地質類專業《工程力學》教學實踐與探索

乾增珍　徐能雄

摘 要：工程力學是地質類專業一門非常重要的專業基礎課，針對地質類專業工程力學教學過程中存在的問題，本文探索分析了工程力學在地質工程中的重要性，從工程力學理論聯系地質現象，教學內容設計和例題和習題的講解等方面闡述了地質類專業工程力學的教學思路。這對于提高學生的力學知識運用能力起到積極的作用。

關鍵詞：工程力學 地質現象 教學效果

中圖分類號：E221.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0167-01

《工程力學》是工科眾多專業的重要專業基礎課，在基礎理論課和專業課之間起著承上啟下的橋梁作用。它既具有廣泛的通用性和較強的理論性，又具有鮮明的實踐性與工程性。隨著《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》的實施，工程力學教學內容不斷擴充，而課堂教學時數相對減少。目前《工程力學》教材大多適用于力學等相關專業。教材中幾乎沒有體現地質類專業的特色。因此，如何提高地質類專業工程力學課程的教學質量，提高學生運用所學知識解決實際地質工程問題的能力，是地質類專業《工程力學》教學中迫切需要解決的問題。基于上面的認識，結合多年教學實踐，現對如何提高地質類專業工程力學課程的教學質量加以分析和探討。

1 了解工程力學在地質類專業中的重要性

《工程力學》是地質類專業一門非常重要的專業基礎課，它直接影響著構造地質等后續課程的學習。地質類專業工程力學的教學內容包括靜力學和材料力學，無論是鑒定每一種構造形跡的力學性質，辨別構造形跡的序次及等級，還是探討巖石力學性質和各種類型的構造體系中的應力活動方式，以及建立地質力學模型，追溯地質構造的形成條件及發展過程，都需要工程力學的知識。在教學中，既要使學生充分認識工程力學在地質工程領域的重要性，又要引導學生正確地、辯證地認識學習中遇到的困難。

2 聯系地質現象，提高學習興趣

工程力學與地質現象有著緊密的聯系，如在構造的動力學中，需要用到應力分析和變形分析的方法來分析恢復古構造應力-應變場。為了使學生全面了解工程力學在地質專業領域中的應力，筆者與地質工程專業老師多次溝通，并翻閱相關地質力學資料，了解力學在地質類專業中的應用現狀。在教學過程中，列舉出力學與地質工程中的應用實例：

實例一：運用力不知識解釋常見地質現象

緒論中舉例運用力學知識解釋褶皺、斷層、透鏡體等一系列的地質構造現象。說明力學與地質專業具有緊密的聯系。還進一步地向學生指出地質力學是地質專業的一個重要的研究方向。而地質力學是地質學與力學相結合的一門學科。由于地殼非理想的剛體，而是具有彈性和塑性力學性質，地殼的各個部分在地應力作用下，形成永久變形。學習工程力學的目的就是為了能夠根據地殼運動過程中產生的永久變形（塑性變形），運用力學知識來研究地質構造的發生發展過程。

實例二：材料力學性質的應用

地質工程專業中，巖石為其主要研究對象之一。以工程力學材料力學性質為基礎，進一步分析巖石的彈性及塑性特征。巖石的彈性特性有沖擊地壓、地震彈性波及常見的應力解除；巖石的塑性表象有巖層褶皺、第四紀冰川礫石的變形和地震塑性波。利用材料力學性質還可以解釋常見的地質現象。以石香腸為例，它是地質構造中常見的地質現象之一。典型的石香腸形成于較薄（通常最厚約1 m）且比圍巖較強硬的巖層中。這是因為在大致垂直層面的擠壓作用下，使石香腸的圍巖沿著層理發生張拉，出現細頸化或破裂，進而形成透鏡體現象。

實例三：應力狀態的應用

工程力學中的應力狀態及強度理論似乎與地質工程無關。然而在地質工程中，當分析巖石斷裂時就有其用武之地了。由于地殼是以水平應力場為主，一般情況下，最大壓應力和最大張應力是近水平的，中間應力軸是近垂直于地面。在地應力作用下，壓性斷裂面與最大壓應力直交；張性斷裂面與最大張應力直交。此外，局部應力狀態的三個主應力主軸的空間方位不一定都是與地面完全平等或垂直，這是由于種種邊界條件影響，三軸和地面呈斜交狀態。這種情況下，出現的壓性、張性、扭性破裂面以水平應力場為標準確定，這些斷裂面就兼有壓扭性質或張扭性質。

3 優化教學內容，提高教學效果

在授課過程中，對教授內容注重講概念、講思路、講方法。注意圍繞重點、難點精講多練。例如在講授靜力學內容時，應以一般力系為主，嚴格要求解題思路，強調正確的解題方法。在畫受力圖時學生容易出錯，在教學過程中，不斷反復強調畫受力圖應注意的事項，并且增加習題課。

教授過程中，引導學生學會梳理所學知識。比如材料力學中軸力、剪力、扭矩和彎矩均為內力。內力的正負號有各自相應的定義，針對分離體畫受力圖時，一定要畫正的內力，但在列平衡方程時，所有的內力則變為外力。材料力學中，概念多，符號多，公式多，學生不易掌握。教學時，幫助學生從基本概念的定義出發、分析每一種力學模型、采用力學平衡方程推導出應力計算公式。從而明確應力計算公式的適用范圍。

4 精解例題、重視習題

教師除了要精心組織授課內容外，教學過程中的每一個例題都需要精心準備，選擇典型的例題。解題前，給學生5分鐘左右的時間思考解題思路。解題時，采用板書的形式分析解題過程，此時也學生提出下一步需要解決的問題。分析問題時，教會同學對于一個實際問題如何入手分析，如何靈活地運用所學的力學知識來解決問題。

5 結語

經過嚴格訓練，學生才會思路清晰、計算準確、書寫工整。學生在每解決一個問題的過程中，老師均應適時引導學生開展互動，踴躍向中心發言的學生或老師提問，及時澄清問題、解除疑惑。

參考文獻

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