力學與工程選修課開設初探

蘆保國

(太原理工大學力學學院，山西 太原 030024)

力學與工程選修課開設初探

蘆保國

(太原理工大學力學學院，山西 太原 030024)

為踐行素質教育理念，提出了開設“力學與工程”自然科學類選修課，針對授課對象大多數為文科和藝術類學生的實際情況，通過采取精選教學內容、運用講授法定性講解有關力學知識及其應用，并輔之以多媒體教學手段等措施，取得了良好的教學效果。

力學，選修課，教學研究

國務院原副總理李嵐清同志指出實施素質教育，就是全面貫徹黨的教育方針，以提高國民素質為根本宗旨，以培養學生的創新精神和實踐能力為重點，造就“有理想、有道德、有文化、有紀律”的德、智、體、美等全面發展的社會主義事業建設者和接班人。全面推進素質教育，要面向現代化、面向世界、面向未來，使受教育者堅持學習科學文化與加強思想修養的統一，堅持學習書本知識與投身社會實踐的統一，堅持實現自身價值與服務祖國人民的統一，堅持樹立遠大理想與進行艱苦奮斗的統一。全面推進素質教育，要堅持面向全體學生，為學生的全面發展創造相應的條件，依法保障適齡兒童和青少年學習的基本權利，尊重學生身心發展特點和教育規律，使學生生動活潑、積極主動地得到發展。素質教育最重要的，就是要培養學生的創新精神和實踐能力，培養學生樹立建設中國特色社會主義的共同理想和民族精神，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，養成良好的社會公德、職業道德、家庭美德［1］。

當今素質教育在教學改革中已成為現代教育的核心，為踐行素質教育理念，普及力學知識，提高大學生的力學素養，促進學生個性發展，培養學生創新思維的能力，開設自然科學類選修課“力學與工程”。該課程面向全校學生開設，學時32學時，由于地緣因素，實際只在榆次校區開設，報名人數219人。其中紡織類40人、電子商務類15人，藝術類165人。為淺顯易懂地講授好這門課，在以下幾方面進行了探索。

1 選修課內容介紹

針對學生實際，選修課以薛明德主編《力學與工程技術的進步》為主要參考書，分八章講授［2］。前五章分別講授力學在土木工程、機械工程、航空航天工程、水利工程與船舶工程及生物醫學工程中的應用，后三章介紹力學在日常生活中的應用。

第一章力學與土木工程，介紹了土木工程發展史，土木工程中的基本構件——梁、柱、拱、板、殼、桁架、索和膜等。還引入了現代建筑，如喬治華盛頓大橋、蘇通大橋、吉隆坡雙子塔、比薩斜塔、埃菲爾鐵塔、中國館、國家大劇院、國家游泳館等。

第二章力學與機械工程，首先闡述了機械工程的概念，然后介紹了常用的傳動機構，如帶傳動、鏈傳動、齒輪和齒輪系傳動、間隙運動和螺旋傳動機構、聯軸器、離合器、減速器和變速器等。

第三章力學與航空航天工程，簡單回顧了航空航天工程發展史，介紹了各種類型的飛機，如活塞式飛機、噴氣式飛機、運輸機、傾轉旋翼機、空中加油機、直升機、隱形飛機、無人駕駛飛機、微型飛機和地效飛行器等，介紹了世界航天的發展，如火箭、衛星、阿波羅工程、航天飛機、空天飛機、空間站和導彈等，還介紹了火星探測活動，重點總結了中國航天的發展，如東方紅衛星、嫦娥系列衛星、長征系列火箭、神舟飛船和天宮一號空間實驗室等，特別是近年的航天活動，如嫦娥三號探月、神舟十號飛船與天宮一號的自動交會對接、太空授課等。

第四章力學與水利船舶工程，首先簡單回顧水利工程和船舶工程的發展史，然后介紹中國古代水利工程，如都江堰、靈渠和鄭國渠、大運河等，講解大壩的結構形式并介紹中外著名的大壩，如胡佛水壩、阿斯旺水壩、三峽大壩等，還有水電站，如伊泰普水電站、朗斯潮汐電站、石龍壩水電站、葛洲壩水利樞紐等。最后講解船舶工程，其中包括鄭和下西洋、泰坦尼克號海難、航母艦隊及其巡洋艦、驅逐艦、護衛艦，特別是中國第一艘航母遼寧號航空母艦等有關內容。

第五章力學與生物醫學工程，首先簡單介紹生物醫學工程，尤其是生物力學之父馮元楨教授，然后介紹體育運動中的力學，如籃球、跳高、跳水、游泳、體操中涉及到的力學知識。引入仿生學及由此研制的泳衣，介紹心臟、人工心臟瓣膜、冠心病、心臟支架手術等，介紹骨折與康復、脊椎病與預防中的力學。最后根據授課對象中大部分為女生，同時愛美的特點，為其量身打造整形美容中的力學。

第六章身邊的力學(一)，首先闡述力學與美學特別是建筑中的力學與美學的關系，精選黃金分割率在藝術、建筑、生物、軍事、醫學以及日常生活中的表現，竹子、玉帶橋和十七孔橋、客家土樓、應縣木塔、恒山懸空寺、中國古建中的“卷殺”和“側腳”、斗拱和檁三件以及西方古建的古希臘建筑藝術、古羅馬建筑藝術、拜占庭建筑、哥特式建筑、巴洛克建筑中力學與美學的高度和諧統一等內容。然后講解自行車和列車中的力學，如自行車發展史、種類如(普通)自行車、公路自行車、場地自行車、山地自行車、速降自行車、斜躺自行車、旅行自行車、越野公路車、協力車、折疊車、電動自行車、小輪車、死飛車等，以及現代新奇的火車如單軌鐵路、磁懸浮列車、動車組等及其中蘊含的力學原理。

第七章身邊的力學(二)，首先介紹應力集中與熱脹冷縮現象在日常生活中的表現，如易拉罐罐頂的小拉片、食品包裝袋上的缺口、布店售貨員扯布的小口子、切割玻璃的刀痕以及汶川地震，買來的罐頭很難打開，剛煮好的茶雞蛋，在冷水里浸一下，雞蛋皮就容易剝下來、熱扣合法等。然后引入雜技中的力學、走路拄拐中的力學，如“達瓦孜”、舞獅、中幡、雙足步行、拐杖的種類和使用等。闡述了振動的知識及產生振動的物體，如秋千、鑼，介紹了共振現象及其表現，如宇宙大爆炸、微觀物質世界的產生、蟈蟈的鳴叫、扁擔的使用等，以及由于共振發生的事故，如塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀。引入剛體的打擊中心的概念和有關的打擊物體，如鼓、球棒、錘子的正確使用。最后回顧了拔河的歷史，揭示了拔河過程中蘊含的力學知識。

第八章身邊的力學(三)，首先引入紡織中的力學，如古老織機的杠桿原理、紡輪，現代紡機的高速轉子、劍桿、搖架軸、彎地軸、織機筘座，紡紗中的牽伸作用、摩擦紡紗、紗線絲光，現代紡織技術中的噴氣引緯、噴水引緯，以及新型紡織材料，如紡織結構復合材料等。引入印花設備和拉幅設備以及練漂、印染中涉及的力學知識。然后介紹服裝中的力學，如服裝的舒適性、適體性、延展性、滑移還是延伸，為何先紡成紗線，再織成布，輔料、服裝制版、縫料輸送器的作用等。最后介紹欹器中的力學，欹器，是一種灌溉用的汲水罐器，后失傳。現代力學者根據其特性將其復原。

2 教學方法及手段

針對授課對象的實際，采用講授法，并輔之以多媒體手段。該方法優點在于教師可以充分發揮主導作用，由易到難、由淺入深地傳授知識，有利于學生接受。由于授課對象擅長形象思維，而不擅長邏輯推理，講課中對涉及到的力學知識以定性講解為主，不做公式推導。眾所周知，采用多媒體教學軟件，在相同的時間內可以使學生獲得更多的信息，較徹底地分解知識技能信息的復雜度，減少信息在大腦中從形象到抽象、再由抽象到形象的加工轉換過程，充分傳達教學意圖［3］。并搜集大量的視頻素材，如第一章搜集了國家圖書館、國家體育場、國家大劇院、蘇通大橋、上海世博會中國館、清明上河圖電子動態版等視頻資料，第二章搜集了四桿機構、齒輪及輪系、間隙運動和螺旋傳動機構、聯軸器、離合器、減速器和變速器等動畫及寶馬汽車生產的視頻，第三章搜集了阿波羅登月、飛機的發明和發展、東方紅一號衛星發射及太空授課等視頻，第四章搜集了都江堰、京杭大運河、三峽工程、泰坦尼克號、遼寧號等有關視頻，第五章搜集了游泳(包括蝶游、蛙泳、仰游、自由游)、跳高、跳水等視頻，第六章搜集了應縣木塔、恒山懸空寺、磁懸浮列車和單軌列車、自行車特技和死飛自行車演示等視頻資料，第七章搜集了新疆達瓦孜、中幡、舞獅等雜技表演的視頻，第八章則搜集了古代織機、細紗機、劍桿織機、噴氣織機生產的視頻。由于這些視頻生動形象，密切聯系生活實際，大大激發了學生的學習興趣，開闊了學生視野，在輕松榆快的課堂氣氛中掌握了力學知識，使知識教育和素質教育得到完美的結合。

3 教學效果

通過精選教學內容、運用適當的教學方法，并輔之以先進的多媒體教學手段，取得了良好的教學效果，優良率達到80%。今后，將在積極探索和改進教學方法、建立多元評價機制、增加實踐教學環節等方面不斷加強教學研究，力爭取得更優異的教學效果。

［1］李嵐清.李嵐清教育訪談錄［M］.北京:人民教育出版社，2003.

［2］孽明德.力學與工程技術的進步［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［3］彭雅軒，王建國.在工程力學教學中的創新教育的探索與實踐［J］.教育探索，1997(4):50-52.

Elemental exploration on the elective course of Mechanics and Engineering

LU Bao-guo
(College of Mechanics of TUT，Taiyuan 030024，China)

In order to practice idea of quality education，a elective course，named Mechanics and Engineering is offered.Based on the fact that most of students major in the liberal arts and arts，a series measures are taken:teaching content is carefully chosen，knowledge and application about mechanics are qualitatively explained by means of expository method and multimedia teaching means is used.Therefore，good teaching effect is achieved.

mechanics，elective course，teaching research

G642.0

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.30.147

1009-6825(2014)30-0260-02

2014-08-15

蘆保國(1965-)，男，碩士，講師