關于《工程力學》課程教學改革的思考和探討

黃 芹

（廣東石油化工學院，廣東 茂名525000）

0 引言

《工程力學》課程是一門研究物體機械運動以及構件強度、剛度和穩定性的學科。 在機械工程、土木建筑、水利工程、石油化工等領域中得到廣泛的運用，也是上述專業在高校學習中的一門必修專業基礎課程。 《工程力學》課程的特點是理論性強，公式繁多，邏輯嚴密，對于訓練學生的邏輯推理思維和工程建模能力有著重要的影響力。

《工程力學》課程包含了理論力學（靜力學、動力學以及運動學）和材料力學兩部分，涉及的知識量非常大。隨著近年來各個學科的發展，學生所需涉獵的專業課程越來越多，而工程力學課程的學時數被大大壓縮。如何在有限的學時內，使學生即能掌握工程力學的基本知識，又能了解當前工程力學的最新發展；既能培養學生的邏輯思維，又能提高學生的綜合能力，成為工程力學教育工作者普遍關心的問題。 筆者結合本校實際，從教學內容、教學方法、教學手段等方面對《工程力學》課程教學改革進行思考與探討。

1 與工程技術相聯系，優化教學內容

本校《工程力學》課程主要在油氣儲運、工業工程、工業設計、機械工程等專業開設，在大學第三學期開課，是學生接觸的較早的一門專業基礎課。 這門課程普遍被學生認為枯燥、難學、難以提起學習的興趣。 然，“興趣”是人對事物產生好奇心得本質，離開了興趣，對任何事物就會停留在為“學習”而“學習”的層面上，難有突破。 因此想要吸引學生的注意力提起學習的興趣，就必須給其留有豐富且生動實用的印象。這種生動實用感從何而來？教師可以將生活實例引入課堂，例如在講解靜力學中力對軸之矩，可以利用教室的門來進行演示，當對門施予與門軸相互平行的力或是與門軸相交的力均不能使門產生轉動，唯有加載的力與門軸既不相交也不平行時，門方可產生繞軸轉動的運動效應。又如在講解扭轉概念時，單純的文字講解會比較抽象，可以舉一個類似的例子，例如人在洗臉的時候需要擰干毛巾，而給毛巾兩端施加力偶，使其產生的變形就是扭轉變形。對于不同專業，可以在課堂上引入一些與專業相關的工程實例。 例如對于油氣儲運專業，在講解彎曲變形問題是，可以引用臥式容器，在僅考慮其自重的情況下，是一個外伸梁的彎曲問題。

以此方式可以使學生們發現力學其實并不是沒用的，而是與生活和自身的專業是息息相關的，從而引起同學們學習《工程力學》課程的興趣。

2 靈活運用多種教學方式，培養學生的力學能力

2.1 活用多媒體技術，把CAE 軟件引入課堂

CAE（Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。 目前CAE 軟件在土木工程、機械行業、石油化工乃至航天航空航海等領域中被廣泛應用。

將CAE 軟件引入課堂中， 有助于學生對課程中力學概念和原理的理解，而不會因為單純的文字講述而覺得抽象，空洞，難以理解。 例如在材料力學主要研究的是構件在外力作用下的變形、 受力與失效，其中包括了構件的內部應力的變化， 此時就可以運用CAE 軟件 （如Abaqus 軟件）建模分析，在觀察物體外部受力的情況下，物體的變形及其內部的應力分布變化情況（圖1）。 而在講解圣維南原理和應力集中概念時候，同樣可以利用CAE 軟件來演示，由此可讓學生有更加直觀理性的認知。

另外，充分運用多媒體教學課件，在有聲有色的教學環境中，使得課堂內容豐富活躍。 多媒體技術，是利用計算機綜合處理文本、圖形、聲音、視頻等多種媒體數據，并集成一個交互性系統的技術。在講解如何利用摩擦角測定摩擦系數，構件強度、剛度、穩定性在工程中的重要性等都可以在課堂利用動畫形式進行演示，讓學生了解到理論與工程實際應用的有機結合。

圖1 桿件受力變形、應變圖

2.2 運用互動式教學，活躍課堂氣氛，提高學生學習興趣

常言道：一個巴掌拍不響。純粹的“填鴨式”教學，學生得不到學習的樂趣，且隨著課程時間的推移，學生會覺得漸漸感到膩煩，同時教師也會覺得疲憊。 如何扭轉這種局面，使得學生積極主動地加入到學習中去，成為課堂教學中的主體呢？采用互動式的教學方式，使得學生與教師在教學工程中，形成相互對話，相互交流，相互促進的教學模式，有助于活躍課堂的學習氣氛，增加學生的求知欲，從而提高教學質量。

在課堂教學中，教師可以提出一個實例問題，然后講解相關的理論知識，再與學生以討論的模式用理論知識解決實例問題。 接著在提出幾個相類似的問題，由學生課后自行分組討論解決。 也可由學生提出一些生活中常見的相似實例，應用學習到的理論知識和分析方法進行問題的解決。如此一來，即培養了學生靈活運用所學知識，訓練其獨立思考的能力，而這也是學生對知識的一次理解、復習、鞏固的過程。從中教師也可以看到學生對知識點的接受程度，及時調整教學進度以及教學方法，從而促進教師教學質量的提高。

除此以外，互動式教學模式還可以是角色互換方式。 在適當的時候，學生與教師的角色可以對調一下。 例如，提出一個實例，讓學生在課后以小組為單位進行討論，然后在課堂上，由小組推選一位代表對實例問題進行講解，學生在體會一次備課到上課的過程，通過相互的討論、交流，使得其對所學知識進一步鞏固的過程；且從中教師也可以發現教學上的問題，以及得到一些教學方式上的啟發。

2.3 重視與實驗教學相結合

工程力學實驗教學是工程力學教學中一個重要環節。在實驗過程中可以培養學生的動手能力，創新能力和探索能力，能提高學生的工程素質。 但現在的實驗教學基本是一個驗證性實驗的過程。 學生依靠教師的詳細講解、演示后，根據實驗指導書上的內容，逐步的完成實驗、記錄數據，在此過程中，學生基本不需要思考和疑問，只是為了做實驗而做實驗，而忽略了實驗思維和動手能力的培養。因此，每每一到實驗課，學生基本也就敷衍了事。

要使實驗課得到學生的重視， 在于如何把實驗與實際相結合，提起學生的興趣， 讓學生感受到學習的理論知識普遍應用在自己的身邊。 可組織學生觀看《力學在工程（土木、機械、水利、航空等）中的應用》的視頻，了解力學理論知識在工程的應用與創新，不僅使學生了解工程力學學科的研究范圍，也使得學生看到了力學與工程結合的一些前沿問題。

另一方面，在學生對理論知識有了一定的掌握，可通過工程力學實驗教學網頁，對了解實驗的原理和目的，通過動畫演示且熟悉實驗設備的操作，再進行實際實驗操作。且可以定期開放實驗室，由學生選擇感興趣的課題，根據所學理論知識自行設計實驗方案，擬定實驗步驟，利用實驗室設備完成實驗。 例如：“用電測法則測定彎扭組合變形的主應力和內力”實驗，讓學生設計具體的實驗方案，如何實現主應力和內力的測定，定出實驗步驟，然后利用實驗室所提供的實驗設備和儀器，進行實驗步驟和方案的驗證，經過檢驗、較誤、調整后得到所需要的實驗數據，最后進行數據的綜合分析。在這整個過程中，即培養了學生的動手能力，也加深了學生對理論知識的深刻理解和體會，同時也獲得了一種成就感，品嘗到科學探索的樂趣，也增強了學生對實驗課程的興趣。

2.4 合理利用習題課的時間，培養學生的力學思維能力

對于工科類課程來說，在學習的過程中必然需要配上一些習題以訓練學生的分析問題，解決問題的能力，對《工程力學》課程也不例外。然而，要解得題目所求，則需對題目的已知條件進行分析，接著對大腦中所學過的知識點進行檢索過濾，從而找到最合適的解決方法。 這一過程恰恰就是對知識的一次歸納、整理和分析。教師在選擇習題時，精選典型的例題進行講解，指出學生在分析思考是容易出錯或者出錯的細節部分。 在這個過程中，鼓勵學生多發問，多思考，多發表個人的看法，有助于學生建立起清晰的解決問題的思路，助長其創新思維的逐步成長。

3 結束語

總而言之，工程力學課程是一門應用性廣泛的學科。 在教學過程中，因材施教，靈活多變的教學方式，與實際工程的相結合，激發學生的學習興趣，使得學生能夠理解所學知識。 使其由被動的地位轉換成主動學習的角色。通過互動教學模式，實驗教學的相結合，培養學生的發現問題，提出問題，分析問題和解決問題的能力，使其運用在課堂得到的力學知識能夠學以致用，實現理論與實踐詳解，提高學生的邏輯思維和創新能力，從而提高學生的綜合素質，有助于學生日后的專業課程學習，以及工作能力的培養。

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