力學課程中工程案例教學的探索與實踐

孟凡深

摘 要 本文認為工程案例教學為力學課程賦予一定的工程背景，使學生在對工程實際問題進行分析的過程中掌握相關的力學理論，培養了學生的工程意識和工程素質。學生的主動性和積極性都得到了極大發揮。提升了學生的創新意識和工程實踐能力，。

關鍵詞 力學課程教學 工程案例 探索與實踐

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Exploration and Practice in Engineering Case

Teaching in Mechanics Course

MENG Fanshen

（Department of Civil Engineering， Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract This paper argues that Case teaching is given a certain mechanical engineering background courses， so that students master the mechanics associated with real problems in the process of engineering analysis， and develop a sense of engineering students and engineering quality. Initiative and enthusiasm of the students have been a great play. Enhance students' awareness of innovation and engineering practice ability.

Key words mechanics course teaching； engineering case； exploration and practice

0 引言

力學課程是工科專業重要的專業基礎課，是理論與實踐緊密聯系、基本概念與實際計算并重的課程；是學習后續專業課的基礎，為后續專業課程的學習和解決工程實際問題提供基本理論和方法；對培養學生的工程素質和處理工程問題的能力有不可替代的作用。

力學課程和工程應用、工程設計與分析有著緊密的聯系，工程實踐是力學的源泉和歸宿。力學課程理論概念多，公式推導繁瑣，有著自身的規律；學生學習過程中覺得力學的理論和方法與實際工程聯系不上，高深莫測，容易出現畏學情緒；教學中，出現照本選課，過于關注理論知識向學生的灌輸，以教材為唯一依據，從概念到概念，理論教學與工程實相脫節，忽視了學生應用能力的培養，也是造成難以提高教學質量的原因。對于沒有工程實踐經驗的學習，很難將力學課程的內容與工程和生產實際聯系起來，遇到實際的工程問題，就會感到無從下手。如何理論聯系實際，在教學中引入工程案例教學成為力學課程教學過程的一個必經之路。

本文認為，在力學課程教學中，采用工程案例教學，可以激發學生的學習熱情，加深學生對力學基本概念、基本方法的理解和掌握，可以提高學生的工程素質和力學素質，加強學生創新能力的培養。

1 工程案例教學的基本要求

力學課程中的工程案例教學是選取有針對性的工程案例，在課堂上以講解工程案例入手，通過對典型工程案例的展示，引導學生積極參與分析、討論和總結，提煉出所學部分的力學理念以及用所學力學理論解決工程問題的方法；讓學生在具體的問題情境中積極思考、主動探索，深化對相關理論知識和對科學知識的系統掌握，從而培養學生的綜合能力的一種教學方法。與傳統的教學方法比，工程案例教學不僅是一種有效的教學方法，更體現了全新的現代教學理念。工程案例教學法體現了“以生為本”的教育理念。在傳統的力學基礎課教學中，教師占絕對的主導地位，學生個性得不到充分發揮。工程案例教學是一種啟發式教學，他的出發點和歸宿是充分調動學生的積極性。實施工程案例教學，可以充分發揮教師的主導性和學生的主動性，有利于學生掌握抽象的力學概念和原理，并能靈活運用，達到理想的教學效果。

例如，可以隨手指指門角和窗角的裂紋，讓學生們分析一下是什么原因造成的？問為什么會發生在這些部位？經過簡單的思考后接著介紹應力集中的概念，學生們很快能抓住應力集中的本質。之后，可將問題引申到脆性材料和塑性材料對應力集中的不同反應上，并對其進行理論的闡述。這種與工程實踐相結合的授課方式，像講故事一樣，又輕松又有趣，學生們不僅掌握了基礎理論知識，同時對理論知識的工程背景有了一定的認識，這對培養學生的工程實踐能力非常有益。

2 力學課程實施工程案例教學的實踐

2.1 轉變力學課程教育理念

工科大學生畢業后要直接面對工程問題，尤其是應用型大學的絕大多數畢業生要在技術一線從事具體的技術工作。教育首先要考慮他們對工程素質的迫切需求。在教學中，需要對傳統的力學基礎課程教學進行改革。在保證大綱教學任務的前提下，根據后續專業的需求，及時調整教學內容，凸顯工程案例教學在教學中的份量。可以豐富課堂教學，激發學生主動學習的熱情，為后續專業課打下堅實的力學基礎。

2.2 日益發展的科學技術是力學課程工程案例教學的源泉

科學技術的發展，尤其是新材料、新技術的出現，為工程案例教學提供著源源不斷的素材。如航天航空技術的發展，帶來了如梯度材料等一大批新材料的出現。在力學、生命與人類健康的關系方面，引入鮮為人知的近代力學研究生命科學的分支。如心腦血管疾病與血液動力學等，應用應力與生長定律回答了太空中生物為什么長不大的原因；從力學角度看，骨骼是自然界中最輕巧的超強結構；從生物力學角度研究延長生命的人工器官，如人工心臟瓣膜、人工關節、人工肺、人工腎等；以及中國傳統醫學中的力學應用：脈象、推拿、針灸、經絡等等。

在人類生存環境與力學關系方面，從1998年我國長江抗洪救災說起，分析長江堤壩潰決的宏觀流體動力學原理，介紹導致九江大堤潰決的管涌的力學成因及對堤防的嚴重危害；類似的還有阿斯旺大壩的悲劇、三門峽水庫的教訓與長江三峽大壩等大型水利工程。通過近年來頻頻發生的沙塵暴、空氣污染實例，解釋其中的氣象動力學原理。在洪水的堵與泄、南水北調工程，臺風、地震、海嘯等的預報與預防方面講解應用的力學方法和原理。以及通過結合近年來自然災害頻發的現象，促使了“災害力學”的產生等等這些與生活、生產實際緊密結合的工程案例的分析，能夠激發學生的求知欲和社會責任感。

2.3 更新力學課程的教學內容，運用現代化教學手段

工程案例選擇要充分考慮所選工程案例具有一定的工程背景，最好是讓學生看得見，摸得著，想得到的工程案例。也可以選一些重大的工程，及發展前沿的工程。工程案例要有典型性，即所選案應具有代表性。教學案例是為教學服務的，案例的選擇須能充分體現力學課程的理論知識。要適當選取工程案例，即所案例要難易適中。案例太簡單，容易得出答案，難以激發學生的學習興趣。案例太難會超出學生的知識水平和理解力，學生難以入手進行分析，會挫傷學生的積極性。所選案例應與學生的專業相關聯，達到力學課程教學為學生專業知識學習服務的目的。案例選擇好后首先確定案例的核心理念，即通過案例教使學生掌握哪些力學理論知識，要培養學生哪方面的能力。圍繞案例的核心理念，由淺入深地設計一系列的問題，引導學生去思考，從而掌握相關的力學理論知識。

由于課時限制，不可能在工程現場進行教學，但可在課前精心制作與授課內容相關的具體工程實例課件。這些圖、文資料色彩鮮艷，清晰生動，能夠有效地補充一些與工程實踐有關的知識或背景材料，不僅開闊學生的眼界，而且能提高學生的工程實踐能力。在講解時不能面面俱到，要分清重點，講明白為止。

2.4 力學課程教師要提高自身的工程素質

力學課程中的工程案例教學對教師提出了更高的要求。教師要有效地使用這種方法，就必須提高自身的工程素質，對所選工程案例有著深刻的力學理解。就要深入到工程實際中，鉆研技術，開展科學研究。對一些重大工程，特別對近年來發生的有重大影響的事件中的力學現象，教師要能清楚其中蘊含的力學原理。例如在學習懸臂梁的彎矩時，結合媒體報道的一例工程事故。一民用住宅樓的陽臺墜落，連續將其下面的若干層樓的陽臺剃掉，梁與墻在連接處配筋不足是導致事故的根本原因。教師要清楚目的是講內力，彎矩的薄弱點，還要清楚梁的配筋要求。通過分析該工程事故，學生們不僅理解了彎矩最大的固定端截面是危險截面，而且明白了這種結構可能發生的破壞形式。以此充分激發學生的求知興趣。

教師要具有高度的社會責任感。在授課過程中，結合力學的授課內容，有意識地對一些重大工程事故進行力學分析，可以增強學生對社會的責任感。如在講授剪切的概念時，就以滑坡這種地質災害為例，說明剪切變形的實質。并指出上海的倒樓事故，實際上由于沒有科學施工導致的人為滑坡引起的。通過分析工程事故背后的力學原理，告誡學生們一方面要學科學、懂科學，另一方面更要明白自己所肩負的社會責任。

3 結語

力學課程的工程案例教學是一項長期、艱苦的工作，我們雖然進行了初步的探索，也在教學實踐中取得了一定的效果，但還需要在理論上不斷挖掘，在實踐中不斷完善，尤其在工程案例的選擇與積累方面需要花大力氣，使之更理論化、系統化，操作性更強，在提高教學效果和素質教育方面發揮更大的作用。工程案例教學將力學理論賦予一定的工程背景，使學生在對工程實際問題進行分析的過程中掌握相關的力學理論，培養了學生的工程意識和工程素質，提高了學生建立力學模型解決實際工程問題的能力，學生的主動性和積極性都得到了極大發揮。提升學生的思想道德素質和工程實踐能力，使力學基礎課教學真正做到為專業服務，培養具有理論基礎知識扎實且工程實踐能力強的應用型人才，以滿足社會需求。

參考文獻

[1] 楊衛.案例式教學：固體力學的前沿應用[J].力學課程報告論壇，2007：3-5.

[2] 王瑾.工程力學課程新型教學法的探索與實踐[J].力學課程報告論壇，2009：164-166.

[3] 趙國剛.實施特色發展戰略著力提升辦學質量[J].中國高等教育，2012（18）：57-59.

[4] 王珂晟，薛春芳.工程力學課程育人功能的發掘與探索[J].力學與實踐，2010.32（1）.

[5] 方德平.《材料力學》教學中的幾個實例[J].力學與實踐，1996.18（5）：61.