蘆保國

(太原理工大學輕紡工程與美術(shù)學院，山西晉中 030607)

2009年筆者受院科研基金的資助，制作一套《工程力學網(wǎng)絡(luò)輔助教學系統(tǒng)》助學軟件，包含電子教案、電子演示文稿、習題解答、力學趣事和力學家故事四個模塊。由于學生學習和自己教學工作的需要，現(xiàn)將該軟件的模塊進行了完善和擴充。

1 完善現(xiàn)有模塊

在靜力學［1］部分，第四章平面任意力系中增加桁架一節(jié)，第五章摩擦中增加滾動摩擦一節(jié)，在第六章空間力系重心中增加重心一節(jié)。在運動和動力學［2］部分，第三章點的合成運動中增加牽連運動為轉(zhuǎn)動時點的加速度合成定理，增加第七章動靜法、第十章振動和第十一章虛位移原理三章。在材料力學［3］部分，在第一章軸向拉伸和壓縮中增加應(yīng)變能的概念一節(jié)、在第五章彎曲應(yīng)力中增加塑性彎曲的概念和梁彎曲時的切應(yīng)力兩節(jié)，增加第二章剪切、第七章應(yīng)力狀態(tài)和強度理論、第八章組合變形、第九章壓桿穩(wěn)定和第十一章交變應(yīng)力［4］，將分散于運動和動力學部分的有關(guān)內(nèi)容整合為第十章動載荷。對于上述內(nèi)容精心準備了電子教案，并制作了相應(yīng)的電子演示文稿。

講到滾動摩擦時，與滑動摩擦充分對比，使學生明白輪子轉(zhuǎn)動為什么比滑動容易。講到重心時，由于概念抽象，除介紹重心坐標公式及求法外，還通過飛機起落、高速旋轉(zhuǎn)零件、搗振器等日常事例說明重心確實是客觀存在的。講到牽連運動為轉(zhuǎn)動時點的加速度合成定理時，科氏加速度同樣是一個抽象的概念，講解時除說明其產(chǎn)生原因和求法外，還通過北半球沿經(jīng)線流動的河水為什么右岸容易沖刷等事例說明其應(yīng)用。動靜法一章，重點介紹慣性力的概念，平動、定軸轉(zhuǎn)動和平面運動剛體慣性力系的簡化。講慣性力時，用偏心圓盤形回轉(zhuǎn)體、離心鑄造機和打夯機從正反兩方面說明慣性力的利弊。講平面運動剛體慣性力系的簡化時，列舉纏繞細繩的滾子，為說明拉力小于某定值時作純滾動，大于該值則處于滑動狀態(tài)時，用悠悠球親自示范，并讓學生自己動手實踐。振動一章重點介紹單自由度系統(tǒng)自由振動，自由振動的固有頻率和求固有頻率的方法，單自由度受迫振動的頻幅曲線、共振現(xiàn)象。講自由振動時固有頻率的算法時，詳細總結(jié)了靜變形法、解微分方程法和能量法三種方法，并通過相應(yīng)的例題講解。共振是工程中的一種常見現(xiàn)象，也與人們的生活息息相關(guān)，講解時通過機床、汽車、樂器、振動打樁機等從正反兩方面介紹了其利弊，利用和消除的方法。虛位移原理一章重點介紹虛位移、理想約束的概念，應(yīng)用虛位移原理求解物體系的平衡問題。介紹虛位移的求法，強調(diào)虛位移和實位移的區(qū)別與聯(lián)系。

應(yīng)力狀態(tài)和強度理論一章重點介紹平面應(yīng)力狀態(tài)的解析法和幾何法，能根據(jù)材料的破壞形式，選擇恰當?shù)膹姸壤碚摻鉀Q復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度計算。組合變形一章，重點介紹運用疊加原理分析桿件在拉彎組合和扭彎組合下的強度計算。壓桿穩(wěn)定一章是材料力學的重點研究內(nèi)容。講解時應(yīng)首先使學生明確學習該章的必要性，重點介紹壓桿穩(wěn)定性等有關(guān)概念，會計算柔度并判斷壓桿類型，熟練掌握常見支座條件下各桿壓桿的臨界壓力和臨界應(yīng)力的計算并進行穩(wěn)定性計算。動載荷一章，重點介紹應(yīng)用動靜法計算勻加速直線運動和勻速轉(zhuǎn)動構(gòu)件的應(yīng)力與變形，用能量法計算受沖擊構(gòu)件的應(yīng)力與變形。特別要使學生加深理解沖擊力學模型的四個基本假設(shè)。交變應(yīng)力一章，重點介紹應(yīng)力循環(huán)與表征參數(shù)、疲勞破壞特點、疲勞極限與持久極限曲線等基本概念，影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素及提高構(gòu)件疲勞強度的措施。

為講好材料力學簡史，在力學趣事和力學家故事模塊中，專門收集了材料力學背景知識，并更名為工程力學相關(guān)知識模塊，在這一模塊中專門搜集了木屋架結(jié)構(gòu)，特別是獨有的建筑構(gòu)件——斗拱結(jié)構(gòu)，位于五臺縣的兩座唐代木結(jié)構(gòu)寺廟——佛光寺和南禪寺，應(yīng)縣木塔，現(xiàn)存最古老的石拱橋——小商橋和趙州橋以及華北四寶，位于四川的水利工程——都江堰及其建造者李冰父子，位于內(nèi)江的安瀾橋以及五大古橋，隋代五層大戰(zhàn)船，鄭和、鄭玄的故事以及法國科學家伽利略、庫侖和納維簡介等有關(guān)知識。收集了我國的航天成就——嫦娥工程和創(chuàng)造了四項世界紀錄的蘇通大橋的情況，同時還收集了由于人類不尊重自然或?qū)ψ匀涣私馍跎俣斐傻氖鹿省┨鼓峥颂柕某翛]和切爾諾貝利核爆炸。此外還收集了墨子、科里奧利、莫爾、達朗伯、圣維南等力學家的故事和共振、疲勞等相關(guān)知識。

2 擴充了工程力學大綱與簡介、思考題解答、動畫和視頻庫三個模塊

為使學生在學習該課程之前，對本課程的概貌有大致了解，首先制作了工程力學大綱與簡介模塊，簡介中介紹了該課程的名稱、學分、學時、類別、先行課程、適用專業(yè)及講授內(nèi)容等有關(guān)信息。大綱中進一步介紹，該課程的性質(zhì)和目的、教學內(nèi)容及各章主要要求、重點和難點、學時分配、總體要求、教學安排、教材和參考資料等詳細信息，使學生做到心中有數(shù)。

為便于同學們正確理解課程內(nèi)容，切實幫助同學們解決在學習過程中遇到的困惑，制作了思考題解答、動畫和視頻庫兩個模塊。在學習過程中，一些同學對概念的理解還停留在書本中的文字敘述上，做概念題往往出錯，為使學生通過積極觀察、思考、聯(lián)想，誘發(fā)自己積累思維，實現(xiàn)知識、能力的同步發(fā)展，制作了思考題解答模塊。本模塊將主教材中的思考題進行了詳細解答，便于同學們查閱，章節(jié)題號完全與主教材對應(yīng)。在動畫和視頻庫模塊中，將某些抽象的不容易解釋清楚的知識點輔之以動畫和視頻演示。如在約束與約束反力中，用動畫演示了光滑面約束、鉸鏈約束、滑動軸承約束、球鉸鏈約束等。講到力偶時，播放了工人師傅鉸孔的視頻，講到曲柄搖桿機構(gòu)的例題時播放了牛頭刨床的動畫。摩擦一章中播放了夾緊機構(gòu)的動畫。講插床和鄂式破碎機的例題和習題時，演示了有關(guān)的動畫和視頻。點的運動一章講到鉸鏈機構(gòu)的例題時播放了橢圓規(guī)畫橢圓的動畫，該動畫能對有關(guān)長度和速度等參數(shù)進行設(shè)定。講定軸輪系的傳動比時，播放了膠帶傳動和內(nèi)、外嚙合的齒輪傳動的視頻。講到牽連運動為轉(zhuǎn)動時的加速度合成定理中擺式汽缸的例題時播放了飛機起落架和自卸汽車的動畫。講質(zhì)心運動定理時，播放了世界頂級跳遠巨星的精彩集錦。講質(zhì)點系動量矩守恒定理時播放了程雪花樣滑冰的視頻。講到計算我國第一顆人造地球衛(wèi)星軌道速度的例題時，播放了東方紅一號發(fā)射的視頻。這些動畫和視頻能使學生了解機構(gòu)的工作原理，增加感性認識，有身臨其境之感。講到材料的力學性能時，播放了低碳鋼拉伸試驗的視頻，使學生了解了實驗設(shè)備，熟悉了實驗過程，彌補了實驗設(shè)施不足的遺憾。

3 教學效果

通過上述擴充和完善，不僅滿足了筆者教學的需要，而且使學生在學習該課程之前，就能做到心中有數(shù)，在學習過程中也增加了感性認識，豐富了學生的力學相關(guān)知識，提高了學生的學習興趣，為學生進一步學習由于課時所限無法講授的內(nèi)容提供了便利，取得了良好的教學效果。今后將在此基礎(chǔ)上制作自測模塊，便于學生課后檢驗學習效果。

［1］北京科技大學，東北大學.工程力學(靜力學)［M］.第4版.北京:高等教育出版社，2008.

［2］北京科技大學，東北大學.工程力學(運動和動力學)［M］.第4版.北京:高等教育出版社，2008.

［3］北京科技大學，東北大學.工程力學(材料力學)［M］.第4版.北京:高等教育出版社，2008.

［4］茍文選.材料力學(Ⅰ)［M］.第2版.北京:科學出版社，2010.