高職類《工程力學》教學改革探討

摘要： 根據高職類《工程力學》課程的特點，本文作者結合自身教學實踐和學生學習過程中遇到的問題，總結了幾種教學方法，主要有實例法、相似知識點比較、理論教學穿插力學史教育、啟發式提問、課堂教學與實踐相結合等。實踐證明，多種教學方法的靈活運用不僅可以活躍課堂氣氛，而且可以調動學生的學習熱情，激發學生的學習興趣和積極性，從而提高課堂教學效果。

關鍵詞： 工程力學 教學實踐 教學方式和方法

《工程力學》是模具、機械、建筑等高職類工科專業都開設的一門專業基礎課程。由于課程內容較多，理論性強，比較抽象，加之高職類學生基礎較薄弱，部分學生感到學習困難，逐漸喪失學習興趣，甚至產生厭學情緒。為改變這種狀況，提高教學質量，筆者在多年的教學實踐中結合高職學生學習過程出現的問題，不斷探索新的教學方式和方法，積累了一些教學心得，總結起來主要有以下幾點：

1.課堂教學中多舉實例，加深學生對所學內容的理解

《工程力學》中的很多理論性內容比較抽象、難以理解，如果教師能在課堂教學中通過大量的實例進行說明，學生就能從中得到直接的感性認識，并結合所學的內容，由感性認知上升到理論認知，進而培養起濃厚的學習興趣。比如：在講授桿件的扭轉變形時，可以舉一些生活中的例子，如擰干毛巾上的水時，毛巾發生的變形就是扭轉變形；天津大麻花的形狀本身就是一種扭轉變形。這兩個實例簡單、形象、易懂，教師繼而引申到傳動軸的扭轉變形，學生了解了前面所舉的兩個簡單例子后，對于機械傳動中軸發生的扭轉變形就不會感到很難理解。講定軸轉動時，教室里就有現成的例子，如電風扇的轉動，門繞門軸的轉動等。講固定端約束時可以舉底端埋在地下的電線桿和化工廠的各種塔器等。實例通俗易懂、容易理解，教師再因勢利導，幫助學生實現從實例的感性認知到理論的理性認知的升華，他們對于抽象的理論就不再感到難以理解。“興趣是最好的老師”，教師課堂上邊講理論邊舉實例，一方面能調動學生學習的興趣和積極性，另外一方面使學生感到所學的內容不再空洞、枯燥、乏味，活躍課堂氣氛，從而提高教學效果。

2.對于相似的知識點應加以總結比較，避免發生混淆

總結比較法是很重要的一種教學方法和學習方法，把形式或者內容相近的知識點進行總結比較分析，使學生弄清楚它們之間的聯系和區別，避免把它們混淆在一起，張冠李戴，以鞏固所學的知識。如直桿拉（壓）變形的胡克定律的一種表達式為：

△L=F_NL/EA

式中EA稱為截面的抗拉（或抗壓）剛度；圓軸發生扭轉變形，扭轉角的計算公式為：

φ=TL/GI_P

式中GI_P稱為圓軸的截面抗扭剛度；梁發生彎曲變形時用曲率表示的梁彎曲變形的基本公式為：

I/ρ=M/EI_Z式中EIZ稱為梁的截面抗彎剛度。

上面三個公式形式相近，且分母部分名稱相似，但適用對象完全不同。學生在利用公式進行相應計算時，經常把公式搞混，導致計算錯誤。在學完這幾部分內容后，教師引導學生對這三個公式進行總結，比較分析它們的聯系和區別，明確各自的應用范圍，學生就不容易把它們混淆了。再如力（系）和平面力偶（系）也有相似之處，它們的對比可以通過表格形式（如表1所示）表達。通過總結比較，力（系）和平面力偶（系）的聯系和區別一目了然，學生對它們的區別更加明確，印象更加深刻，既鞏固了所學的知識，也便于歸納和記憶。又如，材料的拉（壓）胡克定律表達式和剪切胡克定律表達式非常相似，也有可比性。材料的拉（壓）胡克定律表達式為：

ρ=Eε——①

材料的剪切胡克定律表達式為：

τ=Gγ——②

兩個公式均可以稱為胡克定律，但應用對象不同：①式適用于材料發生拉伸（或壓縮）變形，而②式則適用于材料發生剪切變形。兩個公式中字母表示的含義也很接近，有必要讓學生加以比較，明確兩個公式各自的適用范圍以及各字母所代表的含義，以免混淆在一起。它們的比較如表2所示。

3.在理論教學中穿插力學史教育，以活躍課堂氣氛

《工程力學》理論性強，但單純的理論講述缺乏吸引力，學生聽課興趣不高，教學效果不佳。力學史中有一些有意思的故事和趣聞，在理論教學中不妨穿插這些故事和趣聞，以活躍課堂氣氛，提高學生聽課的興趣。如講靜力學時可以介紹一下阿基米德，他是靜力學的奠基人，古希臘偉大的數學家、力學家，后人對阿基米德給予了極高的評價，把他和牛頓、高斯并列為有史以來三個貢獻最大的數學家。他確立了力學的杠桿定律和浮力定律。在高數方面他的成果有阿基米德螺旋線，此螺旋線在機械方面的應用是阿基米德蝸桿（其端面齒廓是阿基米德螺旋線）。再如講到強度時，其概念是：構件抵抗破壞的能力。為加深學生對于什么是強度的理解，可以引用中國古代經典著作《韓非子》：“凡理者，方圓、短長、粗靡、堅脆之分也。”堅，即堅固，強度高；脆，即脆弱，容易破壞、強度低。區別物體的堅脆，在現在的工程上就是研究物體的強度問題。筆者在教學實踐中發現當講到這些內容時，學生立即精神振奮、興趣盎然、注意力集中，說明在理論教學中適當地穿插一些力學史故事可以起到活躍課堂氣氛，調動學生學習積極性，改善教學效果的作用。

4.教學中采用啟發式提問，多問幾個為什么

教師在課堂教學中多提問幾個為什么，加強師生互動，改變學生一味被動接受的局面，能促使他們開動腦筋，主動積極地思考，深刻理解和掌握所學知識，提高學習效率和效果。例如質點的達朗伯原理，其方程表達式為：

F+F_N+F_g=0

式中F——主動力，

F_N——約束反力，

F_g——慣性力。

從形式上看，上式是個平衡方程（因為等式的右邊是0），故質點應處于平衡狀態，但實際上，質點并不處于平衡狀態，而是作變速運動，這就與平衡方程產生了“矛盾”。此時教師可以向學生提問：為什么對質點所列的方程是一個平衡方程，而質點卻不處于平衡狀態？方程的平衡與質點的狀態有著什么樣的聯系？此平衡方程與質點的變速運動是否矛盾？如果不矛盾，又怎么解釋這種現象？答案當然是不矛盾。這幾個提問對于真正理解達朗伯原理非常重要。待學生作出回答后，教師針對學生的回答引導學生：慣性力F_g作用在哪一個物體上？F_g實際上并不作用于運動的質點，而是作用在使質點改變運動狀態的物體上，它是一個虛加在質點上的力。因此這里所謂的平衡是一個假想的平衡狀態，上面的方程式也只是形式上的平衡。通過提問和引導，學生就很容易理解達朗伯原理的本質，使抽象問題簡單化。再比如：傳動軸有時為什么設計成空心的？為什么快艇的艇身設計成魚腹式？這些問題都是與力學息息相關的。這種啟發式提問教學，可以充分發揮學生的主觀能動性，提高他們的探究能力和學習熱情。

5.課堂教學與實踐相結合，增強理論課程的實用性

《工程力學》是基礎理論課，講理論原理的內容較多，不少學生誤認為這門課沒有實際用處，學不學都一樣。教師在教學過程中，應盡量做到理論與實踐相結合，而且應該讓學生認識到學習《工程力學》的重要性以及它與實踐的密切關系。比如，任何工程結構或機械設備的設計都必須作力學分析，包括機械運動狀態的分析和強度、剛度、穩定性的計算。任何構件都必須有足夠的強度，如化工廠各種壓力容器要承受風載荷、雪載和地震等的影響，必須滿足強度要求，在設計時要根據這些載荷的大小對壓力容器的強度進行校核，強度只有滿足要求才能加工制造并投入使用；構件受力后會變形，為不影響正常使用，構件必須滿足剛度的要求。如機械傳動中的齒輪變形過大會導致嚙合不良；化工廠塔器內的隔板變形過大，溶液濃度差別就會太大，進而影響化學反應的正常進行。因而設計齒輪和隔板時對它們的剛度都要進行校核。以上這些實踐都是和《工程力學》密不可分的。在教學過程中把生產實踐和理論原理相結合，提高理論課程的實用性，學生就不再感到這門課學了沒有用處，反而會增加他們學習這門課程的興趣和積極性。

教師在教學過程中應靈活地運用多種教學方法，以活躍課堂氣氛，激發學生的學習興趣和積極性，鍛煉他們的思維能力，提高教學效果，最終達到培養學生分析問題和解決問題能力的目的。

參考文獻：

［1］張德潤，董文夫.工程力學（機）［M］.北京：機械工業出版社，2000.8.

［2］張秉榮，章劍青等.工程力學［M］.北京：機械工業出版社，2005.7.

［3］劉鴻文.材料力學［M］.北京高等教育出版社，1992.

［4］吳曾諒，程振宇等.工程力學［M］.西安：西北大學出版社，1990.