《工程力學》課程教學方法的探討

周 煜

（安徽工業大學 機械工程學院，安徽 馬鞍山243032）

工程力學是高校工科專業中一門重要的專業基礎課，其理論性較強、與工程技術聯系極為密切，它的基礎性地位導致它在自然科學和工程技術領域中發揮著越來越重要的地位，廣泛應用于眾多工業領域如機械、土木建筑、航空航天中[1]。工程力學包括靜力學和材料力學兩部分的內容，研究的是物體的受力分析、平衡條件以及桿件的強度、剛度和穩定性問題。通過對工程力學進行學習，一方面，可以為后續相關專業課程的學習打下必要的理論基礎；另一方面，可以培養學生分析解決工程實際問題的能力以及鍛煉學生的邏輯思維能力。但是，工程力學涉及的知識面較廣，研究對象從剛體到變形體，研究方法也各有不同，許多理論較為抽象，邏輯性強，加上學生的實踐經驗少，在學時不斷減少而要求不斷提高的條件下，初學者要較好地掌握工程力學的知識還是具有一定的難度，甚至有些學生在接觸工程力學的初期就感覺到其困難性，進而產生厭學情緒。本文筆者結合個人的教學實踐，對工程力學的課程教學方法進行了相關探討，旨在培養學生學習工程力學的興趣，提高工程力學的教學效果。

1 傳統工程力學教學中存在的問題

傳統的工程力學教學中一般對各知識點講的過全和過細，所以需要耗費較多的學時。隨著教學改革的逐步推進，各工程專業對各自的課程設置和教學內容都做了相應的調整，在縮短工程力學學時的情況下同時還提高了工程力學的教學要求，導致一些教師為了完成教學任務量而不得不追趕教學進度，從而影響了教學質量，一定程度上增大了課程學習難度。因此，需要教師結合各專業的應用背景制定合適的教學計劃，對與專業結合相對緊密的知識點進行重點講解，從而為后續的專業課學習打下扎實的力學基礎，同時培養學生解決一定的工程實際問題的能力。

另一方面，傳統的工程力學教學手段主要是“黑板”或者“黑板+PPT”的方式，教師在課堂上從概念引入到定理證明再到例題講解，整個講授過程顯得枯燥無味，導致學生在聽課時難以集中精力，其抽象思維能力也難以得到有效的提升。

2 啟發式教學，調動學習積極性

工程力學中涉及到的概念較多，理論較為抽象，學生在學習時難以理解，容易產生厭學情緒，甚至曠課，所以在教學時要注重學習興趣的培養，調動其學習積極性[2-3]。緒論作為一門課程的入門向導，是講授這門課程質量好壞的關鍵所在。教師講好緒論，可以使學生明確在工程力學中需要“學什么”、“為什么學”和“怎么學”，激發學生的求知欲。在講授緒論時最好能采用多媒體教學的方式，以工程實際、人們日常生活中遇到的力學問題為切入點來講解力學在實際應用情況。例如，比薩斜塔為何如此堅固而不倒塌？千斤頂為何能承受千斤的重量而不下落？為何食品包裝袋上存在一個小缺口？汽車輪胎表面為何會有許多凹凸不平的花紋？這些生活實例的引入很容易使學生產生對工程力學的濃厚興趣，促使他們努力學習工程力學知識去解決工程實際問題。與此同時，講授一些與工程力學有關的故事以及中國和世界的力學史實故事，例如趙州橋的設計、竹子的力學性質以及機械手與機器人的研制，進一步闡明工程力學的發展前景和重要性。

同時，在教學過程中教師應善于提出問題，使學生進入“生疑、質疑、解疑”的學習情境中，通過不斷深入的思考，最后解決問題。例如在講解力的平移定理時，可以引用學生在金工實習時采用絲錐攻絲的實例。鉗工在攻絲時為何要用兩手同時動作，而采用單手握住絲錐絞手一端進行攻絲則容易使絲錐折斷。與此同時，在課堂上講解一些學生難以理解的問題時，可以適當地引入演示實驗，激發學生解決難題的動力。比如，在講述鑄鐵一類材料的斷裂方式時，可以采用粉筆這樣的脆性材料來替代，通過手施加拉伸、彎曲、扭轉載荷，觀察粉筆在不同載荷類型的作用下的斷裂路徑，通過這樣的方式可以使學生更好地理解有關的斷裂理論。總之，使學生在愉快的心情下深入思考問題和不斷探索，從而保證教學的順利開展并達到預期的效果。

3 循序漸進地揭示力學理論

工程力學理論較為抽象，直接講述可能枯燥無味，如果結合生活實例循序漸進地進行解釋，教學效果會更好。例如，在講解平面任意力系的簡化時，可以采用陽臺（懸臂梁）的固定端處的約束反力來說明，通過力的平移定理和向固定端一點進行簡化可以解釋為何固定端的約束反力可以用兩個正交分力和一個力偶矩表示。再比如，在講述利用桿件彎矩、剪力和載荷集度之間的關系快速作出桿件內力圖的方法時，往往可以總結歸納出容易記憶的口訣來直接畫出。從左往右，在集中力作用處，剪力為上加下減，彎矩有尖角；在集中力偶作用處，剪力不變，彎矩為順加逆減。隨后教師有必要進一步解釋其來由，該口訣的基本原理實質上是對分段點（集中力或力偶作用處）左右兩部分分別建立平衡方程，再根據剪力和彎矩的正負號定義即可得到剪力和彎矩在分段點處的變化。通過這樣的講解，學生可以更好地理解口訣，而不容易產生混淆。

4 理論教學與工程實踐有機結合

長期以來工程力學教學側重于課程內容的講解，而忽視了工程力學的主要目的之一，即解決實際工程中的力學問題，因而難以培養學生的創新能力。所以，在教學過程中教師可以適當地加入相關的科研項目內容，實現二者的有機結合，不過這也要求教師具有深厚的力學知識和寬廣的知識體系結構，不斷提高自己的科研水平和積累工程經驗，利用自己的知識對學生的知識創新性進行引導和啟發。例如，在講述梁結構的應力狀態和強度理論時，可以將火電廠主蒸汽管線結構的應力分析項目帶到課堂中，闡述彈簧支吊架和剛性吊架等的調整對整體管系結構的應力狀態的影響。隨著計算機的高速發展，在科學和工程領域中涌現出越來越多的數值計算軟件如MATLAB[4]和有限元計算軟件如ANSYS，科研工作者和工程師們借助數值分析軟件可以完成大型復雜結構的應力分析計算，通過在課堂上介紹相關軟件及其項目研究，可以培養和提高學生學習計算機軟件解決實際工程力學問題的能力。

5 結束語

筆者結合教學過程中的經驗和感受對工程力學的教學方法做了幾點探討。工程力學是一門與實際工程技術緊密聯系的專業基礎性學科，概念和理論抽象，例題和習題大多對工程模型進行了簡化，導致在學習過程中學生難以產生濃厚的興趣，學生的創新和解決工程問題的能力難以得到有效的提高。因此，教師需要通過各種積極有效的教學方法，激發學生的學習興趣，增強其科學思維能力，特別是通過一定的實際工程項目研究的講解，提高學生的創新能力和解決實際工程問題的能力。

［1］范欽珊.工程力學[M].北京:清華大學出版社,2005.

［2］左建平,左明.談大學工程力學課程的教學思想[J].高教論壇,2010,4:18-21.

［3］趙玉成,喻梅.工程力學課程內容體系及教學改革研究[J].力學與實踐,2009,05:69-71.

［4］何結兵,顧愛軍,楚海建.Matlab在工程力學課程教學中的實踐[J].力學與實踐,2003,06:73-75.