《工程力學》教學方法改革探討

王娟+廖宇蘭

摘要：本文通過對《工程力學》課程的知識體系加以分析，探討提高該門課程的教學方法。主要通過利用多媒體技術、教學方法改革如“雙力矢”代替扭矩的方法、考核辦法改革及與相關課程的融會貫通，將各門學科綜合起來提高學生的學習興趣，培養其思維創新能力，鼓勵學生解決工程實踐問題。

關鍵詞：工程力學；教學方法；工程實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0103-02

近年來，高校對本科生的教學大綱進行了大幅度的調整，以我校機電工程學院為例，機械電子專業、車輛工程專業和交通運輸專業將《理論力學》和《材料力學》課程整合成《工程力學》一門課，整合后的課程既要對原來的課程進行優化還要滿足學生專業要求。課程優化后主要包括靜力學和材料力學大部分內容。靜力學主要要求學生掌握物體的受力分析，掌握各種約束的性質，重點掌握平面力系的簡化、平面匯交力系、平行力系、力偶系等的平衡方程，解決一般的工程力學模型問題。利用平面力系的相關知識對空間力系加以分析，掌握簡單及復雜的靜定力學問題的解決方法，為后續工程力學中關于研究構件在載荷作用下的變形規重視課程與學生專業的結合。在壓桿穩定、組合變形時重點突出圓形截面和常用的工字形截面，材料運用也多以各種鋼及鑄鐵為主，引導學生重視實驗研究及新材料的應用對力學研究的重要影響。除此之外，教師可將目前國際上出現的各種新材料、新工藝方法、新的加工技術等帶到課堂中，重點鍛煉學生的思維創新及思考能力。

一、課堂教學方法的改革

（一）多媒體在《工程力學》中的應用

隨著計算機的發展，多媒體教學在課堂上發揮著不可或缺的作用，如何使多媒體教學更好的服務于《工程力學》教學呢？可以從以下兩個方面重視和加強多媒體的作用。

1.將工程實際的力學模型運用多媒體進行虛擬仿真。力學中的很多約束模型簡化后的約束力方向學生會覺得難以理解，可以借助多媒體將約束模型在實際中的約束方式進行動畫仿真并配以鮮艷的顏色和動畫，學生可以獲得最直觀的經驗和體會，幫助其理解約束在工程結構中的作用。對于復雜組合變形及空間受力分析進行多角度多媒體分析可以避免學生憑空想象，主觀臆斷，同時在放映相關知識時還可以預留一些問題，鼓勵學生進行積極思考，開拓思維，積極主動地發掘新問題。

2.代替傳統黑板繪制力學圖形。在工程力學中需要學生重點掌握軸力圖形、扭矩圖形、剪力彎矩圖形等，在繪制過程中如彎矩圖與剪力圖有積分關系，傳統黑板教學速度慢、精度低。多媒體技術可以方便快捷對圖形進行處理，在講解具體例題時，可以對例題進行分步分析，在講解期間可以隨時停留便于及時發現學生的問題并及時講解。多媒體放映壓桿失穩的臨界狀態，幫助學生理解壓桿失穩的概念，確定歐拉公式的使用條件及其意義。此外，教師在講到一些名人公式時，可以將人物典故在確定這些公式時的典故講述給學生，增強學生的學習興趣。

二、課堂教學方法和手段改革

傳統上認為一個老師授課是否良好依據的判斷都是老師表演得如何，講述得內容是否細致，對例題是否都做了詳盡的講解。如此一來，學生只是被動地接收而已，也就是傳統上說的“填鴨式”，不利于學生對實際問題進行分析，使學生的創新能力受到限制。除了上述的多媒體教學外，還可以充分發揮學生的計算機能力，讓學生上機練習，如編制程序尋找截面核心等，學生可以將兩門課程有機結合起來。在教學方法上可對力學圖形的繪制總結更適合學生理解的一些方法。比如在扭矩圖的繪制過程中引入了“雙力矢”概念，因為扭矩圖的繪制要判斷扭矩的正負，而“雙力矢”的引入可以使得扭矩類似于軸力圖進行“遇左向上，遇右向下”直接繪圖，如下頁圖1所示：可將Me扭矩轉換成如圖所示的“雙力矢”，“雙力矢”方向由右手法則確定。這樣繪制扭矩圖就可以直接類似與軸力圖。此外還應重視討論課、習題課在課程中的重要作用。在習題課中以學生為主題，發揮學生的主觀能動力，積極探索求取多種解題方法。鼓勵學生將實際中遇到的問題帶到課堂上來，比如學生在學校操場、草地等常坐的排椅可以簡化為簡支梁，討論學生坐位變化時排椅的撓度變化及最大撓度發生在哪里？討論礦泉水瓶子的形狀與壓桿穩定的關系，討論橋梁爆破，大橋發生事故的力學原因等，鼓勵學生動手參與力學模型制作。學生是主題，教師一定要扮演好導師激發學生積極性、創新性能力。

三、教學考核方法改革

1.實驗考核改革。素質教育一直是我國教育的核心，在《工程力學》課程中可以做些考核方法的改革，考核主要包括平時考勤，作業提交，課堂表現及實驗考核。目前已經有些高校已經對實驗考核和考試考核進行了改革。比如哈爾濱理工大學在課程實驗方面將實驗報告占50%，實驗結果40%，實驗表現占10%。河南科技大學重視實驗錢的預習和提問，占到30%，實驗操作占30%，實驗報告占40%。我院根據實際情況分配如下：實驗預習與提問占20%，實驗操作占20%，實驗報告50%，實驗結果分析及引發思考占10%。充分調動學生實驗積極性，避免有的學生只是走馬觀花地欣賞實驗。

2.考核內容及方法改革。傳統的考核內容及方式有時會使學生束縛于其中，現在的教育理念更加重視學生的素質教育、能力培養和創新能力。但是考試考核制度的改革需要多方經過仔細籌劃、論證、調研才能運行，需要每一個老師和相關主管領導積極參與。在此，主要就《工程力學》課程的考核內容進行一些建議。考核的基本是考察學生對基礎知識的掌握情況，應占70%的份額。另外的30%可以從學生的創新能力和解決工程實際能力方面進行考核。另外考試所占學生最后總分的份額應從70%降低到60%甚至50%。考試也可以采用多考題，抽簽方法進行。考核只是一種手段，教師更應該重視學生對這門學科的整體把握和學習。

四、新興學科知識擴充力學知識且提高學生興趣

工程力學中所應用到的基礎理論和公式推導有一定的使用條件，在工程實際中遇到的問題更加復雜，目前先進的測試技術、虛擬仿真動力學軟件、力學分析軟件等都是力學在實際解析中的重要補充。比如：曲桿結構是發動機中的重要組成部件，它工作中都是處于循環狀態，對于它的受力分析可以在虛擬仿真平臺上進行。在虛擬仿真平臺上進行現實模擬過程使學生直觀的感受到曲桿各部位的力學受力情況，在彎扭組合變形部分可以利用Ansys軟件對軸的受力進行精確分析，都可以對學生的課堂知識加以補充并提高學生的興趣。如圖2所示為筆者在Ansys中對曲軸的第七階應力分析云圖，圖中顏色直觀表示了曲軸的受力情況。將其前十階應力分析云圖和振動階型等帶入到課堂，擴展學生的知識，提高學生的學習興趣。另外將學生的電工電路中的電橋知識應用于工程力學中，如測試梁的應力，如圖3所示。利用電橋的和差特性，在測彎矩力時，將應變片貼于懸臂梁的上、下側面，同時在接橋時把應變片接在電橋的相鄰橋臂上，另外兩個橋臂為固定電阻。電橋的輸出電壓僅反映的是彎矩力作用的結果而與拉伸力無關。通過將前沿知識及時反饋給學生使學生對自己所學知識有宏觀的把握并融會貫通，鼓勵學生積極思考，提高其創新能力和解決實際問題的能力。

利用電橋的和差特性，在測彎矩力時，將應變片貼于懸臂梁的上、下側面，同時在接橋時把應變片接在電橋的相鄰橋臂上，另外兩個橋臂為固定電阻。這樣，在彎矩力F作用下，dR1=-dR2，同時dR3=dR4=0，電橋輸出為：

五、結語

力學知識是工科學生的重要專業基礎課程，學生是學習的根本也是主體，教學應該以提高學生學習興趣、發展其創新思維能力為主，在課堂教學上利用先進的多媒體技術并積極改進教學方法和改革方法，將新興學科知識帶到課堂中來，鼓勵學生多提問題。多思考、多動手并與其他相關學科聯系起來解決工程實踐問題。

參考文獻：

[1]劉超英.高等工程專科學校工程力學教學改革探討[J]中州大學學報，1999，（3）：72-73.

[2]楊浩泉，周平.在工程力學教學改革中加強對學生綜合能力的培養[J]杭州電子工業學院學報，2001，21（2）：69-71.