次教學(xué)改革結(jié)合信息化教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)組織構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、便于實(shí)施的工程力學(xué)課程活動(dòng)，以學(xué)生發(fā)展為中心，將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育三者有機(jī)融合，為工程力學(xué)課程教學(xué)改革提供一定的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)案例，同時(shí)促進(jìn)教師業(yè)務(wù)水平與執(zhí)教能力的提升。利用學(xué)校搭建的機(jī)械工程訓(xùn)練中心、3D打印快速成型實(shí)驗(yàn)室、CAD/CAM實(shí)驗(yàn)室、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室、數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)，結(jié)合課程學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠利用力學(xué)知識(shí)配合專業(yè)學(xué)科知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行探索，多角度思考問(wèn)題，能夠運(yùn)用相關(guān)的理論方法解決具體的工程力學(xué)問(wèn)題，積極參加學(xué)科競(jìng)賽，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、深入思考的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力、辯證思維能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力。在教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生多次在“挑戰(zhàn)杯”“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“工業(yè)設(shè)計(jì)大賽”“機(jī)器人大賽”等學(xué)科競(jìng)賽中取得名次，特別是結(jié)合區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)，基于校企合作背景的創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，如炒茶機(jī)、壓餅機(jī)、寶石分揀器等機(jī)械設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生和學(xué)校獲得了榮譽(yù)，還為企業(yè)帶來(lái)了收益。實(shí)踐表明，這種教學(xué)方法能夠綜合提升工程力學(xué)課程改革教學(xué)成效，向新時(shí)代新階段為國(guó)家培養(yǎng)“新工科”人才的目標(biāo)邁進(jìn)。