淺談工程力學課程的教與學

摘要：著重介紹在中等職業技術學校機械類、土木工程類等工科專業教學教學中如何把工程力學理論知識與工程應用實例結合起來，激發學生學習的積極性和主動性，全面提高教學質量。

關鍵詞：工程力學；專業課教學；應用與拓展；效果

工程力學的概念、知識、計算原理都比較復雜、抽象，學生反映這門課程學起來很枯燥。職業學校學生大都是初中畢業生，他們對工程實際的認識幾乎是空白。因此，在工程力學教學中，既要嚴格按照教學大綱組織教學，又要對教材內容進行優化，讓力學知識與學生的其他專業課程以及工程技術實際活動有機地結合起來，讓學生充分感受到專業技術的魅力，幫助學生消除厭學情緒，激發學生學習工程力學的興趣。

近幾年來，筆者承擔了機械類、土木工程類等工科專業班級的工程力學課程教學工作，在實際教學活動中積累了一些經驗，現提出來與大家探討。

引導學生合理認知工程力學課程

工程力學（包括理論力學、材料力學和結構力學）是中等職業技術學校機械類、土木工程類等工科專業的技術基礎課，其理論性強且與專業課、工程實際緊密聯系，是科學、合理選擇或設計結構（或構件）的尺寸、形狀、強度校核的理論依據。在教學中，我們往往稱之為“一座橋”，具有承上啟下的作用。也就是說，學好工程力學，為后續專業課的應用和拓展奠定了很強的理論基礎，也為學生畢業后作為技術工人運用力學知識，在實際工作中正確使用、維護、保養機械設備和建造公路與橋梁，正確分析和解決生產中有關的力學問題提供了知識上的保證，對提高學生的實際操作水平和技術應變能力都具有至關重要的作用。

在教學中我發現，學生對工程力學課程存在一些不正確的認知。有些學生認為，進入職業學校就是掌握一技之長，只需要進行專業技術訓練，只需要知道怎么做就可以了，至于更深層次的理論問題，完全沒有必要去研究，也沒有必要了解。這種不正確的認知對學生學好工程力學課程是相當不利的。為了引導學生深入了解工程力學課程的重要性，我在課程開始就非常熱情地向學生介紹這門功課，鼓勵學生與我一道克服困難共同進步。通過這種溝通，學生有了學習興趣和信心，接下來的教學活動就比較順利了。

引導學生掌握內力的計算方法

在工程技術實際操作中，構件的內力計算是普遍存在的（如轉軸、懸臂梁、橋墩等），但內力的概念抽象，常常讓學生感到含混不清。如何讓學生更好地掌握內力的概念、求內力的大小和判斷內力的方向呢？這是工程力學課程需要重點解決的問題。

在工程力學中求內力往往采用截面法，也就是將構件在需要求內力的位置假想截開，保留一部分，去掉另一部分，將去掉部分用力來表示，這個力稱為內力，然后以保留部分為研究對象，列出平衡方程，求出內力。如圖1（a）為龍門吊車的牛臂柱，由于內力看不見，感覺不著，所以，僅僅憑內力的方向很難讓學生確定內力大小；內力正、負號的意義、判斷與計算等一連串的問題，就更讓學生感到困惑不解了。針對這一問題，我將求內力的方法概括如下：（1）假想截開，如圖1（b）截面A—A；（2）留下一半；（3）內力代替，如圖1（c）；（4）平衡求力P=p1+p2，平衡力偶M=Me。其方向判斷為：背離截面的外力為正，指向截面為負，如圖1（c）P=-（P1+P2）。

掌握這些結論性的秘訣，一方面可以將較復雜、理論性較強的內力計算和方向判斷簡單化；另一方面又可做到理論與實際相結合。十多年的教學實踐證明，學生對這種方法較易接受，且記憶比較牢固，學習效果很好。

引導學生掌握組合構件的力學計算方法

組合構件的力學計算問題，在其他專業課程中以及工程技術實際中是極為常見的，很多學生在預習這部分內容時感到很吃力。引導學生掌握組合構件的力學計算方法，是工程力學課程需要解決的另一個難點問題。

一般來說，我首先引導學生進行受力分析，在進行受力分析時，我的做法是首先拆分組合體，從二力構件著手。因為二力體受到的力沿著兩受力點的連線，確定其方向比較容易。但在進行計算時，往往又是從已知力的構件開始列平衡方程。如圖2所示三鉸鏈鋼架受水平力F作用，若鋼架自重不計，求支座A、B的約束反力。針對此類綜合構件很自然地分拆成構件AC、BC，依據以上求解法則，二力體BC為首選，但沒有已知力作用，無法列平衡方程求出RＢ。構件AC雖然有已知力F的存在，但A、C兩處二力的大小和方向都不知曉，同樣無法列出平衡方程求出RＡ。

遇到這類情況，學生往往會懷疑教師解題思路的正確性，或認為題目給出的已知條件不充分。教師必須很明確地告訴學生，二力構件的受力分析確定其方向是首要條件，絕不能含糊。在進行定量計算時必須有已知力的參與，才能計算出未知數。其實，這道題的已知條件充分，根據二力構件BC，很容易確定C點的方向是由C指向B，再根據作用力與反作用力定理和三力匯交平衡定理確定鉸鏈RＡ的約束反力的方向和大小，最后求出RB的約束反力。通過耐心指導和反復訓練，學生對這部分內容可以消化了，學習效果很好。

努力提高學生解決專業實際問題的能力

學以致用是教學活動的根本目標。中等職業技術學校的學生在校學習期間極為注重實際操作技能訓練。作為基礎理論課程，工程力學的教學活動必須以培養學生的知識運用能力為主要目標，課堂教學中應引導學生把已學知識運用到實踐之中，提高學生解決專業實際問題的能力。

我在船舶輪機專業班工程力學課程的教學過程中，除了向學生傳授基礎理論知識外，還十分注重引導學生思考專業課程中遇到的有關力學方面的問題。為了提高學生解決專業實際問題的能力，我專門給學生講授“二沖程柴油機燃氣爆發壓力對主要部件的受力情況分析”。具體講解配圖說明如下：

如圖3所示，A為十字頭銷中心，B為曲柄銷中心，O為曲柄的回轉中心。氣體力P向上作用在汽缸蓋上，向下作用在活塞頂上。力P沿氣缸中心線通過活塞桿傳到十字頭銷點A，在點A分解為N（側推力）和力S，力S沿連桿傳遞給曲柄銷B。力S1分解為力T（切向力）和力Z（徑向力）。

為了分析方便，假設點O有一對大小相等、方向相反的力T1和T2，方向與T平行，且T1=T2=T。作用在點O的力T2和Z1合成，合力為S2，S2=S1，力S2分解為水平分力N1和P1，且N1=N，P1=P。

以上分析結果為：（1）作用于氣缸蓋上的力的大小與作用于活塞上的力P相等，且方向相反，向下的力P又經曲軸連桿傳給主軸承，故氣體力在柴油機內部達到了平衡，不會傳到柴油機之外，只是使柴油機中各主要運動部件內部產生應力；（2）T作用在曲柄銷上，T1作用在主軸頸上，組成一對力偶，使曲柄產生回轉運動，力矩為Me=TR；力N與力N1組成一個力偶，企圖使柴油機傾倒。這個力偶與固定柴油機機座的地腳螺釘所產生的力相平衡，使地腳螺釘受到拉應力作用。所以，根據金屬材料機械性能，我們應該選擇塑性好、抗拉能力強的地腳螺釘，確保柴油機工作安全。

通過對以上實際結構的整體分析，使學生的力學基礎知識得到了進一步的運用和拓展，不少學生在完成了一項實際結構分析后深有體會地說：“力學基礎為我們解決實際結構提供了某種能力，但要真正完成一個實際結構的全部工作，我們還有很多東西要學!”這就為教師調動學生的學習積極性提供了機會，有利于激發學生的求知欲望，培養學生的知識應用能力，提高教學質量。

參考文獻：

[1]范欽珊．工程力學[M]．北京：高等教育出版社，1997：89-103．

作者簡介：

羅遜誼（1964—），廣東梅州人，廣東省交通高級技工學校講師，研究方向為機械、輪機專業教學。