力學基礎課程教學中培養學生應用能力的思考

宋志勇

黑龍江科技學院數學理學院，黑龍江哈爾濱 150027

力學基礎課程教學中培養學生應用能力的思考

宋志勇

黑龍江科技學院數學理學院，黑龍江哈爾濱 150027

在力學課程教學中，改革理論內容體系和教學方法，通過引入工程實例進行案例式輔助教學，提高了學生的學習興趣，鍛煉學生運用理論對實際問題進行力學建模和計算分析，培養學生的實際應用能力。

力學課程；教學方法；工程實例；應用能力

引言

隨著我國經濟發展的新形勢，社會需要能靈活運用所學理論方法解決實際工程問題的應用型和創新性素質的人才，這就要求教育者要在教學中注重培養學生的應用能力。力學課程作為重要的工科基礎課程，對于培養學生掌握基本的基礎理論、工程實際問題的建模能力、分析與計算能力有著重要作用。但傳統的力學課程內容中很多概念比較抽象，理論邏輯性較強，傳統教學中注重理論的抽象邏輯推演，實際應用體現不足。隨著目前高等教育的發展進入了普通大眾化教育階段，作為教育對象的學生和以往發生了很大變化，當前眾多學生中普遍存在反叛意識強，同時具有好奇心強、喜歡接受新鮮事物的特點。不喜歡以往的傳統式接受知識和課堂講授；更注重所學的實用性，對于很多理論性較強，相對內同枯燥抽象的基礎性課程則不愿學習，造成了學生基礎知識不牢靠，分析問題和解決問題的能力欠缺。針對這些問題，文獻[1]、[3]探討了案例教學和多媒體技術在教學中應用，本文從課程內容、教學手段和方法出發，探討在教學中如何培養學生的實際應用能力。

1 改革知識內容體系

一般工科專業都把力學課程作為重要的專業基礎性課程，不僅僅因為為后續課程打下基礎，而且力學又與工程實際聯系緊密，能獨立培養學生解決問題的應用能力。

力學基礎課程主要包括理論力學和材料力學課程，其課程內容具有集理論基礎和工程應用于一體的特點。主要包括剛體系靜平衡、運動和動力學分析；彈性變形體的內力、應力分析、及變形分析，應力分析和強度理論等，主要解決基本構件的剛度、強度和穩定性等問題。

傳統的教學中，基本理論的內容比重較大，其中理論力學主要采用比較抽象的邏輯演繹方式建立、材料力學基于基本實驗基礎引入諸多理論假設。針對不同的專業特點保留基本內容，適當刪減部分過于抽象和實際聯系較少的理論內容，增加工程應用實例和前沿知識。

2 采用豐富教學手段方法，激發學生興趣

為了激發學生的學習興趣，調動學習積極性，課堂教學應該以采用多種教學手段，以豐富、生動的內容使學生更便于接受。運用多媒體技術，不僅能課堂上展現大量的知識信息，也將傳統的教學理論內容以動畫、虛擬實驗等方式生動的展現，使得學生更容易理解比較抽象的概念和理論。例如講述理論力學的約束力，通過直接在圖像上觀察實際約束結構，增強了學生對各類約束力的深刻認識。通過這些豐富直觀的教學手段讓學生在大腦中直接快速形成基本影像，在通過自己的知識程度去分析總結和思考，全面提高學生的抽象思維能力和思考能力。近年成熟的網絡技術的引用，各類教學互動網站、網絡授課、網絡答疑，甚至于代替傳統的點名方式，都能吸引學生的主動參與教學過程，提高教學效果。

將課堂上的理論知識和實踐實驗密切聯系，增強學生的對知識的掌握，由于力學的概念和理論一般比較抽象。例如理論力學和材料力學中的內力、應力、科氏加速度等，通過開設一定數目的實驗，使理論教學和實驗教學相互交叉滲透，能夠使學生對所學知識產生感性認識，進一步激發了學生的學習興趣。此外在課堂教學中還可以采用力學實物模型等教學工具來提高學生的感性認識能力。

3 引入工程實際案例

在教學中，引入工程實例，對高校教育有著重要啟示和推動作用，案例教學最早由哈佛法學院克里斯托弗·哥倫布·蘭德爾于使用于哈佛大學的教育中。近年來得到我國眾多高校越來越多的重視。

案例教學有助于激發學生對所學知識的極大興趣，提高學生對實際問題的建模和分析計算能力。提高學生分析與解決問題的能力，培養學生的引用能力。例如再材料力學中講授材料力學性能和剪切和擠壓內容時候，可引入如下歷史上著名的泰坦尼克號事件。

1912年美國豪華客輪泰坦尼克號的沉船事件是人類航海吏上重大的災難，長期以來關于這次沉船的原因一直眾說紛紜（如圖1）。其中重要的一種解釋就是從材料的力學性能角度和板件剪切、擠壓作用來闡述。

首先向學生提出問題：當時，泰坦尼克號采用了當時最先進的制造技術，船板采用了厚鋼板。在與一座緩慢移動的冰山擦邊（并非是正面相撞）后，是何原因最終確導致該船在2小時之內迅速下沉。

從材料力學性能分析：當時雖然采用了很厚的鋼板造船船，但由于鑄造技術的局限，鋼板材料存在有低溫脆性。即材料在低溫下很容易斷裂，降低了鋼的強度。由于船的海水低溫影響，使得冰山從側面的擦滑，船的側面鋼板就被劃出一個很大裂紋口。直到二戰時期大量合金材料的運用，這一現象才得以避免。現在類似的高強度薄鋼板已得到廣泛應用。

從鋼板的剪切和擠壓分析：泰坦尼克號具有多個密封的獨立水密艙艙，在第一次直接碰撞中只是造成了一個水密艙漏水，但是在和冰山摩擦中形成的巨大摩擦力，造成了船側底的鋼板聯結構件—鉚釘承受剪切作用（如圖2），其強度無法承受這個剪切力作用，最終所有密封艙大量進水，造成船沉事故。

4 結語

在課程教學中以培養學生應用能力和創新思維為導向，以培養學生的解決實際問題能力為核心，對傳統的教學內容和教學手段、方法進行改革，注重理論和實驗相結合；引入工程實例進行案例式教學，通過多媒體的有效傳媒手段，結合傳統教學手段，引導學生對從工程實際抽象成力學模型進行分析，激發學生的興趣，鼓勵其進行獨立思考，運用所學理論知識進行分析問題，培養學生的實際引用能力。

[1] 孫慶巍等.談結構力學課程教學中案例式教學[J].中國科教創新導刊,2010；29：83

[2] 吳云鵬等. 高校多媒體教學現狀及提高多媒體教學質量的探討[J].中國科技信息,

2008；18 :290 ～291

宋志勇，男，（1979/04-），黑龍江哈爾濱，碩士講師，研究方向：非線性動力學、結構動力學。

圖1 泰坦尼克號

圖2 鉚釘受剪作用

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.152