工程力學教學方法的創新探索與實踐

王琳 郭維城 陳麗華 尹曉偉

摘 要 工程力學是一門重要的專業基礎課，具有理論性、抽象性、概括性和靈活性的特點，學生學習難度較大。在課堂當中采用對比法教學、案例式教學、互動式教學方法，可提高所學知識的條理性和系統性、加深對所學知識的理解，提高學生學習的積極性和主動性及創新能力，有利于培養學生綜合分析問題與解決問題的能力。

關鍵詞 工程力學 案例式教學 互動式教學 對比法教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Innovation Exploration and Practice in Engineering

Mechanics Teaching Methods

WANG Lin， GUO Weicheng， CHEN Lihua， YIN Xiaowei

（Department of Management， Heilongjiang University of Finance and Economics， Shenyang， Liaoning 110136）

Abstract Engineering Mechanics is an important basic course， has a theoretical， abstract features， broad and flexible， student learning difficult. Contrast method which uses in the classroom teaching， case teaching， interactive teaching methods to improve the knowledge of the rational and systematic， deepen the understanding of the knowledge， enthusiasm and initiative to improve students' ability to learn and innovation， help students' comprehensive problem analysis and problem-solving skills.

Key words engineering mechanics； case teaching； interactive teaching； comparative teaching

0 引言

工程力學是理論性較強的專業基礎課，在工科各專業的教學計劃中占有重要地位，是工程材料、機械原理、機械設計等后續課程的重要基礎。其包括靜力學、運動學、動力學、材料力學四部分，通過該課程的學習，不僅能培養學生科學的思維能力和創新能力，而且對提高學生解決工程實際問題的能力有很大幫助。由于該課程具有抽象性、邏輯性強、概念公式繁多、章與章、節與節之間的聯系緊密、解決問題方法靈活多變等特點，在教學過程中學生普遍反映工程力學這門課枯燥難學。且教材中工程實例較少，學生往往不知道所學知識能解決什么工程問題，導致學生學習工程力學的目的性和積極性不高。為解決以上問題，就要求教師改變傳統的教學方式，以激發學生學習主動性和積極性、培養學生的創新能力和科學素質。為此可從以下幾個方面嘗試。

1 采用對比法教學

通過多年的教學發現，經常有學生反映工程力學這門課難學，理論性強、內容抽象、公式繁多易混、難以記憶。針對易錯、易混淆的知識點，應采用對比法教學。正確地運用對比法教學，不但能增強學生對問題的理解力和記憶力，而且能使所學知識更系統化、條理化，有利于認識共性和個性，使概念公式不易混淆，使復雜問題簡單化。

在靜力學中，平面匯交力系、平面力偶系、平面一般力系和平面平行力系雖然是獨立的三章，但每章的研究思路是相同的，即力系的概念、力系合成、平衡條件及平衡方程這幾大問題。這樣，整個靜力學部分就由四個模塊構成即：力系的概念、力系的簡化、力系的平衡條件、平衡方程的應用。實踐表明，采用對比法進行教學，能夠使復雜問題簡單化，靜力學經過這樣的處理，在學生頭腦中直接建立起了一條非常清晰的主線，增強了學生對問題的理解力和記憶力。

在材料力學中，主要介紹軸向拉壓、剪切與擠壓、扭轉、彎曲、組合變形等。傳統的講授方法往往只是單獨介紹這幾種變形，由于每一種基本變形的內力、公式都不一樣，表面上各章節之間似乎沒什么聯系，再加上公式概念繁多、容易混淆、難以記憶，學生學習有一定的困難。為了理清學生的學習思路，運用對比的教學方法，幫助學生總結歸納雜亂的知識點，從中可發現軸向拉壓、剪切與擠壓、扭轉、彎曲、組合變形等變形，它們每章的研究思路是相同的。即變形的概念、內力、應力、強度（剛度）條件。這樣，可將材料力學部分的四大變形和組合變形分成以下幾個模塊：概念、內力分析、應力分析、強度（剛度）條件及應用。這樣調整后學生對材料力學的研究方法和知識框架認識得更清楚、更有條理性、不會混淆、記憶深刻，從而能在學習過程中掌握主動，思考也變得積極活躍。

2 實施案例式教學

由于工程力學的理論性和實踐性較強，課程內含大量的基本概念、基本術語、內容和公式，純粹的理論講解會使學生感覺枯燥乏味，從而對學習這門課程失去了興趣。所以在講解過程中，采用案例教學，選取生活實例及工程實例，使學生不再感覺課本知識空洞、抽象。列舉生活及工程實例可以培養學生建立力學模型的能力，使學生們更加深刻地理解掌握理論知識，認識到基礎理論在工程實際應用中的重要性，有效地培養了學生的工程意識，激發了他們的學習動力。

例1：在介紹靜力學中常見幾種約束時，其中涉及到的非自由體、約束與約束反力的概念非常抽象，在教學過程中可舉出以下實例：教室里的日光燈被繩子懸掛在天花板下。這時繩子就是約束，它限制了日光燈自由下落，日光燈就是非自由體其位移受限，而繩子給日光燈的拉力就是約束反力。通過這個實例學生將牢牢記住這幾個概念。

例2：在介紹材料力學中的剪切強度條件時，可以“泰坦尼克”號沉沒事件為例。多年來，科學家們一直在尋找這次海難的原因，從材料力學的角度分析此事故，還是能夠總結出非常多的經驗教訓的。美國的一個海洋法醫專家小組在獲得初步的證據后認為，除了船速過快以外，這艘船的鉚釘質量可能是導致這場嚴重事故的主要原因之一。當時“泰坦尼克”號不是正面撞在冰山上的，而是船體側面與冰山相擦，側舷船殼鋼板受到了強大的剪應力與擠壓應力。船殼并不是一整塊鋼板，而是鉚釘鏈接的。因此，鉚釘無法承受超高的剪切應力，直接被剪斷。這樣，鉚釘斷裂造成船鋼板解體，形成橫亙6個防漏隔艙的大裂縫，超過了臨界的4個。6個船艙都進滿水后，船體頭尾失去平衡，尾部翹起，導致船從中間彎曲斷裂，最后沉入大西洋底。

例3：講到脆性材料耐拉壓的能力不同時，可以以隋代工匠李春修建的趙州橋為例，說明早在一千多年前，我們的祖先已經能夠很好地利用材料的這些基本性能，造福一方百姓，而且通過力學軟件對趙州橋的力學分析表明，的確是在應力較大的地方填充有材料，而在應力較小的地方留有排水的泄洪口。

3 開展互動式教學

在教學學時普遍緊縮的情況下，傳統的單向灌輸式教學方法已變成了理所應當，導致學生的依賴心理強、不主動去思考，上課時完全靠老師講解。而且，嚴重阻礙了高素質創新型人才的培養。可見，教學方法不改革，創新型人才難涌現。互動式教學改變了課堂教學中教師的絕對主導地位，創造出師生平等、合作、和諧的課堂氣氛，使師生在知識、情感、思想等方面的相互交融實現教學相長的一種教學方式。采用互動式教學充分調動了學生學習的主動性和積極性。比如可以組織學生參與教學，對某些章節可以讓學生提前預習，從圖書館或者互聯網中搜集相關資料，并在下節課隨機抽取學生講解，同時在平時成績上給予激勵措施。這樣大多數同學在課前都能認真預習，營造一種學生自主學習的環境，激發了學生學習的熱情，并且培養了學生查閱科技文獻的能力，為以后畢業論文的完成打下了堅實的基礎。互動式教學方法使學生在教學活動中從單純接受者的角色轉變為學習過程的主體，從接受式學習改變為發現式學習、探究式學習、激發式學習的創新觀念，培養學生的創新能力。

2012年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究資助項目：基于CDIO理念的機械類卓越工程師人才培養模式改革與創新研究，項目編號：2012151

參考文獻

[1] 倪秀英，梁桂航.基礎力學課的教學互動初步研究[J].力學與實踐，2007（29）：70-71.

[2] 丁光宏.力學與現代生活[M].上海：復旦大學出版社，2000.

[3] 俞茂宏，方東平.中國古建筑結構力學研究進展[J].力學進展，2006.36（1）：43-64.

[4] 王瑾，趙亮.工程力學課程教學方法改革研究與實踐[J].中國現代教育裝備，2009（17）：60-62.