劉升貴，李惠芳，王修棟

(中國礦業(yè)大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

《工程力學》教學改革探索

劉升貴，李惠芳，王修棟

(中國礦業(yè)大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

傳統(tǒng)教學未充分認識到實踐對力學理論建立的重要性，造成學生解決工程實際問題的能力不足。闡述了重視工程實例的《工程力學》教學改革內容，即優(yōu)化教學內容體系、強化工程概念、重視教學方法改革、加強實驗教學環(huán)節(jié)和完善考核方法。教學實踐表明，上述教學改革探索具有可行性，取得了較好的效果。

教學改革；教學方法；工程力學

《工程力學》課程既具有較強的理論性，又與生產實踐密切聯(lián)系。傳統(tǒng)的《工程力學》教學注重該學科理論的系統(tǒng)性，但對培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力重視不足。為此，筆者開展了《工程力學》教學改革探索。

1 優(yōu)化教學內容

為了優(yōu)化教學內容，對傳統(tǒng)的教學內容進行重新整合，整合后的工科專業(yè)《工程力學》課程包括《靜力學》、《運動學和動力學》和《材料力學》，其教學目標如下：①通過《靜力學》的學習使學生掌握物體的受力分析和平衡方程的應用等內容。首先介紹力和力偶的基本概念與原理，然后從平面一般力系入手，討論平面力系的簡化，把平面匯交力系、平行力系和力偶系等作為平面一般力系的特殊情況來處理。②通過《運動學和動力學》的學習使學生了解和掌握物體機械運動的一般規(guī)律，并能運用這些規(guī)律分析和解決簡單的工程實際問題。③通過《材料力學》的學習使學生了解工程中的基本概念，掌握構件在載荷作用下受力、變形的規(guī)律及其實用計算方法。在教學中注重工程實際問題的應用，強化學生依托工程背景尋找危險點、計算極值應力的實踐能力。同時，針對工程特點在強度理論教學內容中加入斷裂破壞準則介紹。這樣的教學內容安排既突出了重點，弱化了教學難點，同時又滿足了礦業(yè)類工科專業(yè)的特點[1]。此外，為了擴大學生知識面，還可以將國內外采礦行業(yè)出現(xiàn)的新材料、新工藝、新技術等滲透到教學中。

圖1 普通罐籠提升系統(tǒng)示意圖

2 強化工程概念

在教學中強化工程概念對于培養(yǎng)學生的專業(yè)素質和創(chuàng)新精神非常重要。首先向學生展現(xiàn)綜合實例的工程背景，然后通過分析建立力學模型，最后再回到實踐中去解決工程實際問題。以貫穿《靜力學》、《運動學和動力學》和《材料力學》整過教學過程的礦井罐籠提升系統(tǒng)為例，該綜合實例的工程背景如下：豎井提升即通過安裝在豎井井口、井筒和井底的設備、裝置進行提升運輸工作。豎井罐籠提升系統(tǒng)使用的主要設備和裝置包括提升機、井架、天輪、鋼絲繩、連接裝置、提升容器、井筒導向裝置、井口和井底的承接裝置、阻車器、安全門以及信號裝置等(見圖1)。通過該工程實例拓展出下列教學問題。

圖2 罐籠簡化圖 圖3 提升機啟動、停機時間

問題2礦井提升機的主要數(shù)據(jù)如下：提升高度為876m，開始提升時罐籠的加速度為0.7m/s2，速度達到7.84m/s后，即以該速度勻速提升，最后再以減速度0.7m/s2減速提升，直至最后停止(見圖3)。求提升1次需要的時間。

圖4 礦井提升機簡化圖 圖5 罐籠運動簡化圖

問題3礦井提升機如圖4所示，已知被提升重物的質量為m1,鼓輪的半徑為R、質量為m2。起動時，電動機給鼓輪的驅動力矩為M。求起動時重物上升的加速度，鋼繩的拉力和軸承O的約束力(鼓輪視為均質圓柱)。

問題4罐籠質量為m的物體以速度v0勻速下降(見圖5)，若出現(xiàn)緊急情況突然剎車，試求鋼繩的最大拉力Tmax。設鋼繩的彈簧常量為c，鋼繩的質量略去不計。

通過上述工程實例教學，使學生認識到工程力學在工程實際中的重要作用，從而激發(fā)學生學習工程力學課程的熱情，進而運用所學的理論知識來分析和解決工程實際問題。

3 重視教學方法改革

改革教學內容的同時，還需重視教學方法的改革。在課堂講授時以工程實例引入，通過展示反映工程第一線的掛圖、力學模型、工程實物、視頻等，使學生初步了解工程實際問題，從而激發(fā)學生的學習興趣。在教學過程中對具體定理、推論的數(shù)學推導過程注重講思路、講方法和講要點。此外，應充分利用多媒體等現(xiàn)代教學手段增加學生的感知能力，從而加深對基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)其觀察思考能力。

4 加強實驗教學環(huán)節(jié)

在實驗開始前應指導學生進行認真準備并設計實驗方案，實驗過程中應指導學生認真觀察實驗現(xiàn)象，分析總結實驗結果，實驗完成后，由學生按實驗規(guī)范自行設計并完成一份科學合理的實驗報告。此外，在實驗教學中應充分利用萬能試驗機、多功能振動臺、沖擊試驗機、純彎曲疲勞試驗機、電子式扭轉試驗機等傳統(tǒng)試驗設備開設基本力學試驗，還可以針對礦井支護及巖體變形破壞特點，利用多點彎曲試驗臺開展巖石材料3點彎曲、4點彎曲試驗。通過實驗教學，可以幫助學生更好地理解理論知識并培養(yǎng)學生動手實踐的能力，這對于提高學生的綜合素質有重要作用。

5 完善考核方式

在考核形式上，采用多種形式評定學生學習情況，以加強對學生平時學習的考核與督促。對學生成績的評定可采取平時成績(包括上課考勤及認真態(tài)度、提問回答情況、作業(yè)情況、讀書報告、階段性測驗、大作業(yè)和實驗成績等)占40%、期末考試成績占60%的分階段全程性考核方法。期末考試則注重考核學生綜合性、創(chuàng)造性地應用知識的能力，如給定工程受力結構，讓學生為各構件選取材料及截面形狀和尺寸，并對該結構存在的問題談自己的看法等。通過完善考核方式，可以減少學生學習的功利性，也可分散學生的學習壓力，并能全方位、多角度地反映出學生的真實成績和綜合能力[2]。

6 結 語

針對《工程力學》教學過程中對培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力重視不足 的問題，開展了重視工程實例的《工程力學》教學改革探索。教學實踐表明，通過該課程教學改革，讓學生掌握了扎實的理論知識，同時具備了較強的工程實踐能力，受到學生的歡迎。由于工科專業(yè)《工程力學》課程教學涉及面廣，因而該課程改革是一個長期而又艱巨的過程，需要不斷努力探索。

[1]劉超英. 高等工程?？茖W校工程力學教學改革探討[J].中州大學學報, 1999(3): 72-73.

[2]楊浩泉,周平. 在工程力學教學改革中加強對學生綜合能力的培養(yǎng)[J]. 杭州電子工業(yè)學院學報，2001, 21(2) : 69-71.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.04.042

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1673-1409(2011)04-0127-03