基于啟發式教學的工程力學教學改革研究

李秀榮（宿遷學院，江蘇 宿遷　223800）

基于啟發式教學的工程力學教學改革研究

李秀榮
（宿遷學院，江蘇 宿遷223800）

基于啟發式教學理念，圍繞提高學生的學習興趣與實踐應用能力為目標，通過改進教學體系、教學方法以及考核方式等途徑，調動學生學習興趣與參與性，進而提高工程力學教學質量，培養學生分析與解決實踐問題的能力。

工程力學；教學體系；考核方式；應用能力

0　引言

工程力學是工科專業一門重要的技術基礎課，它具有與工程實際問題聯系緊密，實用性強等特點［1］。工程力學不僅能為學生學習后續專業課打下良好的基礎，更能培養學生利用力學知識來分析和解決實際問題的能力［2］。工程力學課程包括靜力學和材料力學，通過靜力學教學，使學生理解靜力學基本概念和物體的受力分析，掌握各種類型力系的受力與平衡的研究方法與規律［3］。材料力學主要研究構件在外力作用下的變形與失效（破壞）規律，通過教學，使學生掌握材料力學的基本概念和理論，能夠求解在受力后變形體的強度、剛度和穩定性等問題。

但是，工程力學課程存在概念與定理、公式等教學內容多、課時少，邏輯性強，教學要求不斷提高的困難［4］。教師為了跟進教學進度須用多媒體進行輔助教學，這種教學形式在給教學注入新的活力的同時，負面影響也逐漸凸顯出來，短時間內學習太多內容容易造成學生對知識消化不良，教學效果不佳。

針對課程性質與學生特點，以培養學生學習興趣和增強學生的工程應用能力為目標，積極探索新的教學方法成為教師迫在眉睫的研究任務。工程力學教學改革可以從優化教學教材結構體系、改進教學方法來激發學生學習興趣以及改善考核環節等幾個方面入手，進行教學改革與實踐。

1　優化教學內容，改進教學結構體系

材料力學以往教材編排總是以四種基本變形為主線，這種結構體系如圖1所示。教師采用這種教材時，教學思路就習慣性形成思維定勢進行講解，這種知識結構存在章節內在關聯較少、相對獨立，重復講解、浪費學時等弊端。材料力學應被提倡的教學知識體系應該是以內力、強度、剛度為主線的力學知識結構體系，具體

圖1以四種基本變形為主線的結構體系

Fig.1 Structural system based on four fundamental distortions形式如圖2所示。它具有結構緊湊、知識點自然銜接，避免相同概念被重復講解以及節約教學時間等諸多優點，通過應力概念講解四種基本變形，可以讓學生從相似概念的對比中尋找到共同的聯系、規律與區別，更容易被學生所接受。

圖2　以內力、應力、強度為主線的結構體系Fig.2 Structural system based on internal forces，stress and intensity

2　實行啟發式教學，激發學生學習興趣

啟發式教學成功的關鍵就是看教師能否適當、合理地創設具有一定難度的問題情景。所謂創設問題情境，就是指教師在教學環節巧妙地提出一些難度適中的問題來活躍學生的思維，激發學生的學習興趣，從而誘導學生的求知欲望和學習動機，達到提高學習效率和教學質量的目的。

2.1創設多種問題情境，激發學生學習興趣

興趣是最好的老師，問題情境的創設要做到因材施教，以激發學生的學習興趣［5］。由于新舊知識的不同特點，一般來說，學生對新知識感興趣，理解比較困難；但對舊知識比較熟悉。因此教師在引入新知識時，應在新舊知識的連接處設置問題情境，使學生對新知識產生學習興趣。這樣不僅復習鞏固舊知識，也學生更易理解與掌握新知識。例如在講授靜力學部分的平面任意力系時，問：①平面匯交力系的知識怎么求解？答：分別向橫坐標和縱坐標做投影，即：ΣFx=0，ΣFy=0；②平面力偶系的合力矩等于零，即：ΣM=0；那么平面任意力系這章就是通過力線平移定理將平面任意力系轉換為平面匯交力系和平面力偶系的知識然后進行求解。

2.2加強實驗教學，激發學生學習興趣

工程力學主要以理論分析與計算為主，理論往往是在簡化與假設的基礎上得到的。理論結果正確與否，是否符合實際情況，也需要通過實驗來驗證。因此，加強實驗教學是激發學生學習興趣、提高教學效率的必要環節。軸向拉壓變形章節中，先后對桿件橫截面與斜截面上的應力進行講解，學生只是機械的記憶公式。通過力學的拉、壓實驗時，以鑄鐵等脆性材料為例，當受拉伸時，試件沿橫截面斷裂；而受壓縮時，卻在45°的斜截面出現裂縫，從而斷裂。這就啟發學生思考，為什么同種材料會產生兩種截然不同的結果？從而大大激發學生的求知欲與學習興趣，同時也加深學生對課本知識的理解，脆性材料是因最大拉應力被拉斷，卻是因最大切應力被剪切破壞。圖3為BZ8001多功能實驗臺，通過這個實驗臺可以測出純彎曲變形以及彎扭組合情況下橫截面上的各測點的應力分布數據。

圖3　BZ8001多功能實驗臺Fig.3 BZ8001Multifunctional Bench

2.3滲透工程實踐聯系，培養學生工程應用能力

工程力學中概念的引入和很多例題的原型都來源于工程實踐，一些力學模型都是從工程實際中概括出來的，具有明確的工程實踐背景［6］。但實際情況是，學生缺乏將書本知識還原為工程實際的能力，從而也就不能從工程問題中抽象出力學模型，導致不能將所學應用于實際。這主要應歸咎于我們的教學模式。長期以來，工程力學課程教學模式主要以傳授知識為主，把對概念的理解和公式的運用作為教學重點，忽視了課程與工程實踐的聯系，導致學生只是被動地接受課本內容，沒有形成解決實際工程問題的能力。

例如在講解彎曲變形這一章內容時，就可結合工廠里常見的起重機大梁為例，如圖4所示，梁長L=10m，單位長度的重量為38kg/m，起吊重物的重量為100kN，試求起重機大梁的計算簡圖。這個時候我們就把起重機大梁簡化為一根等截面直桿，將其自重簡化為沿長度方向的均布載荷q，起吊重物簡化為作用于固定點的集中力，這樣就把工程問題簡化為力學模型，這是一個可逆的過程，培養學生的力學邏輯與思維，提高學生分析與解決實際問題的能力。

因此，工程力學課程教學中應加強學生的逆向思維培養與創新思維訓練，教師應利用課余以及寒暑假時間深入企業，將總結的實踐經驗、掌握的新知識、新技術滲透到課堂教學中去，使學生能運用工程問題的思維方式分析和求解問題，充分培養學生的創新意識與工程能力。

圖4　起重機大梁實例與力學模型Fig.4 Examples of the crane girder and mechanical model

3　注重考核、評價環節的結構調整

工程力學傳統的考核方式以期末考試為主，以平時成績為輔，其中期末考試成績起著決定作用。這種考核方式弊端明顯，期末考試的內容太多，學生復習很難全面，導致這門課程的掛科率居高不下。基于這種情況，我們改革了工程力學考核方式，將考試分為期中和期末兩次進行，并且各占20%與40%。調整的整體考核形式及相關比重如表1所示。

期中考試只包含靜力學部分的內容，學生進行階段性的復習、考試，內容少，學生比較能很好掌握，又為后續知識打下堅實基礎；期末考試只考材料力學，這樣通過分次考試，不僅效果好，而且減輕學生負擔。其余25%以平時成績為主，15%以綜合性大作業為主。

表1　工程力學考核形式、內容與比重Tab.1 Engineering mechanics assessment form，content and proportion

大作業以算機軟件分析的形式進行，在教授內力與應力以及變形之后，我們給學生一些基于工程實踐的綜合應用實例，讓學生分組討論自己簡化、抽象出力學模型，然后利用有限元仿分析軟件ANSYS，建立三維有限元模型，通過對物體施加約束，外力等，從而快速、直觀的分析、顯示出構件不同位置的變形、應力、應變情況。這樣不僅激發學生學習的興趣，加深對理論知識的掌握和理解，又使學生掌握一些軟件技能，更適應以后企業的需求。

4　總結

如何提高學生的主觀能動性，讓學生能積極主動地投入到工程力學的課堂學習中，一直是教師教學努力的目標與方向。在 《工程力學》的教學改革中，要充分把力學知識與生產實踐相結合，培養學生從工程實踐簡化為力學模型的能力，改進考核方式，擯棄以往單一的期末考試形式，達到提高學生的學習興趣與工程應用能力。

［1］段潔利，盧玉華，嚴慕容.工程力學教學方法的創新探索與實踐［J］.中國現代教育裝備，2011，7．

［2］夏平，陳莘莘，康穎安.基于“卓越工程師”培養的工程力學教學改革研究［J］.湖南工程學院學報（社會科學版），2012，4.

［3］劉靜，周曉玲，汪中厚.淺談工程力學教學中實踐與創新能力的培養［J］.上海理工大學學報（社會科學版），2013，2.

［4］劉新柱，王冬，潘佳卉.基于創新能力培養目標的工程力學教學改革與實踐［J］.黑龍江教育：高教研究與評估，2014，1.

［5］韋秀紅.如何創設問題情境—激發學生學習興趣［J］.現代教育教學探索：學術交流會論文集，2014.

［6］孫峰，薛世峰.在工程力學課程教學中培養學生的創新意識與工程能力［J］.教育探索，2014，8.

Research of Engineering Mechanics Teaching Based on Heuristic Teaching

LI Xiu-Rong
（Suqian College，Suqian Jiangsu 223800，China）

Based on heuristic teaching philosophy，the goal is to improve the students interest and practical application capacities.Improving teaching system，teaching methods and assessment methods are main ways.By this，students'interest and participation are mobilized.Thus，the quality of teaching engineering mechanics and capabilities of students analyze and solve engineering practical problems are both improved.

engineering mechanics；teaching system；assessment methods；application capabilities

G420

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.051

1002-6673（2015）05-138-03

2015-06-19

李秀榮（1986-），女，碩士，助教。研究方向：機械設計。已發表論文四篇。