淺談工程力學教學

摘要：工程力學包括理論力學和材料力學兩個部分，是建筑、機械、汽車、航空、材料等專業一門重要的專業基礎課，有較強的理論性、系統性。結合工程力學課程特點，提出以啟發式教學為指導思想，激發學生學生熱情，培養學生科學探究精神，提高學生獨立分析解決問題的能力。

關鍵詞：工程力學；啟發式；教學

【中圖分類號】G633.7

1目前存在的問題

一部分學生覺得力學概念、規律較為抽象，理論應用繁雜，感覺困惑與乏味，從而產生排斥感。還有些學生愿意認真學習，但常覺得工程力學的理論難以理解透徹，做題時常常不知如何下手，不理解的知識一但累積，便容易喪失了自信，逐漸產生厭學情緒。在目前工程力學授課內容不變，但課時縮減的趨勢下，這種情況更加嚴重。因此，激發學生的學習興趣，幫助學生掌握力學思維，培養其思考和解決問題的能力，這需要教師不斷與學生溝通來改進和提高教學效果。

2.啟發式教學為指導思想

啟發式教學是在老師的啟發引導下，激發學生思考，產生疑問，并主動獲取知識的過程，這是一種古老而常新的教育理念。教學是師生之間信息的傳遞，美國心理學家羅杰斯認為：“成功的教學依賴于一種真誠的理解和信任的師生關系，依賴于一種和諧的安全的課堂氣氛。”教師對教學和學生的熱愛，注重學生的課堂情緒，會營造輕松、融洽的氛圍。在教學的過程中善于設問，激發學生求知欲，抓住時機啟發學生思考，解決問題。啟發式教學最忌諱刻板，崇尚因人而異，因勢利導，相機點撥。因此，教師要有扎實的專業基礎和廣博的知識，不僅僅局限于書本，或局限于單一的模式，還要結合自己對教材的理解，通過自己的方式和智慧來講授工程力學。

3.建立力學模型引發學習興趣

工程力學研究工程實際中的力學問題。簡化工程實際建立力學模型，是工程力學學習的第一步， 這也是重要的一步。學生能把力學和生活中看到的、接觸到的結構和物體聯系起來，工程力學就不再是抽象，而模糊的概念。身邊的力學讓學生更有興趣去了解和分析。一般的教材只是在緒論提及力學模型的建立并舉一兩個例子說明。在授課過程中很多時候都可以先講力學模型的建立，再講理論分析，雖然占用些許時間，往往起的效果相當好，可謂磨刀不誤砍柴工。

如靜力學部分，講集中力和分布力時，集中力可以看橋面上站著一個人，人對橋的作用力。如果橋面上覆蓋著一層雪，那么雪對橋而言就是分布力。雖然只是個簡單的概念，通過這樣描述就變得具體而輕松，同時學生對分布力的單位也就很自然地理解了。

運動學部分，如果是汽車專業學生，可以選擇可以選擇缸體、活塞環、曲柄、飛輪組成的機構為研究，簡化成力學中的曲柄連桿機構，制作動畫視頻，把機構運動情況展示出來。學生不僅對力學模型的來源清晰，而且對該機構如何運動產生很濃的興趣。

教師在教學的過程中可以根據需要穿插建立力學模型的內容，如講解材料的特性時，教材上通常把材料力學實驗中的鑄鐵和低碳鋼作為脆性材料和塑性材料的代表，但這兩種材料學生在生活中接觸較少，說起來比較抽象。作為補充，可以告訴學生玻璃可以看成脆性材料，橡皮可以看成塑性材料，再描述兩種材料的特點就很容易理解。

3 工程實例貫穿，明確應用目標

工程力學主要用于解決工程實際的力學問題，本身就是一個發現問題和解決問題的過程。教師在授課的過程中可以舉一些工程實例進行說明，這樣教學更有說服力，學生會深刻體會到工程力學是門重要的專業基礎課，學習好，能為日后專業課的學習打下良好的基礎。

2012年8月24日發生的哈爾濱三環路群力高架橋洪湖路上行匝道傾覆事故，是一件舉國關注的事故。于是我們在課堂教學中，建立該橋梁力學模型，分析受力。事故中的橋梁發生了傾覆而不是坍塌，這與橋梁的結構及強度有密切的關系，該橋梁屬于獨墩橋，三輛貨車司機，在121.96米的長梁體范圍內同時集中靠右側行駛，按照傾覆力矩的計算，力臂增大，則力矩增大，導致傾覆。學生對橋梁的受力分析明確了，也有了分析工程實際的思路。專家組事故認定后得出結論是司機超載，我們又進行了課堂討論。學生明白了為什么設計人員沒有責任，設計按規范進行，規范是怎樣規定，規范對設計的要求和對工程實際的影響。這樣讓學生對問題有了更加深入的思考。

抓住時機把工程實際貫穿于教學中，不僅能事半功倍，而且培養學生理論聯系實際的能力。

4 培養工程力學的思維方式

多數教材以介紹原理和概念為主，如何把這些知識點轉化為學生的能力，使他們將來在遇到工程問題時能有自己的解題思路和方法，是教師努力的方向。在教學過程中教師應授之以漁，培養學生力學思維。下面介紹工程力學幾種常用的思維方式。

1）等效性原則，抓住問題本質，用等效原則簡化復雜問題。力的平行四邊形法則、力線平移定理應用了作用等效原則。動能定理遵循了過程等效原則，靜力學的平衡方程可以采用一矩式、二矩式或三矩式，遵循了表述等效的原則。等效原則終貫穿于工程力學。

2）近似計算，在工程力學應用相當廣泛。在計算桁架節點位移時，通常可以按結構原有的幾何形狀和尺寸計算約束反力和內力，并采用切線法代替圓弧法近似地確定節點位移。通過這樣的兩次近似方法，結果不僅能滿足工程的精度要求，分析和計算過程也大為簡化。計算擠壓應力時，當構件擠壓時接觸面是半圓柱型表面時，壓應力非均勻分布，近似地采用其對應的直徑平面作為擠壓面，擠壓應力在計算擠壓面上均勻分布。這些近似計算在工程力學中很常見，其簡便和快速計算不僅滿足工程實際需要也符合工程中考慮主要因素的要求。

3）逆向思維，突破常規思路，采用非常規的方法解決問題。如工程力學中的達朗貝爾原理把動力學的問題用靜力學方法來解決。虛位移原理則是用動力學的方法解決靜力學問題。學生通過學習能不斷地活躍思維，開拓思路。

4）形象思維，這是工程力學求內力時常常出現的思維方式。比如求桁架內力采用的截面法就是假想截斷桁架，將桁架一分為二，要保持原有的狀態，截斷處用桿件內力來替代。

工程力學思維并不局限與上述幾種，同一問題，可以有多種解決思路，教師可以引導學生多思考，不斷總結經驗。

5教學方法

工程力學課時較少，但內容還是比較多。采用一定的方法幫助學生掌握知識點，對于他們增強信心，提高學習積極性非常必要。

形象記憶法

歸納法

用于記憶解題方法和判斷內力的符號有很好的教學效果。用截面法求解桿件內力：將桿件假想地切開，取切開后任一桿段為研究對象，用平衡條件由外力確定內力，可以歸納成一切二取三平衡；又如，彎矩計算，通過平衡方程求解彎矩，可以歸納得到當外力向上時引起正彎矩，反之為負彎矩。這些歸納結果可以幫助學生加強記憶。

3.比較法（對比法）

教學中適當應用上述方法，可以幫助學生提高學習效果。

6結語

工程力學教學過程強調教師與學生的互動，教無定法，教師根據學生的學習情況，不斷調整教案，提高教學效果。同時，學生的疑問和思路反過來也能啟發教師。以上是工程力學教學中的一點體會，以供探討。

參考文獻

[1] 范欽珊. 工程力學.北京：機械工業出版社，2011

[2] 劉鴻文.材料力學.北京：高等教育出版社，1983

[3] 趙關康，張國民.工程力學簡明教程.北京：機械工業出版社，2006