機械專業應用型人才培養力學教學研究

摘要：根據機械類專業的特點，按照應用型人才的具體要求培養學生的工程應用能力，創新能力和科研能力。在力學教學中引入數學計算軟件和有限元軟件；充分利用多媒體技術，精選工程實例組織教學內容；以各類競賽以及開放性實驗為平臺，課堂教學與課外實踐相結合。

關鍵詞：機械類；應用型人才；力學教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）25-0058-02

一、引言

力學課程是機械類學科的一門重要的專業基礎課，具有較強的理論性和實踐性，其不但決定以后學生對各門專業課程的學習，更重要的是對學生綜合能力的培養有著深遠的影響。高素質的應用型人才不僅要有一定的工程應用能力，還要有較強的創新能力以及科學研究能力[1]。為滿足新時期下我國經濟社會發展對機械專業應用型人才的具體要求，力學教學應做出積極有效的探索。

二、結合工程實例組織教學，培養學生的工程應用能力

力學課是機械專業學生最早接觸到的與工程實際緊密結合的基礎課，而學生普遍缺少實踐經驗[2]。在教學中，充分利用多媒體手段，精選一些與機械類專業相關的工程實例、圖片和資料，將所分析的問題與機械工程背景對應，盡量做到課堂上講的例題來自于工程實際。如在講彎曲變形的強度和剛度計算時，先讓學生看一個鉆床的圖片，從這個實物圖引出要解決的問題即鉆床橫梁的強度和剛度計算，接著引導學生根據實物圖畫力學簡圖以及載荷分布，此過程即將工程實際力學模型化。對于一個復雜的工程問題，確定合理的力學模型是至關重要的，然后用相關的力學理論進行求解。這樣不僅訓練了學生的力學建模能力，也使學生真正意識到力學在解決實際工程問題中的重要作用，同時也提高了學生知識的綜合應用能力和工程應用能力。

三、課程教學與課外實踐相結合，培養學生的創新能力

為了引導高校教師在教學中注重培養大學生的創新設計意識和綜合設計能力等，近年來，教育部主辦了多項學科競賽，與機械專業相關的有“機械設計創新大賽”、“工程測量大賽”、“力學競賽”等。學校也提供了一些和機械專業相關創新與實踐項目經費以及工作場所，如開放性實驗以及創新訓練項目等。這些競賽和項目都有個共同的目標就是提高學生針對實際問題，通過創新思維進行機械設計和工藝制作的實際工作能力。學校對這些項目的大力支持也為教學活動開展、課堂教學與課外實踐提供了有利的條件。力學理論在這些制作比賽或者項目中，從理論方案的設計，材料的選擇，計算校核、加工制造以及比賽過程的答辯講解都起著積極的作用。如浙江省第九屆大學生機械設計競賽的內容為“休閑娛樂機械和家庭用機械的設計和制作”；浙江省首屆大學生力學競賽的題目為“火箭助推滑翔機設計制作與飛行”等。比賽的理論設計方案設計要求的內容必須包括主要結構布局圖、計算簡圖，載荷分析，而在制作的過程中要綜合考慮到材料力學性質以及材料的形狀尺寸等。且主辦方明確提出答辯過程中一定會涉及到理論力學、材料力學的相關知識。學生在選定設計方案，加工制造之前一定要先進行力學分析和計算校核。如果貿然進行加工制造，勢必會造成材料和時間的雙重浪費。而且通過計算，可以對不同方案進行優劣的比較，從而確定最好的設計方案。力學教學如果能與這些課外實踐完美結合，讓學生理解了基本原理之后，就可以自行解決各種結構的創新問題。將力學教學與課外實踐相結合，不僅有利于提高學生知識的基本應用能力，更重要的是開發學生的機械創新思路。

四、教學中引入計算軟件，提高學生的科研能力

現在很多計算軟件（如MAPLE，MATLAB等）編程簡單，學生容易上手，而且功能的集成化程度高，它集圖像處理、符號運算和數值計算于一身。數學計算軟件（如MAPLE，MATLAB等）和有限元應用軟件（如ANSYS等）引入力學教學中有利于提高教學質量，激發學生的學習興趣[3-5]。而這些軟件的應用正是現代科研工作者進行科研工作時常用的分析計算工具。若學生能夠早接觸并熟練應用，無疑會對科研能力的提高會有很大的幫助。

在力學教學中，選擇合適的習題引導學生自己編程完成。如教材第7章習題17是一個關于各個方位的應力及應力方向確定的計算題[6]，此題集綜合性與靈活性于一身，涉及到本章所有知識點和相關公式的綜合應用，有30個空要學生完成。如果學生按照常規的計算，計算量非常大，而且容易出錯。但若采用計算軟件MAPLE或MATLAB編程就非常方便，只需要改變一下參數的值，所要的計算結果和圖形很快就能出來了。通過這樣的練習，不僅可就讓學生熟練掌握基本知識和理論，同時也能親身體會計算軟件帶來的方便，為以后從事科研工作打好基礎。

在課堂教學中，也可以用MAPLE或者MATLAB制作一些課件。對于一些抽象的、計算量較大的工程問題通過計算軟件分析計算并比較在不同的邊界條件、不同載荷條件下，計算結果的差異，并討論引起這些差異的原因以及采用什么樣的方法解決，培養學生分析問題、批判問題和解決問題的能力。教學中采用啟發式、討論式教學方法，培養學生科學研究的思維方式。

五、結語

根據新時期高素質應用型人才的具體要求，在力學教學中主要從以下三個方面進行了探討。

1.充分利用多媒體技術讓學生熟悉工程實例，結合機械工程實例組織教學內容，提高學生的工程應用能力。

2.結合與機械相關的各類競賽和創新項目，將力學課程教學與課外實踐有機結合，培養學生的創新能力。

3.把數學計算軟件應用軟件引入力學教學，培養學生分析問題、批判問題和解決問題的能力，提高學生科研能力。

參考文獻：

[1]錢國英，王剛，徐立清.本科應用型人才的特點及培養體系的構件[J].中國大學教學，2005，（9）：54-56.

[2]劉雅君，閆竹玲，楊紅霞.結合工程實例組織材料力學教學的探索與實踐[J].延安教育學院學報，2008，（4）：60-62.

[3]宋海珍，張鴻軍，盧成.基于Maple軟件的理論力學可視化教學探索[J].實驗室技術與管理，2012，（1）：93-95.

[4]謝華剛.在力學教學中應用有限元ANSYS軟件的優越性分析[J].高等教育研究，2011，28（4）：67-68.

[5]梁菊蘭.MATLAB在力學教學中的應用[J].長春師范學院學報（自然科學版），2008，27（2）：93-95.

[6]劉鴻文.材料力學I[M].第五版.北京：高等教育出版社，2011：256-257.

作者簡介：許衛群（1979-），女，講師，主是從事力學相關教學與研究工作。