高職類《工程力學(xué)》教學(xué)改革探討

摘要： 根據(jù)高職類《工程力學(xué)》課程的特點(diǎn)，本文作者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，總結(jié)了幾種教學(xué)方法，主要有實(shí)例法、相似知識(shí)點(diǎn)比較、理論教學(xué)穿插力學(xué)史教育、啟發(fā)式提問、課堂教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合等。實(shí)踐證明，多種教學(xué)方法的靈活運(yùn)用不僅可以活躍課堂氣氛，而且可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，從而提高課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 工程力學(xué) 教學(xué)實(shí)踐 教學(xué)方式和方法

《工程力學(xué)》是模具、機(jī)械、建筑等高職類工科專業(yè)都開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。由于課程內(nèi)容較多，理論性強(qiáng)，比較抽象，加之高職類學(xué)生基礎(chǔ)較薄弱，部分學(xué)生感到學(xué)習(xí)困難，逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為改變這種狀況，提高教學(xué)質(zhì)量，筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合高職學(xué)生學(xué)習(xí)過程出現(xiàn)的問題，不斷探索新的教學(xué)方式和方法，積累了一些教學(xué)心得，總結(jié)起來主要有以下幾點(diǎn)：

1.課堂教學(xué)中多舉實(shí)例，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解

《工程力學(xué)》中的很多理論性內(nèi)容比較抽象、難以理解，如果教師能在課堂教學(xué)中通過大量的實(shí)例進(jìn)行說明，學(xué)生就能從中得到直接的感性認(rèn)識(shí)，并結(jié)合所學(xué)的內(nèi)容，由感性認(rèn)知上升到理論認(rèn)知，進(jìn)而培養(yǎng)起濃厚的學(xué)習(xí)興趣。比如：在講授桿件的扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，可以舉一些生活中的例子，如擰干毛巾上的水時(shí)，毛巾發(fā)生的變形就是扭轉(zhuǎn)變形；天津大麻花的形狀本身就是一種扭轉(zhuǎn)變形。這兩個(gè)實(shí)例簡(jiǎn)單、形象、易懂，教師繼而引申到傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)變形，學(xué)生了解了前面所舉的兩個(gè)簡(jiǎn)單例子后，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)中軸發(fā)生的扭轉(zhuǎn)變形就不會(huì)感到很難理解。講定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，教室里就有現(xiàn)成的例子，如電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，門繞門軸的轉(zhuǎn)動(dòng)等。講固定端約束時(shí)可以舉底端埋在地下的電線桿和化工廠的各種塔器等。實(shí)例通俗易懂、容易理解，教師再因勢(shì)利導(dǎo)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從實(shí)例的感性認(rèn)知到理論的理性認(rèn)知的升華，他們對(duì)于抽象的理論就不再感到難以理解。“興趣是最好的老師”，教師課堂上邊講理論邊舉實(shí)例，一方面能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，另外一方面使學(xué)生感到所學(xué)的內(nèi)容不再空洞、枯燥、乏味，活躍課堂氣氛，從而提高教學(xué)效果。

2.對(duì)于相似的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)加以總結(jié)比較，避免發(fā)生混淆

總結(jié)比較法是很重要的一種教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，把形式或者內(nèi)容相近的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)比較分析，使學(xué)生弄清楚它們之間的聯(lián)系和區(qū)別，避免把它們混淆在一起，張冠李戴，以鞏固所學(xué)的知識(shí)。如直桿拉（壓）變形的胡克定律的一種表達(dá)式為：

△L=F_NL/EA

式中EA稱為截面的抗拉（或抗壓）剛度；圓軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式為：

φ=TL/GI_P

式中GI_P稱為圓軸的截面抗扭剛度；梁發(fā)生彎曲變形時(shí)用曲率表示的梁彎曲變形的基本公式為：

I/ρ=M/EI_Z式中EIZ稱為梁的截面抗彎剛度。

上面三個(gè)公式形式相近，且分母部分名稱相似，但適用對(duì)象完全不同。學(xué)生在利用公式進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算時(shí)，經(jīng)常把公式搞混，導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤。在學(xué)完這幾部分內(nèi)容后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這三個(gè)公式進(jìn)行總結(jié)，比較分析它們的聯(lián)系和區(qū)別，明確各自的應(yīng)用范圍，學(xué)生就不容易把它們混淆了。再如力（系）和平面力偶（系）也有相似之處，它們的對(duì)比可以通過表格形式（如表1所示）表達(dá)。通過總結(jié)比較，力（系）和平面力偶（系）的聯(lián)系和區(qū)別一目了然，學(xué)生對(duì)它們的區(qū)別更加明確，印象更加深刻，既鞏固了所學(xué)的知識(shí)，也便于歸納和記憶。又如，材料的拉（壓）胡克定律表達(dá)式和剪切胡克定律表達(dá)式非常相似，也有可比性。材料的拉（壓）胡克定律表達(dá)式為：

ρ=Eε——①

材料的剪切胡克定律表達(dá)式為：

τ=Gγ——②

兩個(gè)公式均可以稱為胡克定律，但應(yīng)用對(duì)象不同：①式適用于材料發(fā)生拉伸（或壓縮）變形，而②式則適用于材料發(fā)生剪切變形。兩個(gè)公式中字母表示的含義也很接近，有必要讓學(xué)生加以比較，明確兩個(gè)公式各自的適用范圍以及各字母所代表的含義，以免混淆在一起。它們的比較如表2所示。

3.在理論教學(xué)中穿插力學(xué)史教育，以活躍課堂氣氛

《工程力學(xué)》理論性強(qiáng)，但單純的理論講述缺乏吸引力，學(xué)生聽課興趣不高，教學(xué)效果不佳。力學(xué)史中有一些有意思的故事和趣聞，在理論教學(xué)中不妨穿插這些故事和趣聞，以活躍課堂氣氛，提高學(xué)生聽課的興趣。如講靜力學(xué)時(shí)可以介紹一下阿基米德，他是靜力學(xué)的奠基人，古希臘偉大的數(shù)學(xué)家、力學(xué)家，后人對(duì)阿基米德給予了極高的評(píng)價(jià)，把他和牛頓、高斯并列為有史以來三個(gè)貢獻(xiàn)最大的數(shù)學(xué)家。他確立了力學(xué)的杠桿定律和浮力定律。在高數(shù)方面他的成果有阿基米德螺旋線，此螺旋線在機(jī)械方面的應(yīng)用是阿基米德蝸桿（其端面齒廓是阿基米德螺旋線）。再如講到強(qiáng)度時(shí)，其概念是：構(gòu)件抵抗破壞的能力。為加深學(xué)生對(duì)于什么是強(qiáng)度的理解，可以引用中國(guó)古代經(jīng)典著作《韓非子》：“凡理者，方圓、短長(zhǎng)、粗靡、堅(jiān)脆之分也。”堅(jiān)，即堅(jiān)固，強(qiáng)度高；脆，即脆弱，容易破壞、強(qiáng)度低。區(qū)別物體的堅(jiān)脆，在現(xiàn)在的工程上就是研究物體的強(qiáng)度問題。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)當(dāng)講到這些內(nèi)容時(shí)，學(xué)生立即精神振奮、興趣盎然、注意力集中，說明在理論教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎逡恍┝W(xué)史故事可以起到活躍課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，改善教學(xué)效果的作用。

4.教學(xué)中采用啟發(fā)式提問，多問幾個(gè)為什么

教師在課堂教學(xué)中多提問幾個(gè)為什么，加強(qiáng)師生互動(dòng)，改變學(xué)生一味被動(dòng)接受的局面，能促使他們開動(dòng)腦筋，主動(dòng)積極地思考，深刻理解和掌握所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率和效果。例如質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗伯原理，其方程表達(dá)式為：

F+F_N+F_g=0

式中F——主動(dòng)力，

F_N——約束反力，

F_g——慣性力。

從形式上看，上式是個(gè)平衡方程（因?yàn)榈仁降挠疫吺?），故質(zhì)點(diǎn)應(yīng)處于平衡狀態(tài)，但實(shí)際上，質(zhì)點(diǎn)并不處于平衡狀態(tài)，而是作變速運(yùn)動(dòng)，這就與平衡方程產(chǎn)生了“矛盾”。此時(shí)教師可以向?qū)W生提問：為什么對(duì)質(zhì)點(diǎn)所列的方程是一個(gè)平衡方程，而質(zhì)點(diǎn)卻不處于平衡狀態(tài)？方程的平衡與質(zhì)點(diǎn)的狀態(tài)有著什么樣的聯(lián)系？此平衡方程與質(zhì)點(diǎn)的變速運(yùn)動(dòng)是否矛盾？如果不矛盾，又怎么解釋這種現(xiàn)象？答案當(dāng)然是不矛盾。這幾個(gè)提問對(duì)于真正理解達(dá)朗伯原理非常重要。待學(xué)生作出回答后，教師針對(duì)學(xué)生的回答引導(dǎo)學(xué)生：慣性力F_g作用在哪一個(gè)物體上？F_g實(shí)際上并不作用于運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，而是作用在使質(zhì)點(diǎn)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體上，它是一個(gè)虛加在質(zhì)點(diǎn)上的力。因此這里所謂的平衡是一個(gè)假想的平衡狀態(tài)，上面的方程式也只是形式上的平衡。通過提問和引導(dǎo)，學(xué)生就很容易理解達(dá)朗伯原理的本質(zhì)，使抽象問題簡(jiǎn)單化。再比如：傳動(dòng)軸有時(shí)為什么設(shè)計(jì)成空心的？為什么快艇的艇身設(shè)計(jì)成魚腹式？這些問題都是與力學(xué)息息相關(guān)的。這種啟發(fā)式提問教學(xué)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高他們的探究能力和學(xué)習(xí)熱情。

5.課堂教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)理論課程的實(shí)用性

《工程力學(xué)》是基礎(chǔ)理論課，講理論原理的內(nèi)容較多，不少學(xué)生誤認(rèn)為這門課沒有實(shí)際用處，學(xué)不學(xué)都一樣。教師在教學(xué)過程中，應(yīng)盡量做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，而且應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)《工程力學(xué)》的重要性以及它與實(shí)踐的密切關(guān)系。比如，任何工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)都必須作力學(xué)分析，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析和強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的計(jì)算。任何構(gòu)件都必須有足夠的強(qiáng)度，如化工廠各種壓力容器要承受風(fēng)載荷、雪載和地震等的影響，必須滿足強(qiáng)度要求，在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)這些載荷的大小對(duì)壓力容器的強(qiáng)度進(jìn)行校核，強(qiáng)度只有滿足要求才能加工制造并投入使用；構(gòu)件受力后會(huì)變形，為不影響正常使用，構(gòu)件必須滿足剛度的要求。如機(jī)械傳動(dòng)中的齒輪變形過大會(huì)導(dǎo)致嚙合不良；化工廠塔器內(nèi)的隔板變形過大，溶液濃度差別就會(huì)太大，進(jìn)而影響化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行。因而設(shè)計(jì)齒輪和隔板時(shí)對(duì)它們的剛度都要進(jìn)行校核。以上這些實(shí)踐都是和《工程力學(xué)》密不可分的。在教學(xué)過程中把生產(chǎn)實(shí)踐和理論原理相結(jié)合，提高理論課程的實(shí)用性，學(xué)生就不再感到這門課學(xué)了沒有用處，反而會(huì)增加他們學(xué)習(xí)這門課程的興趣和積極性。

教師在教學(xué)過程中應(yīng)靈活地運(yùn)用多種教學(xué)方法，以活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，鍛煉他們的思維能力，提高教學(xué)效果，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力的目的。

參考文獻(xiàn)：

［1］張德潤(rùn)，董文夫.工程力學(xué)（機(jī)）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.8.

［2］張秉榮，章劍青等.工程力學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7.

［3］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.北京高等教育出版社，1992.

［4］吳曾諒，程振宇等.工程力學(xué)［M］.西安：西北大學(xué)出版社，1990.