工科力學(xué)系列課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

尹長城 郝琪

【摘要】本文分析了我國力學(xué)系列課程的突出問題，分別從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)工程素質(zhì)、理論實(shí)踐并重三方面對(duì)力學(xué)系列課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)組合和優(yōu)化，收到了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】力學(xué)系列課程 教學(xué)改革 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)

【中圖分類號(hào)】O3-4；G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）14-0042-02

我國力學(xué)系列課程遇到許多矛盾，一是采用前蘇聯(lián)的教學(xué)模式，部分教學(xué)內(nèi)容陳舊落后。缺乏現(xiàn)代力學(xué)的思想，各學(xué)科之間交叉、滲透、綜合對(duì)力學(xué)課程形成強(qiáng)烈的沖擊，新的科學(xué)前沿理論與部分老化的教學(xué)內(nèi)容矛盾比較突出。二是力學(xué)單門課程內(nèi)容比較成熟穩(wěn)定，過分強(qiáng)調(diào)單門課程的系統(tǒng)性和嚴(yán)密性。各門課程各自為政，老死不相往來，造成力學(xué)課程與專業(yè)課程相互脫節(jié)。三是學(xué)時(shí)數(shù)減少但素質(zhì)教育要求提高，培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)日益得到重視，缺乏對(duì)學(xué)生從實(shí)際結(jié)構(gòu)向力學(xué)模型轉(zhuǎn)化能力的培養(yǎng)。四是計(jì)算機(jī)科學(xué)與力學(xué)的結(jié)合為力學(xué)學(xué)科提出了跨學(xué)科人才培養(yǎng)的需求。五是學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^弱，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，缺乏現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

綜上所述，力學(xué)系列課程正面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，必須改革和發(fā)展以滿足新世紀(jì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求。結(jié)合我校自身的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)力學(xué)系列課程進(jìn)行整體優(yōu)化，規(guī)劃系列內(nèi)各門課程的任務(wù)、學(xué)時(shí)和要求，減少重復(fù)，加強(qiáng)互相銜接。

1、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

以現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)為主線，兼顧學(xué)科內(nèi)在邏輯聯(lián)系，調(diào)整并局部更新教學(xué)內(nèi)容。主要研究普通物理、理論力學(xué)、機(jī)械原理、汽車?yán)碚摗⒉牧狭W(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、有限元基礎(chǔ)與應(yīng)用、CAE應(yīng)用技術(shù)；涉及九門課程的教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)打破單個(gè)學(xué)科的嚴(yán)格界限，分別從克服重復(fù)環(huán)節(jié)、重視學(xué)科交叉、刪除陳舊內(nèi)容三方面對(duì)力學(xué)系列課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)組合和優(yōu)化。

1）克服重復(fù)環(huán)節(jié)

深入分析各門課程的教學(xué)內(nèi)容，吸取國內(nèi)外有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，重視重復(fù)脫節(jié)帶來的問題，采用果斷措施加以解決，對(duì)于同一類教學(xué)內(nèi)容或采用合并或在力學(xué)教學(xué)中只簡單復(fù)習(xí)不再深入討論。例如：重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)在普通物理中都有詳細(xì)的介紹，在理論力學(xué)教學(xué)中可不進(jìn)行理論推導(dǎo)，只講要點(diǎn)來加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解。

2）重視學(xué)科交叉

力學(xué)課程之間、力學(xué)課程與后續(xù)專業(yè)課程，不應(yīng)當(dāng)是相互隔離、老死不相往來的。需要理順力學(xué)課程和后續(xù)課程的關(guān)系，確定后續(xù)課程的知識(shí)點(diǎn)和基本要求對(duì)力學(xué)課程哪些基本理論提出了更高的要求，在此基礎(chǔ)上，理清各門課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，并以此優(yōu)化力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，使力學(xué)課程的主要理論要盡量與后續(xù)課接軌。

3）刪除陳舊內(nèi)容

新的科學(xué)前沿理論與老化了的教學(xué)內(nèi)容矛盾比較沖突。迫使我們不得不提高工科力學(xué)課程的起點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)不斷地新陳代謝。對(duì)于力學(xué)學(xué)科陳舊的內(nèi)容需要?jiǎng)h除或削減，而對(duì)于一些現(xiàn)代先進(jìn)的科技成果和學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)需要適當(dāng)?shù)脑黾踊蚣訌?qiáng)。譬如理論力學(xué)的三力匯交，力學(xué)分析的圖解法，材料力學(xué)的應(yīng)力圓等，這些內(nèi)容已經(jīng)成為作古的技術(shù)，只做概念介紹。對(duì)于現(xiàn)代先進(jìn)的科技成果和學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)需要適當(dāng)?shù)脑黾踊蚣訌?qiáng)。例如：汽車NVH；汽車碰撞；疲勞；混沌；復(fù)合材料；各種優(yōu)化技術(shù)；非線性等概念可在力學(xué)教學(xué)中提及并加強(qiáng)概念。

2、加強(qiáng)工程素質(zhì)

力學(xué)課程的例題大多為滿足假定條件的理想力學(xué)模型，很少引入對(duì)工程背景的介紹，體現(xiàn)不出專業(yè)特色，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏工程目標(biāo)，難以理解學(xué)習(xí)的目的和意義。不利于對(duì)學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。力學(xué)系列課程要為專業(yè)課和工程實(shí)踐服務(wù)，對(duì)本科生必須強(qiáng)化工程意識(shí)，通過調(diào)研專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容，從專業(yè)課中選取典型實(shí)例作為力學(xué)教學(xué)案例，通過力學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行分析，目的是加強(qiáng)學(xué)生從工程實(shí)際選取力學(xué)模型的能力，從工程實(shí)際層面上提高教學(xué)內(nèi)容的深度。

3、理論實(shí)踐并重

我校力學(xué)部承擔(dān)的教學(xué)環(huán)節(jié)可分為三個(gè)層次，第一層次為理論力學(xué)和材料力學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)課程，第二層次為有限元基礎(chǔ)與應(yīng)用和CAE應(yīng)用技術(shù)力學(xué)仿真類課程，第三層次為汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。將上述各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化重組，建立理論和實(shí)踐教學(xué)兩線并舉、二元一體的力學(xué)系列課程教學(xué)體系。該體系通過理論和實(shí)踐兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)將力學(xué)系列課程相互滲透，并與專業(yè)教學(xué)有機(jī)銜接。

（1）理論教學(xué)中，注重加強(qiáng)基本概念、基本公式、基本解法的訓(xùn)練。

（2）理論教學(xué)中，注重學(xué)生的理論分析、數(shù)值仿真、實(shí)體實(shí)驗(yàn)三方面的知識(shí)和能力的培養(yǎng)。理論力學(xué)教學(xué)中引入MATLAB軟件求解非線性微分方程、引入ADAMS軟件求解運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題；材料力學(xué)教學(xué)中引入有限元軟件求解基本變形等問題。而且鼓勵(lì)學(xué)生在課外設(shè)計(jì)一些力學(xué)實(shí)驗(yàn)。如：省力機(jī)構(gòu)；空降雞蛋裝置；壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)裝置等等。第五學(xué)期的“有限元法基礎(chǔ)與應(yīng)用”的理論教學(xué)完成后，采取自愿報(bào)名方式成立CAE課外學(xué)習(xí)小組，在第六學(xué)期進(jìn)行培養(yǎng)。設(shè)置專門的培訓(xùn)方案和內(nèi)容，內(nèi)容不但包括數(shù)值仿真方面的訓(xùn)練，還對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析和應(yīng)變測試進(jìn)行培訓(xùn)。

（3）在實(shí)踐教學(xué)過程中，重視理論的定量分析和定性分析。在汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在任務(wù)中增加定量和定性分析。例如課程設(shè)計(jì)中板簧、車架縱梁的靜力有限元分析可以利用材料力學(xué)公式進(jìn)行預(yù)估理論解。畢業(yè)設(shè)計(jì)座椅動(dòng)態(tài)舒適性的振動(dòng)研究中，簡化成單自由度的垂直振動(dòng)并進(jìn)行理論計(jì)算。 通過手算加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握及更好的整體把握課題。有些問題沒有理論解，可將模型進(jìn)行較大簡化，盡管精度受影響，但能驗(yàn)證仿真模型建立是否正確。再者注重培養(yǎng)學(xué)生定性分析的能力，在進(jìn)行有限元分析時(shí)，要求學(xué)生能預(yù)先判斷構(gòu)件如何變形？應(yīng)力水平高會(huì)出現(xiàn)在哪里？沿厚度方向網(wǎng)格密度應(yīng)為多少？網(wǎng)格哪里應(yīng)加密？等等問題。

通過3年的教學(xué)實(shí)踐，理順了力學(xué)系列課程的教學(xué)內(nèi)容，使力學(xué)課程和專業(yè)課程形成一個(gè)有機(jī)的整體，相互之間溝通和聯(lián)系，真正做到夯實(shí)力學(xué)教學(xué)基礎(chǔ)，強(qiáng)化學(xué)生工程意識(shí)。力學(xué)系列課程的教學(xué)改革不但為力學(xué)精品課程和力學(xué)教材的建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)生的工程素質(zhì)、力學(xué)素質(zhì)也得到明顯提高，深受用人單位的歡迎。

我們需要進(jìn)行深刻的總結(jié)和思考，不斷的改進(jìn)和完善，提高我們的教學(xué)能力，使力學(xué)系列課程的教學(xué)改革邁上一個(gè)新的臺(tái)階。