論力學課程教學中如何舉例

陳 鑫，馮輝榮

(福建農林大學交通學院，福建福州350002)

論力學課程教學中如何舉例

陳 鑫，馮輝榮

(福建農林大學交通學院，福建福州350002)

力學課程較為抽象，學生在學習過程中缺乏興趣，因此應在課堂教學中精選例題，從學生所熟悉的熱門事件，平時生活，以及將來要學習的專業課程當中挖掘實例，結合多媒體教學，激發學生的學習興趣，增強課堂教學效果。

力學;舉例;課堂教學

力學課程是工科學生必修的一門非常重要的專業基礎課程，是學習后續專業課程的必需的基礎知識，與工程應用的聯系緊密，是工科高等教育的重要組成部分。然而學生在學習過程中時常覺得力學抽象晦澀，對其缺乏興趣。筆者畢業后至今一直從事力學課程的教學工作，在課堂教學實踐中做了一些嘗試，就如何更好的選擇教學實例，提高學生的學習興趣，活躍課堂學習氣氛總結了一些方法。

一 結合時尚，引發共鳴

當今社會計算機網絡、3G網絡已經深入大眾的生活中，大學生們更是對網絡樂此不疲，他們對網絡熱門事件、新款游戲等新鮮事物充滿興趣，如果能夠結合其中的力學知識加以很好的引導，可以極大地調動學生的學習積極性，活躍課堂氣氛。例如在2011年非常流行的一款游戲《憤怒的小鳥》——通過拋擲“小鳥”來炸毀建筑和“綠豬”等目標的游戲，其中就包含了不少力學知識。比如:如何選擇最佳的攻擊角度和攻擊點，以達到對目標建筑最大的傾覆力矩;如何根據拋出“小鳥”的角度判斷落地點和角度以及落地反彈的走勢;如何利用建筑各構件的平衡關系找到關鍵的打擊點，使建筑發生“多米諾骨牌”式的連鎖破壞等等。又例如溫州動車事故后，網絡上曾引發議論——當遇到緊急情況的時候如何擊碎鋼化玻璃，從動車中逃生。正確的做法應該用安全錘猛擊鋼化玻璃的四角和邊緣，那是最薄弱的地方，而并非像普通玻璃一樣錘擊中央，這是因為鋼化玻璃特殊的制作工藝，使得玻璃中部的壓應力最大，中部受到錘擊時是一種三向受壓的狀態，不容易破壞，當給學生介紹應力狀態分布和強度理論這一章節時，可以將其作為一個很好的實例。

二 貼近生活，有助理解

生活中的各種事物無不處于受力的環境中(至少受重力)，因此小到一支筆，大到一座橋梁其中都包含著一定的力學原理的，只要我們加以剖析，可以讓學生很直觀的感知到力學就在我們周圍，引發學生在平常生活中去觀察和體驗力學。例如，在談到梁的合理截面設計的時候，將一根受均布荷載的簡支梁(如圖1(a))其兩端支座略向內移動，變成兩端懸挑梁，如圖1(b)，就可以有效減小全梁所受的最大彎矩值，使梁的受力更合理，生活中的板凳，桌子也常常利用這一原理，如圖1(c)。在課堂上可以引導學生觀察頭頂的梁，一般梁高是寬的兩到三倍，這是因為這樣的截面形式可以獲得較大抗彎模量。又例如，講解力的平移定理——物體上的力平移時會給物體產生使之旋轉的附加力偶，這就可以結合學生們經常進行的體育運動:在打乒乓球時，“削球”可以讓乒乓球旋轉起來;用指尖轉籃球的時候需要在側邊撥動籃球，才能讓它不停的旋轉等等。同時還可以在講解時先提問學生相關問題，由學生對現象先作解釋，學生對于這樣的實例饒有興趣，課堂氣氛活躍，對教師的后繼講解能認真專注。

圖1 桌椅及其受力簡圖

三 圖文并茂，生動易懂

隨著教學硬件的不斷完善，多媒體教學已經得到相當廣泛的應用，在課堂教學中應當充分利用這一平臺，而不僅僅是將其作為講稿的投影儀。在教學過程中，舉出的實例如果只是文字或是口頭的描述，并非所有的學生都能聯想出正確的受力模型，因此如果能根據實例，用手機，相機拍攝幾張圖片，錄制一段錄像;或者通過軟件編輯一些動畫;再或者從網絡上下載一些視頻文件，都可以收到很好的效果。例如在介紹靜力學中的各種約束時，可以拍幾張現實生活中約束的照片，如圖2中塑鋼窗戶上的五金構件上就有滑槽約束和鉸接約束，圖3則是上海火車南站屋頂的一個固定鉸支座，可以讓學生一目了然的理解各種約束及其約束力;解釋定向爆破中質心運動定理的應用時，可以播放一段工程爆破的視頻，壯觀的景象可以立刻觸動學生的感官;要讓學生明白動量矩守恒的原理，下載一段花樣滑冰錄像，并指點學生觀察運動員如何改變自身的轉動慣量來控制旋轉速度;在講解科氏加速度的原理之后可以舉例，在北半球，水池積水從排水口向下流出的過程中會形成順時針旋轉的水渦，這時可以播放一段在自家廚房錄制的水渦的視頻。這些有聲有色的演示讓學生耳目一新，避免他們在枯燥的文字和符號中昏昏欲睡。

圖2 塑鋼上懸窗的約束構件

圖3 車站屋頂的固定鉸支座

四 前后呼應，融會貫通

課堂上給學生所舉的例子，應該要能夠前后呼應，讓學生在學習過程中可以融會貫通。這里的前后呼應有三個層面:

1．前后章節的呼應。同樣是一道例題利用不同章節所學知識可以有不同的解法，充分利用例題的多功能性。例如靜力學中用靜力平衡方程求解靜定結構約束反力的例題也可以用虛位移原理來求解;可以用質心運動定理求解的例題，也可以嘗試動量守恒定律求解。通過一題多解的練習可以開拓學生的解題思路，加強對基本概念定理的掌握。

2．課堂與課后的呼應。常有學生訴苦:“上課聽得懂，作業不會做”，這顯然會打擊學生上課的熱情。因此選擇例題時可以和準備布置的課后作業進行比對，采用一些與課后作業有一定相似性的例題，并針對作業給以一些小提示，提示的多少可以根據學生總體層次加以把握，學生在完成作業后就會更加重視課堂的聽講，上課時更加專心。

3．與前后課程的呼應。作為一門專業基礎課，不同力學課程之間以及力學與后續專業課之間有著緊密的聯系。例如《理論力學》中的虛位移原理是《結構力學》中影響線方法的基礎;《材料力學》中求解超靜定結構的方法就是《結構力學》中的“力法”;《材料力學》中組合變形中的偏心受壓構件的應力計算方法可以用來在《基礎工程》中計算淺基礎基底壓力分布。因此，在教學過程中，注意結合學生之前所學的知識，并在舉例中點撥后續課程中的銜接應用問題，可以讓學生更加重視學習的連貫性，提高他們的學習積極性。

五 結語

此外，還可以根據學生程度在課堂上舉一些大學生力學競賽以及大學生結構設計大賽中的實例，效果也很理想。以上總結幾點的是筆者在力學教學過程中對于選擇例題的一些體會，新一代90后的大學生們思維活躍，不守陳規，如何引導學生的學習熱情，激發學生的學習興趣，使學生能夠擯除對力學的偏見，在輕松的狀態下學好經典力學課程，提高教學質量，還需要繼續摸索，與時俱進。

［1］宋少云．大學理工科的例題教學［J］．高等建筑教育，2005(12):45－46．

［2］姚文莉．基礎力學第二課堂實施內容及模式探究［J］．當代教育理論與實踐，2011(9):62－63．

［3］彭朝廣．精選例題加深對概念和規律的理解［J］．曲靖師專學報，2000(5):46－47．

［4］孟昭曜．力學教學貼近生活的嘗試［J］．力學與實踐，2001(6):55．

G642

A

1674－5884(2012)05－0122－02

2012－02－25

《工程力學》福建省精品課程資助項目;福建農林大學質量工程項目(111ZJ1018、01jg04084)

陳 鑫(1983－)，男，福建仙游人，碩士，主要從事從事理論力學、材料力學、工程力學等課程的教學與研究。

(責任編校 羅 淵)