工程力學課程教學改革實踐體會

王 濤，李 粵，張喜瑞，馬慶芬，廖宇蘭

（海南大學機電工程學院，海南儋州571737）

工程力學作為高等工科院校機械工程專業重要的一門基礎課程，目標是培養學生運用力學知識解決機械工程實際問題的能力。工程力學是機械專業學生學習機械原理，機械設計，機械制造工藝學等后續課程的基礎。對于學生來說，要求能夠深入理解力學基礎理論，并且能夠熟練應用。

運用力學解決實際問題的關鍵，是對實際物理問題構造合理的力學模型，然后運用理論知識對模型進行準確分析計算。分析完成之后，要通過實驗進行驗證。

在實際教學中，理論和實驗技術，隨著科學技術的發展也在不斷更新，因此，有必要在教學中不斷改進教學內容和形式，以有利于提高學生具有運用力學知識的能力，提高學生創新素質。有鑒于此，許多力學基礎課程老師進行了有益的探索和嘗試。

筆者通過多年的工程力學教學實踐，對課程的教學改革實踐，做了有益的探索。

1 結合工程實例進行案例教學

在教學中引用工程實例，提高學生興趣。工程力學在機械工程中應用非常普遍。在靜力學教學中，著重讓學生理解力對剛體的作用效果，對于力的平行四邊形法則求和公理，合力矩定理方面，從合力與各個分力對剛體的作用效果方面進行深入理解，使學生對定理的內涵理解更加透徹。

通過一些工程實例，比如，輪船在受到水的浮力分析，人體系統在水中游動時的靜力分析，農業機械中拖拉機拖帶的鏵式犁靜力分析，都可以歸為空間靜力學問題來研究，使學生從實際問題和自然現象中，理解力學的應用以及如何解決實際問題。

通過討論求汽車重心的實驗方法，運用啟發式教學，引導學生主動思考。幫助學生更進一步理解重心的概念，掌握求解物體重心的基本原理和方法，以及對新的形狀物體重心的求解方法的思考。

講清力學的基本概念，以及知識的來龍去脈，讓學生從整體上有所把握。比如，學生學完達朗貝爾原理之后，就知道解決動力學問題的辦法，可以先通過加慣性力或慣性力偶之后轉變為靜力學問題，進一步通過靜力學中的平衡方程解決動力學問題。而對于多約束物體系統的靜力學問題，列平衡方程解決不出來，就直接采用虛位移原理來解決。

通過學生對這些方法和思路的實踐體會，解題的能力必然有所提高。

在教學過程中，鼓勵學生看原版原著，同時培養自學能力和研究探索能力。在課堂上通過具體分析一些力學魔術、力學雜技走鋼絲的平衡問題，以及仿人機器人姿態控制、衛星的姿態控制等問題，從力學的觀點來分析解決問題的思路和方法。通過慣性力的概念，引出工程實例，從問題的起源到問題的分析，以及運用慣性力的概念去解決系統的平衡問題，并進行全面的闡述，并給學生留有一定的思考空間，那么學生會得到進一步的思考和啟發，體會到怎么提出問題，怎樣用自己學過的力學知識分析實際問題，達到理論和實踐相結合的目的。

比如，學生具備了材料力學中拉伸、剪切、彎曲等實驗基本技能和知識之后，提出如何研究農業物料的力學性能。結合本校實際，如何開展研究甘蔗和木薯的抗拉、抗剪、抗彎曲等性能，為進一步設計良好的切割刀具做基礎。

啟發學生用材料力學的基本知識，去解決甘蔗收獲機械等課題中面臨的問題。比如甘蔗在被切割器切割時，會發生破頭現象，如何運用力學知識去探討其機理，運用運動學和動力學知識，分析扶蔗器扶起甘蔗的過程。那么學生從這些活生生的案例中，體會到工程力學應用的價值，進一步提高了學習的熱情和理解的深度。

2 鼓勵學生做實驗解決實際課題

力學測試技術，在工程實踐中有重要的地位。在教材中，往往只告訴學生已有的數據，而沒有說明這些受力大小的數據，是如何測試出來的。通過應力應變關系，借助惠斯電橋把變形量變成電量，這種對力的測試只是一種方法。還可以通過彈簧來解決，通過其他具有和彈簧類似的拉伸性能的物體做傳感器來解決。這樣開拓學生思路，給予啟發式教學，通過分析力與變形的關系，把測力問題轉化為測量位移的問題，學生思路就打開了，體會到學習物體的基本性質能應用到力學測量的課題中，學生在學習時，自然就能帶著問題來學，思考“為什么是這樣，學習這些性質有什么用，能不能再擴展”等問題。

在這過程中，學生就能自覺進行思考，學會自己提問題，由被動式學習轉變為主動式學習。原有的力學知識就變成學生手中活生生的工具，學生體會到運用力學知識解釋自然現象和分析解決實際的問題的樂趣。

比如為了改善柴油機噴油量問題，開發了電控柴油機，在課堂上討論解決柴油機調速器轉速和油門開度關系問題。學生就能從解題思路上站得更高，想到先對調速器的動力學問題轉化為靜力學問題，再通過虛位移原理順利解決。

力學是為生產服務的，在機械工程領域有許多的力學問題，通過展示先輩們的科研成果，具體分析成果運用力學的方法和過程，提高學生創新能力。在課后布置一定數量聯系工程實際的作業，比如讓學生思考如果測定機械零部件的慣性，讓學生課后解決測量木薯切削力、椰殼切削力等實際課題。這些課題對鍛煉學生的動手能力都有很大的益處。

在學完應變片測量桿件的變形時，提出拖拉機在耕地時所帶鏵式犁受到土壤的隨機載荷作用，需要研究土壤阻力隨機載荷分布狀況。啟發學生自己布置實驗，運用力學知識解決測試載荷分布問題。經過學生的動手動腦的實踐和討論，學生也體會到力學不是一門枯燥無味的知識，而是一門有趣的學問并且是非常有用的工具。

3 運用計算機教學提高解決問題的能力

隨著計算機技術的快速發展和廣泛應用，工程力學問題也開始采用計算機進行輔助分析和計算，運用計算機編程技術求解工程力學中導出的公式，并得出力學方程的近似解。在實驗教學中，采用計算機采集實驗數據，并繪制實驗曲線，顯示圖形，并且更好地模擬物體的運動過程。

比如，在力學教學中逐步運用虛擬儀器測量技術，引導學生運用數據采集卡測試芒果、椰子、龍眼、番茄等農產品的應力變化情況，學生通過LABVIEW軟件平臺，自己編寫數據采集程序，并實時顯示應力與變形之間的關系，自己搭建拉伸應力的在線監測系統。這樣，學生對拉伸、扭轉、彎曲等實驗原理和過程，就有了更加深入形象的理解，也提高了學生的科研能力。

在力學數據分析和動力學仿真方面，逐步采用MATLAB軟件融入到工程力學教學之中。此軟件是目前工程數學分析的重要工具，對于力學中常見的曲柄滑塊機構、平面四連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等運動學、動力學分析等問題，能得到很好的解決。用軟件可顯示出機構中各個點的位移、速度、加速度的動態變化過程，極大地提高了學生的興趣和應用計算機來解決力學問題的積極性。

運用機械動力學分析軟件ADAMS，對機構運動學、動力學規律進行可視化研究，也增強學生的分析能力和創造能力。在材料的受載變形方面，通過有限元分析軟件，來模擬加載過程，能觀察到桿件受力變形和應力的分布情況，減少了力學實驗成本，也提高了學生對力學的受力變形的規律深入理解。學生對這些常見的軟件進行了解之后，基礎好的同學在課余時間就能自己進行深入的鉆研，提高了學生的學習自覺性和科研探索能力。

4 師生互動，鼓勵學生大膽提問與質疑

根據當今社會的發展需求，提高學生的創新能力和素質教育，已經成為高校培養人才的重要理念。但是在本科教育中，仍然存在知識傳授有余、創新探索不足的現象。

因此，在工程力學課程教學過程中，盡量采用師生討論互動的方式，在課堂上提出力學問題，讓同學展開大膽的想象，提出自己的想法。采用一種平等的研討方式，讓學生學習如何提出問題，如何研究問題并做出有用的結論。

以振動式挖掘鏟為例，在講到摩擦力章節的時候，就給學生提出如何減少摩擦力、如何在下雨天的時候消除挖掘機鏟斗上的粘泥土問題。學生對此問題有濃厚的興趣，提出了多種解決方法，比方說用鐵錘錘擊的方法，和采用刮板刮的方法等等。那么為了進一步比較消除附帶泥土的效果，鼓勵學生課后分成小組做實驗，驗證自己的想法。同時在課堂上介紹我國學者任露泉先生在脫附降阻表面結構上所做的工作。他首次發現了土壤動物表面脫附減阻現象，通過對一萬只動物實驗和理論分析，揭示了動物表面脫附減阻的形成機理。應用該基礎理論開發了減阻效果良好的農業機具。

許多學生從中得到靈感，平時也經常觀察自然現象和自己生活當中的力學問題。同學課后能夠撰寫一些關于對實際問題進行力學分析的小論文，以及對力學應用的一些新的想法。學生自然興趣濃厚，并能夠主動地把力學應用到實際之中，提高個人創新能力，達到良好效果。

5 結束語

工程力學教學方法實踐過程中，需要我們不斷的進行探索和改進，并結合教學實際，對于有一定靈活性的題目，采用師生討論的形式進行。盡量讓學生參與進來，讓他們提出自己對問題的理解和看法，從多角度來思考同一個問題。在學生與老師的討論問題的過程中，往往能夠有新的見解。激發學生學習興趣，培養學生具有批判性思維。通過對具體課題共同討論研究，使學生能夠理論聯系實際，進一步開拓思路，運用工程力學知識，解決本專業的實際問題。

今后，我們還要不斷加強工程力學教學的改革和課程建設，努力多結合一些具有探索性、創造性的課題，融入到力學教學實踐中去，進一步提高工程力學教學品質，提高學生的創新能力。

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