王娟+廖宇蘭

摘要：本文通過對《工程力學(xué)》課程的知識體系加以分析，探討提高該門課程的教學(xué)方法。主要通過利用多媒體技術(shù)、教學(xué)方法改革如“雙力矢”代替扭矩的方法、考核辦法改革及與相關(guān)課程的融會貫通，將各門學(xué)科綜合起來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其思維創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生解決工程實踐問題。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；教學(xué)方法；工程實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0103-02

近年來，高校對本科生的教學(xué)大綱進行了大幅度的調(diào)整，以我校機電工程學(xué)院為例，機械電子專業(yè)、車輛工程專業(yè)和交通運輸專業(yè)將《理論力學(xué)》和《材料力學(xué)》課程整合成《工程力學(xué)》一門課，整合后的課程既要對原來的課程進行優(yōu)化還要滿足學(xué)生專業(yè)要求。課程優(yōu)化后主要包括靜力學(xué)和材料力學(xué)大部分內(nèi)容。靜力學(xué)主要要求學(xué)生掌握物體的受力分析，掌握各種約束的性質(zhì)，重點掌握平面力系的簡化、平面匯交力系、平行力系、力偶系等的平衡方程，解決一般的工程力學(xué)模型問題。利用平面力系的相關(guān)知識對空間力系加以分析，掌握簡單及復(fù)雜的靜定力學(xué)問題的解決方法，為后續(xù)工程力學(xué)中關(guān)于研究構(gòu)件在載荷作用下的變形規(guī)重視課程與學(xué)生專業(yè)的結(jié)合。在壓桿穩(wěn)定、組合變形時重點突出圓形截面和常用的工字形截面，材料運用也多以各種鋼及鑄鐵為主，引導(dǎo)學(xué)生重視實驗研究及新材料的應(yīng)用對力學(xué)研究的重要影響。除此之外，教師可將目前國際上出現(xiàn)的各種新材料、新工藝方法、新的加工技術(shù)等帶到課堂中，重點鍛煉學(xué)生的思維創(chuàng)新及思考能力。

一、課堂教學(xué)方法的改革

（一）多媒體在《工程力學(xué)》中的應(yīng)用

隨著計算機的發(fā)展，多媒體教學(xué)在課堂上發(fā)揮著不可或缺的作用，如何使多媒體教學(xué)更好的服務(wù)于《工程力學(xué)》教學(xué)呢？可以從以下兩個方面重視和加強多媒體的作用。

1.將工程實際的力學(xué)模型運用多媒體進行虛擬仿真。力學(xué)中的很多約束模型簡化后的約束力方向?qū)W生會覺得難以理解，可以借助多媒體將約束模型在實際中的約束方式進行動畫仿真并配以鮮艷的顏色和動畫，學(xué)生可以獲得最直觀的經(jīng)驗和體會，幫助其理解約束在工程結(jié)構(gòu)中的作用。對于復(fù)雜組合變形及空間受力分析進行多角度多媒體分析可以避免學(xué)生憑空想象，主觀臆斷，同時在放映相關(guān)知識時還可以預(yù)留一些問題，鼓勵學(xué)生進行積極思考，開拓思維，積極主動地發(fā)掘新問題。

2.代替?zhèn)鹘y(tǒng)黑板繪制力學(xué)圖形。在工程力學(xué)中需要學(xué)生重點掌握軸力圖形、扭矩圖形、剪力彎矩圖形等，在繪制過程中如彎矩圖與剪力圖有積分關(guān)系，傳統(tǒng)黑板教學(xué)速度慢、精度低。多媒體技術(shù)可以方便快捷對圖形進行處理，在講解具體例題時，可以對例題進行分步分析，在講解期間可以隨時停留便于及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并及時講解。多媒體放映壓桿失穩(wěn)的臨界狀態(tài)，幫助學(xué)生理解壓桿失穩(wěn)的概念，確定歐拉公式的使用條件及其意義。此外，教師在講到一些名人公式時，可以將人物典故在確定這些公式時的典故講述給學(xué)生，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、課堂教學(xué)方法和手段改革

傳統(tǒng)上認為一個老師授課是否良好依據(jù)的判斷都是老師表演得如何，講述得內(nèi)容是否細致，對例題是否都做了詳盡的講解。如此一來，學(xué)生只是被動地接收而已，也就是傳統(tǒng)上說的“填鴨式”，不利于學(xué)生對實際問題進行分析，使學(xué)生的創(chuàng)新能力受到限制。除了上述的多媒體教學(xué)外，還可以充分發(fā)揮學(xué)生的計算機能力，讓學(xué)生上機練習(xí)，如編制程序?qū)ふ医孛婧诵牡?，學(xué)生可以將兩門課程有機結(jié)合起來。在教學(xué)方法上可對力學(xué)圖形的繪制總結(jié)更適合學(xué)生理解的一些方法。比如在扭矩圖的繪制過程中引入了“雙力矢”概念，因為扭矩圖的繪制要判斷扭矩的正負，而“雙力矢”的引入可以使得扭矩類似于軸力圖進行“遇左向上，遇右向下”直接繪圖，如下頁圖1所示：可將Me扭矩轉(zhuǎn)換成如圖所示的“雙力矢”，“雙力矢”方向由右手法則確定。這樣繪制扭矩圖就可以直接類似與軸力圖。此外還應(yīng)重視討論課、習(xí)題課在課程中的重要作用。在習(xí)題課中以學(xué)生為主題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動力，積極探索求取多種解題方法。鼓勵學(xué)生將實際中遇到的問題帶到課堂上來，比如學(xué)生在學(xué)校操場、草地等常坐的排椅可以簡化為簡支梁，討論學(xué)生坐位變化時排椅的撓度變化及最大撓度發(fā)生在哪里？討論礦泉水瓶子的形狀與壓桿穩(wěn)定的關(guān)系，討論橋梁爆破，大橋發(fā)生事故的力學(xué)原因等，鼓勵學(xué)生動手參與力學(xué)模型制作。學(xué)生是主題，教師一定要扮演好導(dǎo)師激發(fā)學(xué)生積極性、創(chuàng)新性能力。

三、教學(xué)考核方法改革

1.實驗考核改革。素質(zhì)教育一直是我國教育的核心，在《工程力學(xué)》課程中可以做些考核方法的改革，考核主要包括平時考勤，作業(yè)提交，課堂表現(xiàn)及實驗考核。目前已經(jīng)有些高校已經(jīng)對實驗考核和考試考核進行了改革。比如哈爾濱理工大學(xué)在課程實驗方面將實驗報告占50%，實驗結(jié)果40%，實驗表現(xiàn)占10%。河南科技大學(xué)重視實驗錢的預(yù)習(xí)和提問，占到30%，實驗操作占30%，實驗報告占40%。我院根據(jù)實際情況分配如下：實驗預(yù)習(xí)與提問占20%，實驗操作占20%，實驗報告50%，實驗結(jié)果分析及引發(fā)思考占10%。充分調(diào)動學(xué)生實驗積極性，避免有的學(xué)生只是走馬觀花地欣賞實驗。

2.考核內(nèi)容及方法改革。傳統(tǒng)的考核內(nèi)容及方式有時會使學(xué)生束縛于其中，現(xiàn)在的教育理念更加重視學(xué)生的素質(zhì)教育、能力培養(yǎng)和創(chuàng)新能力。但是考試考核制度的改革需要多方經(jīng)過仔細籌劃、論證、調(diào)研才能運行，需要每一個老師和相關(guān)主管領(lǐng)導(dǎo)積極參與。在此，主要就《工程力學(xué)》課程的考核內(nèi)容進行一些建議?？己说幕臼强疾鞂W(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況，應(yīng)占70%的份額。另外的30%可以從學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決工程實際能力方面進行考核。另外考試所占學(xué)生最后總分的份額應(yīng)從70%降低到60%甚至50%?？荚囈部梢圆捎枚嗫碱}，抽簽方法進行。考核只是一種手段，教師更應(yīng)該重視學(xué)生對這門學(xué)科的整體把握和學(xué)習(xí)。

四、新興學(xué)科知識擴充力學(xué)知識且提高學(xué)生興趣

工程力學(xué)中所應(yīng)用到的基礎(chǔ)理論和公式推導(dǎo)有一定的使用條件，在工程實際中遇到的問題更加復(fù)雜，目前先進的測試技術(shù)、虛擬仿真動力學(xué)軟件、力學(xué)分析軟件等都是力學(xué)在實際解析中的重要補充。比如：曲桿結(jié)構(gòu)是發(fā)動機中的重要組成部件，它工作中都是處于循環(huán)狀態(tài)，對于它的受力分析可以在虛擬仿真平臺上進行。在虛擬仿真平臺上進行現(xiàn)實模擬過程使學(xué)生直觀的感受到曲桿各部位的力學(xué)受力情況，在彎扭組合變形部分可以利用Ansys軟件對軸的受力進行精確分析，都可以對學(xué)生的課堂知識加以補充并提高學(xué)生的興趣。如圖2所示為筆者在Ansys中對曲軸的第七階應(yīng)力分析云圖，圖中顏色直觀表示了曲軸的受力情況。將其前十階應(yīng)力分析云圖和振動階型等帶入到課堂，擴展學(xué)生的知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外將學(xué)生的電工電路中的電橋知識應(yīng)用于工程力學(xué)中，如測試梁的應(yīng)力，如圖3所示。利用電橋的和差特性，在測彎矩力時，將應(yīng)變片貼于懸臂梁的上、下側(cè)面，同時在接橋時把應(yīng)變片接在電橋的相鄰橋臂上，另外兩個橋臂為固定電阻。電橋的輸出電壓僅反映的是彎矩力作用的結(jié)果而與拉伸力無關(guān)。通過將前沿知識及時反饋給學(xué)生使學(xué)生對自己所學(xué)知識有宏觀的把握并融會貫通，鼓勵學(xué)生積極思考，提高其創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力。

利用電橋的和差特性，在測彎矩力時，將應(yīng)變片貼于懸臂梁的上、下側(cè)面，同時在接橋時把應(yīng)變片接在電橋的相鄰橋臂上，另外兩個橋臂為固定電阻。這樣，在彎矩力F作用下，dR1=-dR2，同時dR3=dR4=0，電橋輸出為：

五、結(jié)語

力學(xué)知識是工科學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生是學(xué)習(xí)的根本也是主體，教學(xué)應(yīng)該以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、發(fā)展其創(chuàng)新思維能力為主，在課堂教學(xué)上利用先進的多媒體技術(shù)并積極改進教學(xué)方法和改革方法，將新興學(xué)科知識帶到課堂中來，鼓勵學(xué)生多提問題。多思考、多動手并與其他相關(guān)學(xué)科聯(lián)系起來解決工程實踐問題。

參考文獻：

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

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